工程地质学第8章

工程地质学,主讲：张耀平职称：讲师2008年9月,第8章工程地质勘察,1、目的：获取建筑场地及其有关地区的工程地质原始资料和工程地质论证。2、原则：坚持为建筑物服务的原则。3、要求：按勘察阶段的要求，正确反映工程地质条件，提出工程地质评价，为设计施工提供依据。4、基本方法：工程地质测绘、工程地质勘探与取样、工程地质现场测试与长期观测、工程地质资料室内整理等。,8.1建筑工程地质勘察的内容和方法,1、工程地质勘察阶段2、工程地质测绘3、遥感技术在工程地质测绘中的应用4、工程地质勘探5、土式样的采取6、地球物理勘探,8.1.1工程地质勘察阶段,工程地质勘察阶段的划分是与设计阶段的划分相一致的，一定的设计阶段需要相应的工程地质勘察工作。可行性研究勘察选址或确定场地要求初步勘察初步设计或扩大初步设计详细勘察施工图设计施工勘察针对场地条件复杂或有特殊要求的重要工程,1、可行性研究勘察阶段（选址阶段）P252该阶段对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价。（1）确定建筑场地时，在工程地质方面要避开的地区或地段？（2）本阶段对工程地质工作的要求？2、初步勘察阶段：对场地内建筑地段的稳定性做出岩土工程评价。本阶段的勘察工作有那些？3、详细勘察与施工勘察阶段详细勘察的主要内容：结合技术设计或施工图设计施工勘察的主要内容：主要与设计、施工单位相结合,8.1.2工程地质测绘,1.工程地质测绘的内容和比例尺实质：综合性测绘任务：在地形地质图填绘出测区的工程地质条件内容：工程地质条件的全部要素（拟建场地的地层、岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、物理地质作用和现象、已有建筑物的变形和破坏状况和建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等）比例尺：小比例尺测绘（可研勘察）中比例尺测绘（初勘）大比例尺测绘（详勘）,2.工程地质测绘方法相片成图法：实地测绘法：路线法：路线形式可以是直线或折线,观测路线应选择在露头及覆盖层较薄的地方。布点法：预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点，但观测点要根据观察目的和要求进行布点。追索法：沿地层走向或某一地质构造线或某些不良地质现象界线进行布点追索。他是在布点法和路线法的基础上进行，是一种辅助方法。,8.1.3遥感技术在工程地质测绘中的应用,遥感：根据电磁辐射理论，应用现代技术中的各种探测器，对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收、传送到地表接收站加工处理成遥感资料（图像或数据），用来探测识别目标物的整个过程。1应用方法初步解译阶段野外踏勘和验证成图阶段2.遥感影像资料比例尺P255,8.1.4工程地质勘探,勘探是在工程测绘的基础上，为了进一步查明地表以下工程地质问题，取得深部地质资料而进行的。方法主要有：坑、槽探、钻探、地球物理勘探等方法。1.坑、槽探用人工或机械方式进行挖掘坑、槽，直接观察岩土层的天然状态及地层之间的接触关系等地质结构；可以取出接近实际的原状结构土样。缺点：深度浅，受自然地质条件限制。形式：坑、槽、井、洞。,2.钻探概念：指在地表下用钻头钻进地层的勘探方法几个术语：孔口、孔底、孔壁、孔径、换径、孔深。钻探过程和钻进方法过程：破碎岩土采取岩土保全孔壁钻进方法：冲击钻进、回转钻进、综合式钻进、振动钻进钻孔地质柱状图：是表示该钻孔所穿过的地层而综合成图表表示（图中表示有地质年代、土层埋藏深度、土层厚度、土层底部的绝对标高、岩土的描述、柱状图、地面绝对标高、地下水水位和测量日期、岩土样选取位置等）比例尺一般为：1：1001：500,8.1.5土式样的采取,1.原状土样的概念工程地质的主要任务之一就是在岩土层中采取岩芯或原状土式样。原状式样有岩芯式样和土式样，后者更容易扰动。造成土样扰动有三个原因：岩土工程勘察规范对土式样的扰动程度分为如下质量等级：级、级、级、级。,2减少土式样扰动的注意事项.在结构性敏感土层和较以泥浆护孔，可减少扰动取土钻孔的孔径要适当一次钻进不宜过深取土深度与进土深度等尺寸，在取土前都应丈量准确。,8.1.6地球物理勘探,1物探及其分类地球物理场，是指存在于地球内部及其周围的、具有物理作用的物质空间。例如，地球内部及其周围具有重力作用的物质空间，称为重力场；天然或人工建立的具有电(磁)力作用的物质空间称为电(磁)场；质点振动传播的物质空间，称为弹性波场等等。,组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性、电性、磁性、放射性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起相应的地球物理场在空间(或时间)上的局部变化，这种变化称为地球物理异常。地球物理勘探就是通过专门的仪器，观测这些地球物理异常，取得它们(在时间和空间上)的分布及形态等有关地球物理资料，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断地下地质构造，或确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。,(1)以介质弹性差异为基础，研究波场变化规律的地震勘探和声波探测；(2)以介质电性差异为基础，研究天然或人工电场(或电磁场)的变化规律的电法勘探；(3)以介质密度差异为基础，研究重力场变化规律的重力勘探；（4）以介质磁性差异为基础，研究地磁场变化规律的磁法勘探；(5)以介质中放射性元素种类及含量差异为基础，研究幅射场变化特征的核地球物理勘探；(6)以地下热能分布和介质导热性为基础，研究地温场变化的地热勘探等。,物探方法通常可分为以下几大类：,2工程与环境物探的应用范围,（1）区域性地质调查。（2）工程地质环境调查。（3）工程施工或巷道掘进过程中的超前预测。（4）工程施工质量及工程现状的检测。（5）环境地质方面。（6）水资源的调查。（7）考古及文物保护方面的调查。（8）水资源的调查。,3工程与环境物探的特点,表1为常用物探方法解决工程及环境地质问题能力一览表，由表可见。工程及环境物探工作通常有以下特点：（1)要求探查的分辨率高、定量解释精度高；（2）还往往要求查明单个对象（如溶洞）的空间位置；（3）对工作结论要求高；（4）探查对象复杂。,表达表一,表一:工程与环境物探常用方法及解释地质问题能力一览表,注：表示直接方法及有效。表示间接方法及可以适用。,4工程与环境物探的主要方法及其发展,几乎各种物探方法在工程及环境物探领域均能找到其用武之地，但大多数方法都要作某些改造和发展,使其适应工程与环境物探。1、弹性波法2、电法3、核物探4、其它方法,一.电法勘探电法勘探是以岩、矿石之间电学性质的差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场或电磁场在空间或时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体（岩溶、风化层、滑坡体等）的一类勘查地球物理方法。,1.4高密度电阻率法1.4.1基本原理高密度电阻率法是根据水文、工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法观测系统。与常规电阻率法相比，高密度电阻率法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式，因而采集的信息量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中取得了良好的地质效果。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法。,由于高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和微机处理，从而改变了电阻率法勘探传统的工作模式，大大地提高了工作效率，减轻了劳动强度，使电法勘探的智能化程度大大地向前迈进了一步。图8.1.1为高密度电阻率法勘探系统结构示意图。,图8.1.1高密度电阻率法勘探系统结构示意图,图8.1.3西安市区高密度电阻率法等值线拟断面图,2三电位电极系测量装置为获得地电断面结构特征的信息，可选择三电位电极系测量装置。三电位电极系是将等间距的对称四极，偶极及微分装置按一定方式组合后所构成的一种测量系统。三电位电极系的电极排列方式如图8.1.4所示。当点距设为x时，其极距。三电位电极系的电极排列方式如图2.1.53所示。当点距设为x时，其极距a=nx(n=1,2,3),图8.1.4三电位电极系,4资料处理及结果图示图8.1.5为高密度电阻率法数值模拟等值线断面图。其中（a）图下部为水文物探中一种模拟古河道中含水透镜体的常见的地电模型，上部为经过滤波处理后的比值参数面图，它比较简捷地反映了局部透镜体(高阻体)的存在。（b）图为隆起基岩中的低阻破碎带，比值参数不仅反映出基底的起伏，还清楚地反映出低阻破碎带的存在。,图8.1.5高密度电阻率法数值模拟断面图,应用实例1、高密度电阻率方法在地下空洞墓穴探测实例,图4d是总剖面的照片，e是电阻率反演结果，与剖面对应的b和c（放大图）是先前发现的墓穴，位置a（放大图）是先前没有注意到的另一个墓穴。采用温纳装置，电极距为1米。,2、高密度电法在地区规划水泥厂地基勘察中的应用。图6为测线2的电阻率剖面及钻井验证结果。,3、高密度电法在地区铜镍矿勘察中的应用,二.探地雷达探地雷达（GroundPenetratingRadar简称GPR）是用频率介于106109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。对称振子型调幅脉冲时域探地雷达输出功率大，能实时监测测量结果，设备可做成便携式等优点，在商用地面探地雷达中，已得到广泛应用。下面主要介绍这种探地雷达。,2.5.1脉冲时间域探地雷达的基本原理脉冲时间域探地雷达利用超高频短脉冲电磁波在地下介质中的传播规律来探测地下介质的分布。因为任何脉冲波都可以分解成不同频率的单谐波；对称振子型、发射和接受天线间距离很小。因此电偶极源产生的单谐电磁波场及传播特征是探地雷达的理论基础。2.5.1.1电偶极源的电磁场1、均匀介质中的电磁场,l剖面法与多次覆盖（1）剖面法剖面法是发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。（2）多次覆盖应用不同天线距的发射接收天线在同一测线上进行重复测量然后把测量记录中相同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。,4.5.2.2探地雷达的技术参数1分辨率分辨率是方法分辨最小异常体的能力。分辨率可分为垂向分辨率与横向分辨率。（1）垂向分辨率一般把地层厚度b=4作为垂直分辨率的下限。（2）横向分辨率,4.5.2.4探地雷达测量的设计1目的体特性与所处环境分析（1）天线中心频率选择（2）时窗选择（3）采样率选择（4）测点点距选择（5）天线间距选择,4.5.3探地雷达的数据处理与资料解释4.5.3.1探地雷达的数据处理数字记录的探地雷达数据类似于反射地震数据，反射地震数字处理许多有效技术通过某种形式改变均可以应用于探地雷达资料的处理。,4.5.3.3探地雷达的资料解释方法（补充速度的求取）1时间剖面的解释方法（1）反射层的拾取（2）时间剖面的解释2资料解释的专家系统介绍(1）对雷达图像信息进行反褶积处理。（2）利用自动识别系统（3）根据专家领域知识进行地层性质判别,4.5.4探地雷达的应用4.5.4.1在工程地质勘察中的应用1基岩面的探地雷达探测广州花园。第四系地层覆盖在基岩（灰岩）上。第四系地层为淤泥、粉质粘土与砂，比较松软；其下为灰岩，有较高的承载力。建筑物拟采用预制桩桩基础。图2.4.34为该场地地层的探地雷达图像，,图2.4.34灰岩与覆盖地层的探地雷达图像,2岩溶地区的探地雷达探测岩溶（又称喀斯特）是指碳酸盐岩等可溶性岩层受水的化学和物理作用所产生的沟槽裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。（1）节理裂隙岩溶图2.4.36为湖北黄石某地裂隙溶蚀带的探地雷达图像。,图2.4.36裂隙岩溶的探地雷达图像,（2）溶蚀沟槽灰岩长期出露地表时，其表面遭受风化后强度降低。灰岩表面地形变化剧烈的地方，会由于地表的大径流，使其表面受强烈侵蚀而形成溶沟、溶槽。图2.4.37为广州花都市某处溶蚀沟的探地雷达图像。,图2.4.37溶蚀沟的探地雷达图像,4.5.4.2在地基基础施工中的应用1探地雷达在桩基础施工障碍成因调查中的应用图2.4.39为基岩破碎带的探地雷达图像特征。,图2.4.39基岩破碎带探地雷达图像,（2）桩基础下异常性质判断本场地为紧靠长江的滩地，