今天给各位分享岩土工程勘察的知识,其中也会对岩土工程勘察是什么意思进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧!
本文目录一览:
- 1、什么是岩土勘察
- 2、岩土工程勘察方法
- 3、岩土工程勘察主要内容是什么?
- 4、岩土工程勘察阶段有哪几个阶段?
- 5、 岩土工程勘察
- 6、岩土工程勘察报告应包括哪些内容?
什么是岩土勘察
工程勘察属于建设程序的一个重要环节,一般而言,建设程序分为:
勘察-设计-施工。岩土工程勘察就是其中的工程勘察,简而言之,就是查明拟建场地地质条件;岩土设计就是建设工程与岩土地质密切相关的那部分设计,通常包括:地基基础设计、基坑设计、边坡设计等等。前面程序所说的设计是工程的全部设计,也包括其中的岩土设计,但由于勘察单位作了岩土勘察,对岩土地质条件的认识往往更加直接,也更加深入(岩土地质条件有的时候以资料型式交给其它的设计部门,其信息传递很难不失真或难以领会),因此,有相当数量工程,将岩土设计交给岩土勘察单位来做,这种做法,应提倡,至于很多勘察单位没有设计能力,那另当别论,不应否定这种思路。
岩土工程勘察方法
岩土工程勘察方法很多,目前主要采用的方法有岩土工程物探、岩土工程钻探和岩土工程坑探三种方法。一个工程在不同的勘察阶段,物探和勘探的使用应有所侧重。一般地说,在勘察的初级阶段,主要进行岩土工程测绘,物探和钻探往往是配合测绘工作的,其中应较多地采用物探手段;钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。随着勘察程度的提高,为了深入研究各种岩土工程问题,便以进行确切的分析、评价,钻探和坑探工程将愈来愈被广泛地采用,成为主要的勘察手段,而物探工作则作为勘探工程的辅助手段。
本节将简单介绍物探和勘探在岩土工程勘察中的适用条件,所要解决的主要问题等。
一、岩土工程物探
物探全称地球物理勘探,它是运用专门仪器来探测地壳表层各种地质体的物理场,从而进行地层划分以判定地质结构、水文地质条件及物理地质现象,并提供各种分析资料和岩土体某些特征数据的一种勘探方法。
该方法只有在地质介质存在一定程度的不均一性——即各层的物理状态、物理性质存在较大差异时,才能成功地运用。
(1)物探方法种类:①电法;②震法;③测井法;④重力法;⑤磁法;⑥核子(放射性)勘探;⑦遥感物探方法。这些种类的方法,在岩土工程勘察中已获得采用。其中前三种方法应用最广泛,而后几种方法在区域地壳稳定性分析中,应用最广泛。
(2)物探解决的问题:①电法--(电测深、电剖面)电阻率法;划分岩层--近水平;查明褶皱形态、寻找断层、确定产状、查找主导充水隙裂方向;查明覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度;查明含水层分布情况、埋深发育情况、埋深厚度及深度寻找古河道;研究滑坡及下滑速度--充电法;②震法、声波法:震法(确定第四系覆盖层厚度、基岩起伏和埋深;查明地下构造情况--追索断层和裂隙密度等;探测地下水位确定含水层;测定岩土的弹性力学参数)和声测法(划分风化带;围岩分类;岩体裂隙系数;小构造;围岩松动和岩柱稳定)。目前声波法运用在岩土工程勘察中较广泛,具体将在第7章中加以讨论。
(3)物探的特点主要优点是:①透视性强,可进行立体填图;②效率高,仪器轻便,成本低;③综合性强;④成果代表性强(岩体的综合指标);⑤可以进行定量评价。
其缺点为:①局限性:地表浅部,表部,深部成果有一定变化范围;②条件性:物理量差异大,地形平坦,开阔,岩层有一定厚度,沿导线水平小于20°,地区差异性大;③多解性:深部误差大。
二、岩土工程钻探
岩土工程钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的,它具有综合目的,因而对钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面均有特殊要求。
岩土工程钻探的岩心采取率要求较高。为保证获得较高的采心率,针对不同的勘探对象,应采用相应的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时,要尽量减少冲洗液或用干钻,降低钻速,缩短钻程,最好采用双层岩心管。在土层中钻进时,以采用干钻为宜,并应适当缩短钻程。为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常进行,必须按含水层的位置和试验工作的要求,确定孔身结构及钻进方法。一般的岩土工程钻孔终孔直径为91mm。若在基岩面以上的砂卵石居中作抽水试验时,开孔口径以325mm为宜。为了保证取得准确的水文地质参数,必须采用清水钻进或干钻,不允许使用泥浆加固孔壁的方法。一般钻孔要直,不能发生弯曲;孔壁要求光滑规则,同一孔径段应大小一致。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。
1.钻探的特点及适用条件
在岩土工程钻探中,为了研究岩土的物理力学性质,经常要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心,但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时,必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样,则必须配备专门的取土器,并应注意取样方法和操作工序,以尽量使土样不受或少受扰动。
勘探线、点的布置应密切结合地质情况和工程要求。一般情况下要垂直于地层走向、地貌、地形、构造线布置;同时要结合工程建筑物的轮廓布置。除工程深隧洞、岩溶区钻探(>100~500m)外,通常情况下孔深不大,约百米以内,一般为10~20m。孔径一般情况下变化较大,岩土工程钻孔为小口径钻孔(36mm,46mm,56mm,66mm),地质钻孔为一般钻孔(75mm,95mm,108mm,112mm,132mm,150mm,168mm)和大口径钻孔(300mm,500mm,1000mm,1300mm,2500mm)。钻进多具综合性目的,使一孔多用,例如:作勘探孔,试验孔,取样孔,长观孔,处理孔。如斜孔,变径孔等。
2.钻探方法
自然地质条件是复杂的,各种钻探方法和设备都有一定的使用条件。选择钻探方法和设备时,应视钻探的目的和地质条件而定。目前,岩土工程勘探中常用的钻探方法,可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在岩土工程勘探中,主要采用冲击钻探和回转钻探;按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高,孔深大,又能采取岩心,所以在岩土工程勘探中使用最为广泛。
3.钻探孔的种类
钻孔的类型有多种分类方法,一般在岩土工程勘察中,可按照目的与用途来区分;也可以按照钻孔方向来划分,主要是指钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角,也叫做钻孔倾角。
按照钻孔倾角及其变化情况,可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定向孔四种;在岩体勘察中也有按照孔径的大小来划分的。在进行岩土工程勘探时,究竟采用何种角度及方向钻孔,需视钻孔的具体任务及地形地质条件而定。
(1)按目的与用途分:①首先可分为勘探孔(一般孔主要是了解地层岩性、结构)和控制孔(主要为了解地层及结构、重要部位);②试验孔(岩土工程试验孔,水文地质试验孔);③工程处理孔--灌浆孔、输水孔、导水孔、锚杆孔等;④长期观测孔。
(2)孔按钻进方向分:①铅直孔:适用于岩层倾角小于30°,岩性均一、岩层平缓时用;②斜孔岩层倾角大于60°的或陡倾的断层破碎带与岩层、岩层倾向相反的方向钻进,查明河谷地质结构更为方便;③水平孔,例如隧洞超前孔、应力测量孔、排水孔;④定向钻孔。如图1-2所示。
(3)按钻孔孔径大小分:①一般钻孔:开孔直径168mm,终孔直径91mm;②大口径孔:孔径为300mm、500mm一般为打井孔(抽水)。孔径750mm、850mm、950mm、1050mm、1150mm、1300mm、2000mm、2500mm多为井内观测、取样、试验用;③小口径孔:孔径小于66mm者:该类孔钻进速度快,寿命长,岩心采取率高,岩心完整性好,孔径均匀,钻机能量消耗小。
图1-2 定向钻孔
4.岩土工程钻探的特殊要求
通常在岩体勘察中要求岩心采取率大于80%,对于软弱夹层,风化岩,断层破碎带也要求其岩心采取率大于65%;对于水文地质钻孔,要求(变径,终孔直径小于91mm)分层止水,各含水层的水位、水量、水质、渗透系数、抽水等进行描述,一般情况下在冲积层中开孔直径以325mm为宜,要求清水钻进或干钻,孔壁光滑不堵孔;对于孔斜测量一般情况下要求:孔深小于75m,孔斜在1°的范围内;对于深度大于100m的孔,孔斜每100m进行一次校正,在终孔时要保证小于2°。对于孔深度要求每50m测深一次,终孔一次,校正的误差要小于0.1%,分层深度的量测正负要小于0.05m。非连续取心钻进的回次进尺,螺纹钻进时,要小于1.0m,岩心钻进要小于2.0m。选用金刚石钻头,口径为75mm取层岩心管来确定RQD指标。地下水位以下取样时,应采用干钻,同时要求原位试验与钻进同时进行,取样应符合技术要求。
5.钻孔编录及资料整理
为了全面、准确地反映钻探工程所反映的第一手地质资料,在钻过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作。主要是对岩心观察、描述、编录和鉴定。工作的内容是:描述其颜色、矿物成分和颗度成分、结构和构造,正确地定名。对于土体(无粘性土和粘性土)应观察其致密程度和稠度状态。对于岩体应确定节理、裂隙的类型、延续性、蚀变充填情况、倾角、间距等,并进行裂隙统计。对风化岩石,应将岩心按风化程度进行分带和描述。必要时编制岩心素描及岩心柱状图。
通过对岩心的各种统计,可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指标(RQD)等定量指标。
岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑及碎粉物质。岩心获得率是指比较完整的岩心长度与进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。
一般情况下,应按照下面的顺序每次进尺进行逐项填写:其描述内容包括孔深、进尺、颜色、成分、结构构造、密实性(主要指砂类土)、稠度状态、干湿程度、裂隙类型、风化程度、取样位置、样品编号、岩心回收率、岩石的RQD指标。
要进行简单计算的指标是:岩心采取率(即岩心总长度与总进尺之比)、岩心获取率(即成形岩心总长度与总进尺之比)、岩石质量指标(RQD)(即大于10cm岩心总长度与总进尺之比)。另外要记录下初见水位及稳定水位、水样取样地点等内容。
钻探工作结束后,要进行钻孔资料整理。钻探法在钻进过程中,必须随时做好钻孔记录,这是一项极重要的工作。从钻机定位后由开钻到终孔为止,记录每一钻的深度,鉴别与描述每一钻取出的土样,进行定名,并立刻写在记录表中,作为绘制地质剖面图的原始依据。国家规范要求:野外记录应由经过专业训练的人员承担,记录应真实及时,按钻进回次逐段填写,严禁事后追记。
主要成果有:①钻孔柱状图,即将孔内岩层情况,按一定比例尺编制柱状图,并作岩性描述;还应在相应位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、代表性的岩土物理力学性质指标,以及取样位置及项目等;②岩土工程剖面图及岩土工程立体投影图(具体编图将在第8章中讨论)。如果孔内作过试验,则应将试验成果也在相应位置上标出;③钻孔操作及水文地质日志图;④岩心素描图及其说明,其格式见表1-15所示。
野外鉴别地基土要求快速,但又无仪器设备,主要凭感觉和经验。对碎石土和砂土的鉴别方法,是利用日常熟悉的食品如绿豆、小米、砂糖、玉米面的颗粒作为标准,来进行对比鉴别;对粘性土与粉土的鉴别方法,可根据手搓滑腻感或砂粒感等感觉,加以区分和鉴别。土的野外描述内容如下:
(1)颜色:土样的颜色取决于组成该土的矿物成分和含有的其他成分。描述时从色在前,主色在后。例如,黄褐色,以褐色为主色,带黄色;若土中含氧化铁,则土呈红色或棕色;土中含大量有机质,则土呈黑色,表明此土层不良;土内含较多的碳酸钙、高岭土,则土呈白色;
(2)密度:土层的松密是鉴定土质优劣的重要方面。在野外描述时可根据钻进的速度和难易,来判别土的密实程度。同时可在钻头提起后,在钻侧面窗口部位用刀切出一个新鲜面来观察,并用大拇指加压的感觉来判定松密。在钻孔记录表上注明每一层土属于密实、中密或稍密状态;
(3)湿度:土的湿度分为干的、稍湿的、湿的与饱和的四种。通常,地下水位埋藏深,在旱季地表土层往往是干的;接近地下水位的粘性土或粉土因毛细水上升、往往是湿的;在地下水位以下,一般是饱和的;
表1-15 钻孔野外记录表
(4)粘性土的稠度:粘性土的稠度是决定该土工程性质好坏的一个重要指标。分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种;
(5)含有物:土中含有非本层土成分的其他物质,称为含有物。例如:碎砖、炉碴贝壳、氧化铁等。有些地区有粉质粘土或粉土中含坚硬的姜石;海滨等地往往含贝壳,记录表中应注明含有物的大小和数量;
(6)其他:碎石土与砂土应描述级配、砾石含量、最大粒径、主要矿物成分。粘性土应描述断面形态、孔隙大小、粗糙程度、是否有层理等。土中若有特殊气味,如海滨有鱼腥味等,亦应加以注明。石灰碴、植物根、有机质或古池塘往往含贝壳。邻近设施对土质的影响,如管道漏水则使粘性土稠度变软、地下水位抬高。
取土样的标准表格,如表1-16所示。
三、岩土工程坑探
岩土工程勘察中常用的岩土工程坑探的类型及适用条件有:探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)平硐和石门(或平巷等)。前三者为轻型坑探工程,后三种为重型坑探工程(图1-3)。
表1-16 土样标签
图1-3 岩土工程常用的坑探类型示意图
1—槽探;2—试坑;3—竖井;4—平硐;5—石门;6—浅井
坑探险的特点:直观细致性、精确可靠性、取样灵活性。
一般情况下坑探占勘察工作量的10%。主要用于:若岩层露头很差,但覆盖较薄(3m以内)时可采用,主要为测绘服务;或者用于校核、补充其他勘察资料;也可以用于原状样的采取或做大型原位测试;另外,在工程重点部位及特殊问题的研究时,也可用岩土工程坑探。
坑探要求描述的内容有:地质剖面,岩石、软弱面、软弱带的产状,断裂及破坏的详细情况,岩石物理状态的可靠性资料保持原状结构和状态的岩土样,要在坑道内做原位测试。必要时可编制平硐展视图,通常采用的比例尺为1:25~1:100。
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岩土工程勘察主要内容是什么?
岩土工程勘察的内容主要有工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测。
最终根据以上几种或全部手段,对场地工程地质条件进行定性或定量分析评价,编制满足不同阶段所需的成果报告文件。
岩土工程勘察的主要是查明工程地质条件,分析存在的地质问题,对建筑地区做出工程地质评价。
岩土工程勘察的条件
1、查明工程地质条件,并指出有利和不利因素。
2、研究工程地质问题,进行定性和定量评价,作出确切的结论。
3、选择地质条件优良的建筑场址。
4、预测工程修建后可能对地质环境造成的影响,避免人为地质灾害。
5、根据建筑场址的具体地质条件和建筑物特征,提出岩土工程设计方案和施工措施等方面的建议。
6、对重点或高难度岩土工程的施工和运行进行监测。
岩土工程勘察阶段有哪几个阶段?
四个阶段。
1、可行性勘察(选址用)。
2、初步勘察(初设用)。
3、详细勘察(施工图设计用)。
4、施工勘察(地层条件复杂的情况下,有针对性的对某个问题进行勘察)。
岩土工程勘察
一、岩土工程勘察的基本要求
岩土工程勘察是工程建设项目实施的第一个环节,必须遵照执行有关勘察技术标准,以利于提高工程经济效益、环境效益和社会效益,并促进勘察技术的发展。
1.岩土工程勘察的目的
岩土工程勘察的目的是正确反映建设场地的岩土工程条件,评价岩土工程问题,并提出解决问题的方法和建议。勘察要坚持与设计、施工紧密结合,贯穿于工程建设的全过程,确保工程质量。因此,岩土工程勘察应完成两项主要任务:
(1)为建设场地稳定性和适宜性进行评价,分析论证场地的地质构成、地下水状况、不良地质现象、环境工程地质条件、岩土的工程性状包括特殊性岩土的情况,并预测岩土工程存在的问题和相应的防治措施等。
(2)为各类工程建筑场地提供工程岩土体的强度和变形等设计参数。论证分析地基基础方案、岩土工程治理措施,并预测建筑场地在施工阶段及工程竣工后应注意的问题和防护措施。
2.场地复杂程度与岩土工程勘察等级
建设场地的复杂程度与勘察等级是确定岩土工程勘察工作量和进度计划的依据。划分复杂程度和等级通常要考虑下列条件:
(1)根据工程类型及其可能产生的破坏后果的严重性,工程安全等级可划分为三级:一级为重要工程,一旦破坏会产生很严重的后果;二级为一般工程,工程破坏会造成严重后果;三级为次要工程,其破坏不会造成严重后果。
(2)根据场地的地形地貌、不良地质现象、工程地质环境等条件划分场地等级(表9-1)。
表9-1 场地等级划分
(3)根据地基的岩土种类和地下水影响等条件划分地基等级,如表9-2所示。
表9-2 地基等级划分
(4)根据(1)~(3)所确定的安全等级、场地等级和地基等级可组合为岩土工程勘察等级,如表9-3所示。
表9-3 岩土工程勘察等级划分
3.岩土工程勘察阶段划分及其任务
勘察阶段的划分是与设计阶段相适应的,分为选址或可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察或施工图设计勘察和施工勘察。各阶段勘察的工作内容和任务要求应结合岩土工程勘察等级和工程特性确定,如表9-4所示。
表9-4 各阶段勘察内容及任务
对于场地面积不大,岩土工程条件简单或有建筑经验的地区或单项岩土工程等,均可进行一阶段勘察,但勘察工作量布置应满足详细勘查工作的要求。对于场地稳定性和特殊性岩土的岩土工程问题,应根据岩土工程的特点和工程性质布置相应的勘探与测试或进行专门研究论证评价。对于专门性工程,如水坝和核电站等,尚应按工程性质要求专门进行研究勘察。
二、岩土工程勘察的基本程序
岩土工程勘察要求分阶段进行,各阶段勘察程序可分为承接勘察项目、筹备勘查工作、编写勘察纲要、进行现场勘察、室内水土试验、整理勘察资料和编写报告等。
1.承接勘察项目
通常由建设单位会同设计单位(即委托方,简称甲方)委托勘察单位(即承包方,简称乙方)进行。签订合同时,甲方需向乙方提供相关文件和资料,并对其可靠性负责。相关文件包括:工程项目批件;用地批件(附红线范围的复制件);岩土工程勘察委托书及其技术要求(包括特殊技术要求);勘察场地现状地形图(其比例尺需与勘察阶段相适应);勘察范围和建筑总平面布置图各一份(特殊情况可用有相对位置的平面图);已有的勘察与测量资料。
2.筹备勘查工作
是保证勘查工作顺利进行的重要步骤。
3.编写勘察纲要
应根据合同任务要求和踏勘调查的结果分析预估建筑场地的复杂程度及其岩土工程性状,按勘察阶段要求布置相适应的勘察工作量,并选择勘察方法和勘探测试手段。在制定计划时还需要考虑勘察过程中可能未预料到的问题,为更改勘察方案留有余地。
4.工程地质测绘与调查
在选址—可行性研究或初步勘察阶段进行。对于详细勘察阶段的复杂场地也应考虑工程地质测绘。测绘之前应尽量利用航片或卫片的判读资料,测绘的比例尺选址为1∶5000~1∶50000;初勘为1∶2000~1∶10000;详勘为1∶500~1∶2000,或更大些。当场地地质条件简单时,仅作调查。根据测绘成果可进行建筑场地的工程地质条件分区,为场地的稳定性和建设适宜性进行初判。
5.勘查工作量
是根据工程地质测绘、工程性质和勘测方法综合确定的,目的是为了鉴别岩土性质和划分地层。勘探方法有钻探、井探、槽探和物探等,并可配合原位测试和采取原状土试样、水试样进行室内土水试验分析。勘探完成后还要求对勘探井孔进行回填,以免影响场地地基的稳定性。
6.岩土测试
其目的是为地基基础设计提供岩土技术参数,分为室内岩土试验和原位测试,测试项目通常按岩土特性和工程性质确定,室内试验除要求作岩土物理力学试验外,有时还要模拟深基坑开挖的回弹再压缩试验、斜坡稳定性的抗剪强度试验、振动基础的动力特性试验以及岩体的抗压强度和抗拉强度等试验。
7.岩土工程勘察成果整理
此项工作是勘查工作的最后一步。勘察成果是对勘察全过程的总结,并以报告书的形似提出。报告书编写以调查、勘探、测试等原始资料为基础,经过对原始资料的分析研究、去伪存真、归纳整理,使资料得以提炼,做出正确的结论。报告要阐明勘察项目的来源、目的与要求;拟建工程概述;勘察方法和勘查工作布置;场地岩土工程条件的阐述与评价等;对场地地基的稳定性和适宜性进行综合分析论证,为岩土工程设计提供场地地层结构和地下水空间分析的几何参数、岩土体工程性状的设计参数,提出地基基础设计方案的建议;预测拟建工程对现有工程的影响,工程建设产生的环境变化以及环境变化对工程产生的影响,为岩土体的整治、改造和利用选择最佳方案;预测岩土工程施工和工程运营期间可能发生的岩土工程问题,提出相应的监控、防治措施和合理的施工方案。报告书中还应附有相应的工程岩土图件,如勘探点平面布置图、工程地质柱状图、工程地质剖面图、原位测试、室内试验成果图表,岩土利用、整治或改造设计方案的有关图表以及有关地质现象的素描和照片等。
三、岩土工程勘察的理论基础和相关技术
为完成岩土工程勘察的技术标准、基本要求和基本程序所规定的内容,岩土工程勘察需要建立坚实的理论基础和强大的技术支持。岩土工程勘察的基础理论包括基础地质、工程地质、水文地质、工程地震学、岩土力学、基础工程学等,所需要的技术支持包括工程地质测绘、遥感判译、工程勘探、工程物探、室内岩土力学测试、原位岩土力学测试等。
1.岩土工程勘察的理论基础
岩土工程勘察的主要任务是评价建设场地稳定性和适宜性,提供地基岩土体的强度和变形等设计参数。因此,岩土工程勘察的理论基础有两大支柱,其一是地质学,包括基础地质、工程地质和水文地质等;其二是岩土力学,包括土质土力学、岩体力学、岩土体动力学等。
地质学研究地球的物质成分、内部构造、表面特征,地球发展历史中的各种地质作用和曾经生活于其上的生命的形式及其演变。工程建筑场地是地球表层介质的一部分,为阐明工程建设场地的稳定性和适宜性,自然要借助于地质学的理论。地质历史及第四纪地质的研究可以揭示建筑场地岩土体的成因和时代;岩石学和土质学的研究可以了解场地岩土体的物质组成和类型;构造地质学可以确定场地所处的地质构造部位及其构造稳定性;地震地质学的研究可以了解工程场地所处区域的地震活动性;水文地质学研究可以揭示工程场地地下水的赋存状态和水质情况;工程地质研究可以查明场地的不良地质问题和场地的工程地质条件。总之,地质学理论基础使岩土工程勘察有能力从成因历史、物质组成、构造稳定性、工程地质条件等多个方面认识工程建筑场地,从而对场地的工程适宜性提出正确的评价,进而对场地的工程利用或改造提出合理的建议。
将工程场地视为地质体和地质作用的产物,通过地质学研究可以了解工程场地的构造稳定性和建筑适宜性。然而,岩土工程还需要将工程场地岩土体看作工程材料,研究其工程特性和力学性能,这就需要运用岩土力学方面的理论。岩土体介质作为天然材料,与混凝土等人工材料相比其性能更为复杂,主要表现为物质组成和内部结构的不均匀性和各向异性。工程岩土体可以划分为松散的土体和固结的岩体两大类。土质土力学研究土体的物质组成特点和物理力学性质,包括土的粒度成分、矿物成分、土的分类、土的基本物理状态(成分、密度、含水量、孔隙度、饱和度、稠度等)与土的物理力学特性(渗透性、压实性、湿陷性、压缩性、抗剪性等)之间的关系、地基土体的沉降和承载力、土质边坡和深基坑边坡的土压力分布及边坡稳定性等。岩体力学研究岩体的物理力学性质,包括岩石的物质组成和内部结构、物理性质指标、渗透性、水岩相互作用特性、岩体结构和工程岩体分级、岩石和岩体的强度与变形、洞室围岩应力与稳定性分析、岩石地基的应力与稳定性分析、岩质边坡的稳定性分析等。
可见,岩土工程勘察理论基础的两大支柱地质学和岩土力学分别从地质构造和工程特性两个角度对工程岩土体进行研究分析,为工程建筑场地和工程岩土体的工程稳定性和适宜性评价提供了强大的理论支持。
2.岩土工程勘察的相关技术
为完成评价工程建筑场地稳定性和适宜性、为工程设计提供工程岩土体强度和变形等设计参数两大任务,除需要有强大的理论基础外,岩土工程勘察还必须通过一系列的技术工作取得关于工程建设场地和工程岩土体的第一手资料为岩土工程勘察的理论分析提供依据。与岩土工程勘察相关的技术主要有工程地质测绘、遥感判译、工程物探、工程勘探、室内试验测试、原位试验测试和长期观测等。
工程地质测绘是勘查工作中最重要的、走在前面的勘察方法,其本质是应用地质理论知识对地面的地质体和地质现象进行观察和描述,以了解地质变化规律。工程地质测绘是按照一定精度将场地的工程地质条件和各种地质要素反映在一套工程地质图幅及其相应的表格和说明书上。工程地质测绘的内容主要应包括七个方面的内容:①测绘区内的地层、岩性、岩相变化、地层成因类型及相互接触关系;②地质结构,如土体的成层组合关系、岩体结构特征和断层性质等;③地形地貌及其成因类型、与地质构造的关系;④地下水,了解地下水位、含水层、隔水层、地下水类型、涌水量和水质等;⑤各种物理地质现象的分布、规模、发育程度、形态和结构特征、活动性、危害性及其形成条件;⑥已有建筑物的变形破坏情况;⑦天然建筑材料。如果测绘地区已有相同或更大比例尺的地质、地貌等测绘成果,则只须在这种基础上作一些工程地质所需的专门性补充测绘即可。测绘比例尺的选择应根据具体情况考虑,既要满足设计的要求,又不致浪费工作量。一般要考虑三个因素,即工程地质勘查阶段;建筑物的类型与规模;工程地质条件的复杂程度和区域研究程度。从踏勘到详勘,测绘比例尺一般在1∶500,000~1∶1,000之间变化。
遥感技术(RS)是工程地质测绘的一个辅助手段。航片、卫片包含了大范围的地层岩性、地质构造、地貌形态和物理地质现象等信息,详加判译可以很快得到关于测绘区的全局认识。尤其是在通行不便的偏远地区,充分利用航片和卫片更具有特殊的意义。近年发展起来的GPS技术具有定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度和高效率,已广泛应用于北京、上海等地的地铁控制网、高速公路和桥梁控制网、长距离隧道贯通测量控制网、地籍测量控制网等,获得了显著的效益。工程测绘中的另一项新技术是地理信息系统(GIS),它通过对分布数据的一系列的空间操作和分析为地球科学、环境科学和城市建设、工程设计及企业经营的规划、管理和决策提供有用的信息。RS、GPS和GIS三者结合,形成了快速获取、更新、存贮、管理和分析地理和空间信息的3S”技术体系,为工程测绘提供了强大的技术手段。
工程物探是一种间接方法,根据被测地质介质的密度、磁性、导电率、弹性波传播速度等物理性质以及岩层的含水量、裂隙率、破碎程度等物理状态,用特定的仪器设备测定岩层的物理参数,特别是测定岩土体的力学指标,从而划分岩层、判定地质结构、地下水埋深、岩溶分布情况。相对于工程勘探而言,工程物探方法经济、快速,能够及时提出测绘工作难以推断而又亟待解决的问题,所以在工程地质测绘过程中常要求物探的适当配合,特别是在解决覆盖层厚度、基岩面的起伏变化、追踪断层等方面,效果特别显著。另外,工程物探的成果对于工程勘探工作的布置具有参考意义。但是,由于方法的间接性,物探成果比较粗略,因为只有物理性质差异比较显著的岩土体物探方法才能够加以分辨。所以,物探应以测绘为指导,并且要用工程勘探的方法加以验证。
工程勘探包括钻探和坑探,是直接了解地下地质情况的可靠手段,在一般的岩土工程勘察中常常是必不可少的。
钻探利用一定口径的钻机在预定的勘察点上钻孔取芯,以了解工程场地的地质构造和岩土体的情况。钻探工作几乎在任何情况下都可以进行,地表水体和地下水都限制不了它,效率较高,是最为常用的勘探手段。近年来大口径(1m左右)钻探的应用使得勘察人员可以进入孔中直接对孔壁进行观察和描述;小口径金刚石钻进的应用提高了岩心采取率,并可以取得软弱夹层和破碎带的岩心,还可以对桩基等进行抽芯检测;钻孔照相和钻孔电视可以在钻进过程中观察井壁,所有这些新技术的应用大大提高了钻探的效果,克服了传统钻探的一些弱点,使钻探工作在岩土工程勘察中发挥着越来越重要的作用。
坑探是在岩土体中开挖出一定形状和尺寸的坑槽或洞室,以便勘察人员能够进入其中直接对工程岩土体进行观察描述乃至进行一些特定的试验测试项目。最常用的坑探方法有:①试坑、浅井:试坑的深度一般不大,而浅井则是一种垂直掘进的圆形或方形探坑,一般深5~15m。试坑和浅井主要用于剥除覆土揭露基岩,研究松软土层的地质结构、风化壳的厚度分带,也常用于载荷试验和渗水试验;②探槽:探槽一般为0.8m宽、3m深的长槽,多用于了解岩层分布和追索断层,了解水库大坝轴线两侧山坡坡积和残积层的厚度和性质并进一步揭露基岩地质构造;③竖井和斜井:多半用于解决地面以下一定深度处的地质构造问题,例如软弱夹层及构造破碎带的厚度和性质、风化程度随深度的变化、滑坡体的结构及滑动面的位置、滑带土石特征等;④平硐:适用于较陡的基岩边坡,常用以查明坝址两岸、隧道进出口和大桥岸坡的地质结构,尤其是在岩层倾向河谷并有易滑夹层时,或层间错动较多、断裂较发育时,利用平硐可获得极好的效果。另外,平硐还为岩体单轴抗压试验、大型剪力试验等大型原位测试提供了良好的条件。
岩土工程勘察中室内试验测试工作的主要目的是取得工程场地岩土体的物理力学参数,为岩土工程设计提供依据。室内试验主要是对由现场取得的岩土体样品进行试验测试,包括室内土工试验和室内岩石试验两个方面。土工试验项目主要有:土的物理试验(包括土的密度和相对密度试验、含水量和界限含水量试验、颗分试验、渗透试验等)、土的变形试验(包括固结和压缩试验、静止测压力系数试验、黄土湿陷性试验、膨胀土的膨胀与收缩试验、盐渍土溶陷性试验等)、土的强度试验(包括直剪试验、残余强度试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、微型十字板试验等)、土的流变试验(包括土的直剪蠕变试验、单剪蠕变试验、三轴压缩蠕变试验、单轴压缩蠕变试验和土的松弛试验等)、土的动力特性试验(包括振动三轴、振动单剪、共振柱、自振柱、振动扭剪和振动台等试验),此外还有室内模拟试验和其他一些专门性试验测试,如土工离心试验、冻土试验等。室内岩石试验项目主要有:岩相鉴定、岩石空隙性质试验、岩石水理性质试验、岩石声学特性试验、岩石强度和变形试验、岩石结构面抗剪强度试验、岩体软弱夹层剪切蠕变试验、岩石点荷载强度试验等。
岩土工程勘察中的原位试验测试是在天然条件下在工程现场原位测定岩土体的各种工程性质,所取得的数据更符合岩土体的实际情况。另外,原位测试还可以测定难以采取不扰动试样的岩土体(如砂土、流动淤泥层等)的有关工程性质。原位测试可以避免采样过程中应力释放的影响,并且可以大大缩短工程勘察的周期。因此,国内外岩土工程界对原位测试给予极大重视,在设备和技术方法上不断创新发展。常用的原位测试方法大致可分为三大类:①岩土力学性质及地基强度的原位测试,包括静力载荷试验、静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、岩石现场剪切试验、岩石现场三轴试验、土体现场剪切试验等;②岩土体中应力测量,包括应力恢复法、应力解除法和水压致裂法等;③水文地质试验,包括原位渗透试验、注水试验、抽水试验和压水试验等。
除室内试验和原位测试外,岩土工程勘察中的许多重要数据还需要从长期观测中获得,许多工程地预测或评价的结论有赖于长期观测的结果加以验证。长期观测是在一定时期内对被观测对象的定期重复测量或描述,从而获得被测对象有关参数或特性随时间的变化规律和发展趋势。常常进行的工程地质长期观测有:①与建筑物有关的地下水动态观测;②各种物理地质现象的长期观测;③建筑物修建后与周围地质环境相互作用及动态变化的长期观测。
岩土工程勘察报告应包括哪些内容?
①、勘察目的、任务要求和依据的技术标准;
②、拟建工程概况;
③、勘察方法和勘察工作布置;
④、地形地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性;
⑤、各项岩土性质指标、岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值;
⑥、地下水埋藏情况、类型、水位及其变化;
⑦、土和水对建筑材料的腐蚀性;
⑧、可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价;
⑨、场地稳定性和适宜性评价。
报告内容视工程大小及复杂程度而定,此内容及安排仅对工、民建类岩土工程勘察报告而言。如有特殊需要,以及铁路、公路、桥梁、水库坝址、地质灾害调查等岩土工程勘察报告,应符合有关行业、单位要求,以满足委托方为准。
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