上篇(岩土工程勘察.ppt

绪论,原位测试和监测的概念 原位测试（In-Situ Testing ）：一般是指在岩土工程勘察现场，在不扰动或基本不扰动岩土层的情况下测定岩土性质的一种现场土工试验。 监测（Monitor ）：在岩土工程中，对在建或已建工程构筑物以及与工程构筑物相互作用的岩、土、水的工作性状做系统的监视所采取的手段。,本课程有以下三部分类容：,一、岩土工程勘察（勘察方法、勘察阶段及其任务等）,二、土体原位测试（测试的仪器、方法、测试成果的 应用等）,三、岩土工程监测（基坑工程监测、地下工程监测等）,上篇 岩土工程勘察,一、岩土工程勘察的对象：工程建筑所处的地表岩土体及赋存于其中的水、应力、热等组成的整个工程建筑场地的地质环境。 二、岩土工程勘察的目的：查明建筑场地的岩土工程条件；分析论证存在的岩土工程问题；对建筑场区做出岩土工程评价。 三、岩土工程勘察的任务：为工程建设的规划、设计、,第一章 勘察的基础知识,第一节 岩土工程勘察的理解,施工及安全运营提供详细的可靠地质资料，用地质力 学的理论回答工程上的地质问题。,岩土工程条件是指与工程建筑有关的地质要素的综合。 包括地形地貌条件、地质结构条件、岩土类型及其工 程性质、水文地质条件、物理地质现象和天然建筑材 料这六个要素。,岩土工程问题是指岩土工程建筑与所处场地的岩土工 程条件之间相互矛盾所引起的，且对建筑物本身的顺 利施工和安全运营或对周围地质环境可能产生影响的 地质问题。如地基稳定性问题、边坡稳定性问题；库 渗漏问题等。,岩土工程条件详解,1. 地形地貌条件,地形地貌对建筑场地的选择、建筑物的配置和形式、工程 量的大小、勘察工作量的布置等有重大影响。 对地形地貌的调查一般在踏勘和初勘阶段进行的。,2. 地质结构条件,地质结构涵盖了岩体结构和土体结构，不限于地质构造的含义。 岩体结构主要是指构造结构面和次生结构面，原生结构面等（断 层面、节理面、滑坡面、软过夹层、不整合面等）；土体结构是 指土层的组合关系，即土层厚度及空间分布的变化。 对地质结构的调查，在初勘阶段主要以大的控制性结构为主；而 在详勘阶段，则以有关裂隙为主要调查对象。,3. 岩土类型及其工程性质,在初勘阶段，主要对岩土的类型按其形成年代来划分；而 在详勘阶段，则必须进行仔细的勘探、试验工作以查清它们的 分布情况、厚度变化，并取得准确的物理力学指标。,4. 水文地质条件,对水文地质条件的调查主要内容有：水文地质结构补给， 径流和排泄条件；地下水类型、水质；地下水位、水头、水量 及其变化；含水层、隔水层的分布、厚度及组合关系；岩土层 的渗透性、富水性、承压性、渗透压力；地下水的侵蚀性。 在初勘阶段一般对其水文地质结构、含水层、隔水层的空间分 布、厚度加以调查；详勘阶段则主要是通过钻探、取样和抽取地下 水试验以全面获取水文地质参数。,5. 物理地质现象,物理地质现象是指内、外动力地质作用对地壳表层岩土体综合作用的产物，如地震、滑坡、地面塌陷、泥石流、冲沟等。这些现象是岩土工程条件中最活跃的因素。因此，除对其目前的状态了解以外，岩土工程勘察还应对其发生、发展、消亡的规律和影响因素进行调查。,6. 天然建筑材料,对于大型工程来讲，天然建筑材料是岩土工程条件的重要组成 部分，它的质量、数量、开采条件和运输条件的优劣，对工程的建 筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一个重要的制约因素， 必须在勘察中放在应有的地位来专门解决。,四、岩土工程勘察阶段的划分,可行性研究勘察阶段：此阶段的主要工作是查明区域岩土工程 条件，对控制性工程和可能的建筑区作出定性的岩土工程评价，并 提出几个方案。主要目的是工程能否修建和在何处修建，工程的技 术可能性和经济合理性。 初步勘察阶段：这一阶段的重要任务是选择建筑物的位置、线 路方案及局部方案（桥、涵洞、隧道等）、厂址和主要建筑位置、 水电工程的坝址坝线等。这一阶段的目的主要是为了比较详尽的 查明各地段的岩土工程条件、各自存在的岩土工程问题及严重程 度，并对其进行定性和适当的定量评价。 详细勘察阶段：设计部门要确定建筑物的具体位置、结构型式、 规模等。这个阶段的勘察工作量是很大的，要保证全面、详细、 准确地查明岩土工程条件，定量评价岩土工程问题的严重程度， 以及处理的措施和技术参数。 施工图阶段：设计方案及图纸已确定，为达到设计要求以及施 工安全，一些有问题的地段必须进行补充勘察。,岩土工程勘察为工程设计和施工服务，不同类型的工程由于 其设计阶段划分不同，其岩土工程勘察阶段的划分和勘察要求也 随之不同。,1. 房屋建筑勘察一般可分为可行性研究勘察阶段、初步勘察 阶段、详细勘察阶段。,2. 地下洞室勘察一般分为可行性研究勘察、初步勘察、详细 勘察、施工勘察 （补充勘察阶段）。 3. 水工建筑物等岸边工程勘察一般分为可行性勘察阶段、初 步勘察、施工图设计勘察。 4. 边坡工程的勘察一般分为初步勘察、详细勘察、施工勘察。 5. 管道工程的勘察一般分为选线勘察、初步勘查、详细勘察。,第二节 岩土工程勘察方法,当前岩土工程勘察主要有以下几种方法：岩土工程测绘； 岩土工程勘探；岩土工程室内试验；岩土工程野外试验， 即原位测试；岩土工程长期观测，即监测；勘察资料的室 内整理和报告编写。,一、岩土工程测绘,岩土工程测绘是勘察中最基本的方法和基础性工作，通过 野外的地质调查将查明的岩土工程条件及其他有关内容如实的 反映在一定比例尺的地形底图上。,岩土工程测绘的主要内容是岩土工程条件，宜在可行性研究 勘察阶段或初勘阶段进行。岩土工程条件中的有关内容，凡能野 外地质调查解决的，都属于岩土工程测绘的范围。在勘察中，它 往往结合其他勘察方法来达到测绘的目的。,（一）岩土工程测绘的范围,1.应根据建筑类型合理选择测绘范围。 2.随着岩土工程勘察阶段的提高，测绘范围会逐渐减小。 3.岩土工程条件复杂而地质资料不充足的地区，测绘范围范围 应比一般情况下适当扩大，以能充分查明岩土工程条件为原则。,（二）岩土工程测绘比例尺,可行性研究勘察可选用1:50001:50000； 初步勘察可选用1:20001:10000； 详细勘察可选用l:5001:2000；,岩土工程条件复杂时，比例尺可适当放大；对工程有重要影 响的地质单元体（如滑坡、断层、软弱夹层、洞穴等），必要时 可采用大比例尺。,（三）岩土工程测绘精度,所谓测绘精度，是指野外地质现象表示在图上的精确程度和 详细程度。关于精度有如下原则性规定：不论比例尺大小，都 要求整个图幅上平均23cm范围内应有一个观测点。实际工作中， 视条件的复杂程度和观测点的实际地质意义，观察点间距可适当 加密或加大；在工程地质图上，岩土工程条件各要素的最小单 元划分应与测绘的比例尺相适应。一般，在图上最小投影宽度大 于2mm的地质单元体，应按比例尺表示在图上。重要的地质单元 体或地质现象可适当放大比例尺；为了使地质现象能精确地表 示在图上，要求任何比例尺的图上界线误差不得超过3mm。,（四）岩土工程测绘方法要点,测绘前的准备工作 （1） 搜集和研究相关资料 （2）在搜集研究资料的基础上进行踏勘，以便合理布置观察 点和观察路线，并拟定野外工作方法。,2. 测绘方法 （1）相片成图法 （2）实地测绘法 1) 路线法 沿着一定的路线，穿越测绘区，把走过的路线正确地填绘 在地形图上，并沿途详细观察地质情况，把各种地质界线、地 貌界线、构造线、岩层产状及各种不良地质作用和地质灾害标 绘在地形图上。路线法一般采用中、小比例尺。 路线法测绘应注意以下问题： 路线的起点应尽量选在有明显地物的地方； 观察路线的方向，应大致与岩层走向、构造线方向垂直； 观察路线应尽量选在露头或覆盖层较薄的地方。 2）布点法（宜采用大、中比例尺） 3）追索发 沿着岩层走向或某一构造线方向布点追索。 3. 资料整理及成果,二、岩土工程勘探与取样,岩土工程勘探方法很多，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。,（一）岩土工程物探,物探全称地球物理勘探，它是基于不同的地层岩性、不同的地质单元具有不同的物理学性质的特点，以专门的仪器来探测地壳表层各种地质体的物理场（如电场、磁场、重力场等），也即是运用地球物理的方法来探测地层的分界线、面及地质构造线、面以及异常点(区域)的探察方法。 物探的具体方法主要有：电法（也叫电阻率法）、震法、测井法、重力法、磁法、核子勘探、摇杆物探。,物探宜在下列场合运用： 1. 作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点及地下地质构造情况，探寻地下矿藏、地下水源； 2. 作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘察点，为钻探成果的内插、外推提供依据； 3. 作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、卓越周期、土对金属的腐蚀等参数。,（二）岩土工程钻探与取样,钻探是获取地表下准确的地质资料的重要方法，而且通过钻探的钻孔采取原状岩土样以及进行原位测试。钻孔广泛应用于岩土工程勘察，除地形会影响到钻机的安置外，几乎任何条件下均可适用。,1. 岩土工程钻探的基本方法及适用范围,据钻入岩土中的方法可分为冲击钻探、回转钻探、振动钻探和冲洗钻探四种。 冲击钻探：利用钻具的重力和下冲击力使钻头冲击孔底以破碎岩土进行钻进。 回转钻孔：利用钻具回转使钻头的切削刃或研磨材料削磨岩土使之破碎进行钻进。,振动钻探：将机械动力所产生的振动力，通过连接杆及钻具传到圆筒形钻头周围土中。由于振动器高速振动的结果，使土的抗剪力急剧降低，这时圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量切削土层进行钻进。 冲洗钻探：利用水的压力冲击孔底土层，使之结构破坏，颗粒悬浮并最终随水流出孔外的钻进方法。,2. 岩土工程钻探的技术要求,2.1 钻孔的规格 （1）钻孔的分类 测绘孔：为配合岩土工程测绘所设置的少量浅孔。在孔内采 取原状样品供室内试验使用。 勘探孔：在勘察阶段，用以了解建筑场地地基的详细地质情 况，为基础设计、地基处理和加固等提供资料而钻的钻孔。勘探 孔可分为一般性勘探孔和控制性勘探孔两类。一般性勘探孔的深 度为612m；控制性勘探孔的作用是了解较深部的地层、岩性及 是否存软弱地层或其它特殊地质问题，一般深度为1230m。 试验孔：为进行原位测试或进行水文地质试验所钻的孔。,（2）钻孔孔径的要求,钻孔口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，应满足取样、测 试以及钻进工艺的要求。采取原状土样的钻孔，口径不得小于 91mm；仅需鉴别地层的钻孔，口径不宜小于36mm；在湿陷性黄 土中，钻孔口径不宜小于150mm；对水文地质钻孔，一般情况下 在冲积层（以砂卵石为主）中钻孔口径以325mm为宜。,1）钻进精度和岩土分层的量测精度，每50m测深一次，校正的误差要小于0.1%，分层深度的量测误差不应大于5cm。 2）应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺，使分层精度符合要求。 3）在地下水位以下取样时，应采用干钻，当必须使用循环液时，应采用双层岩心管钻进。,2.2 钻探和护壁 （1） 钻进的基本技术要求,岩石质量指标(RQD)=,岩心采取率=,岩心获得率=,4）岩心钻探的岩心采取率，对完整和较完整的岩体不应低于 80%，较破碎和破碎岩体不宜低于65%，对需重点查明的部位（ 滑动带、软弱夹层等）应采用双层岩心管连续取芯。 5）当需确定岩石质量指标RQD时，应采用75mm口径双层岩心 管和金刚石钻头。 6）定向钻进的钻孔应分段进行孔斜量测。倾角及方位的量测 精度应分别为1、 3.0。,一般情况下，对孔斜量测有以下要求： 对垂直孔每50m测量一次垂直度 1）孔深小于75m，孔斜在1 范围内；2）孔深大于100m，每100m进行一次校正，在终孔时 要保证小于2。 对于斜孔，每25m量测一次倾斜角和方位角，允许偏差应根据 勘探设计要求确定。,（2） 钻进中的护壁 1）对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施。在浅部填土及其 他松散土层中可采用套管护壁。在地下水位以下的饱和软粘土 层、粉土层和砂层中宜采用泥浆护壁，在破碎岩层中可视需要 采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。,2）钻进中应保持孔内水头压力等于或稍大于钻孔周围地下水 压力，提钻时应能通过钻头向孔底通气通水，防止孔底土层 由于负压、管涌而受到扰动破坏。,3.1 土样的分级 岩土工程钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯或原状土体试样。按照取样的方法和试验目的，对土样的扰动程度分成四个等级。,3. 取样,注：除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求 允许的情况下可用级土试样进行强度试验和固结试验，但 宜先对土试样受扰动程度做抽样鉴定，判定用于试验的适宜 性，并结合地区经验使用试验结果。,3.2 取样要求 （1）在钻孔中采取、级砂样时，可采用原状取砂器。 （2）在软土、砂土中宜采用泥浆护壁。采用套管时应始终保持套管内的水头高度等于或高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径距离。 （3）采用冲洗、冲击、振动等方式钻进时，应在预计取样 位置1m以上改用回转钻进。 （4）采取土试样宜使用快速压入法。 （5）下放取土器前应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土 厚度不应大于取土器废土段长度。,3.3 土样的现场检验、封装、贮存、运输,现场检验,对钻孔中采取的、级土试样，应在现场进行检验，应检查尺寸量测是否有误，土样是否受压、开裂、扰动等，并根据检验情况决定废弃或降低级别使用。,密封,（1） 将上下两端各去掉约20mm,加上一块与土样截面面积相 当的不透水圆片，再浇灌蜡液，至与容器端齐平，待蜡液凝固 后扣上胶皮或塑料保护帽； （2）用配合适当的盒盖将两端盖严后，将所有接缝用纱布条 蜡封或用胶带封口。,贮存,（1） 、级土样应密封，防止湿度变化，并严防暴