岩土工程勘察第一章

1、岩土工程勘察第一章一、岩土工程的含义和研究对象 岩土工程是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。它的英文为Geotechnical Engineering, 直译之可谓“地质技术工程”。 岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。它涉及到岩体与土体的利用、整治和改造，包括岩土工程的勘察、设计、施工和监测四个方面。 这一为工程建设全过程服务的技术体制，在房屋、道路、航运、能源、矿山和国防等建设工程中占有重要的地位，在保证工程质量、降低工程造价、缩短工程周期以及提高工程经济效益、环境效益和社会效益方面起到了重要作用

2、。 岩土工程 岩土工程以工程地质学、土力学、岩体力学和基础工程学为理论基础，以解决在建设过程中出现的与岩体和土体有关的工程技术问题，是一门地质与工程紧密结合的学科。可以认为，它是由土木工程、地质、力学和材料科学等多学科相互渗透、融合而形成的边缘学科。就学科的内涵和属性来说，岩土工程是一门服务于工程建设的综合性和应用性都很强的技术学科，属土木工程范畴。 工程建筑与岩土体之间处于相互依存，又相互制约的矛盾中。研究两者之间的关系，促使矛盾的转化和解决，是岩土工程的基本任务。 在土木工程中，各种建筑物以岩土体作为建筑材料、工程结构或建筑环境，岩土工程的地位相当重要。而且，随着工程规模愈来愈大，岩土工程

3、问题愈益突出和复杂，给岩土工程师提出了各种新的、前所未有的研究课题。就房屋建筑和构筑物而言，目前世界上高层建筑物有120层、高达400多米，更有560余米高的电视塔；我国也已建成了81层、高380多米的高层建 筑物。显然，一般天然土体材料是难以满足其荷载要求的，为此需采用桩基础或对地基土进行处理，这就要研究桩身的尺寸、材料强度以及桩基持力层的选择和承载力等问题。此外， 施工时深基坑开挖支护和降水问题也很重要。岩土工程在此类工程的总造价和总工期中占1/ 3左右。 当今世界上边坡工程规模也很大，土质边坡最高的有120m，而岩质露天矿坑边坡则高达1000余米。在边坡工程中，岩土体既是建筑材料，又是工

4、程结构。高边坡工程的稳定性问题十分突出，尤其是岩质边坡，分析它的稳定性时必须要弄清楚岩体结构，并采用工程地质和岩体力学理论分析其变形、破坏的机制，对稳定性的现状和演化趋势作出科学的评价 。 对地下工程而言，岩土体既是建筑材料，又是工程结构和建筑环境。它的岩土工程问题更为复杂和多样，诸如围岩稳定、施工开挖、涌水、瓦斯爆炸等，尤其是在复杂地质条件下的大埋深、大跨度、高边墙的地下工程，上述问题更具特殊性。 工程岩土体是地质体的一部分，其工程性质的形成和演化以及对建筑的适应性，与它的物质组成、结构和赋存环境息息相关。因此，岩土工程师在着手解决任何一项岩土工程问题时、首先要查明岩土体的地质特征和场地工程

5、地质条件，尤其是地质条件比较复杂的重大岩体工 程，场地工程地质条件的研究更显得重要，甚至会成为影响工程效益、投资抑或成败的关键 。可见，岩土工程师必须具备地质和工程地质的基本理论知识，要有较好的地质素养。可以认为，工程地质学是岩土工程的重要基础和支柱。 二、岩土工程勘察的目的、任务、准则和要求 基本任务：按照建筑物或构筑物不同勘察阶段的要求，为工程的设计、施工以及岩土体治理加固、开挖支护和降水等工程提供地质资料和必要的技术参数，对有关的岩土工程问题作出论证、评价。目的：查明场地工程条件，综合评价场地和地基安全稳定性，为工程设计、施工提供可靠的计算指标和实施方案。目前世界各地的建筑、水利、交通等

6、土木工程成功的案例和发生的事故如下图：CCTV大楼 国家体育场“鸟巢” 加拿大Transcona谷仓的倾覆 “5.12”汶川地震中的东方汽轮机场 具体任务：（1）阐述建筑场地的工程地质条件，指出场地内不良地质现象的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性作出评价。 （2）查明工程范围内岩土体的分布、性状和地下水活动条件，提供设计、施工和整治所需的地质资料和岩土技术参数。 （3）分析、研究有关的岩土工程问题，并作出评价结论。 （4）对场地内建筑总平面布置、各类岩土工程设计、岩土体加固处理、不良地质现象整治等具体方案作出论证和建议。 （5）预测工程施工和运行过程中对地质环境和周围建筑物的影响，并

7、提出保护措施的建议。目的：查明工程地质条件，综合评价场地和地基安全稳定性，为工程设计、施工提供可靠的计算指标和实施方案我国岩土工程勘察的现状： 新中国建立后，由于国民经济建设的需要，在地质、城建、水利、电力、冶金、机械、铁道 、国防等部门，按原苏联的模式，相继设立勘察、设计机构，开展了大规模的工程地质勘察研究工作，为工程规划、设计和施工提供了大量的地质资料，使得一大批重要工程得以顺利施工和正常运行。但是，由于工程地质勘察体制的局限，其明显的弊病和缺陷，一是侧重于定性分析，定量评价不够；二是侧重于“宏观”研究，结合工程具体较差，在建筑结构、基础方案和地基处理措施等方面，往往缺乏权威性意见和建议。

8、这反映了勘察与设计、施工 在一定程度上是脱节的，影响了勘察工作社会地位和经济效益的提高；它尤其不能适应社会主义市场经济的需要。 针对工程地质勘察的缺陷，中国城建、冶金部门的一些工程勘察单位自80年代初期，引进了岩土工程体制。这一技术体制是为工程建设全过程服务的，因此很快就显示了它突出的优越 性。之后，各部门相继推广。此时，由于国内地质找矿市场逐渐萎缩，不少原从事找矿地质勘查的地质队也纷纷转产，从事岩土工程勘察。因而形成了一支庞大的岩土工程勘察队伍， 它们遍布全国各大、中城市，主要从事工业与民用建筑和市政设施的勘察。由于高层建筑， 尤其是超高层建筑的涌现，对天然地基稳定性计算和评价、桩基计算与评

9、价、基坑开挖与支 护、岩土加固与改良等方面，都提出了新的研究课题，要求对勘探、取样、原位测试和监测的仪器设备、操作技术和工艺流程等不断创新。由于勘察工作与设计、施工、监测结合紧密 ，勘察真正成为工程咨询性的工作，为保证工程安全和提高经济效益作出了很大的贡献， 并积累了许多勘察经验和资料。可以认为：勘察与设计、施工、监测的紧密结合，是岩土工程技术体制的最大优越性。 为了在社会主义市场经济体制下，使岩土工程勘察能贯彻执行国家有关的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、确保工程质量和提高经济效益，由国家建设部会同有关部门，共同 制订了中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范GB50021-94，作为强

10、制性国 家 标准于1995年3月1日正式颁布施行。该规范是对原工业与民用建筑工程地质勘察规范TJ 21-77的修订，它既总结了中国40多年来工程实践的经验和科研成果，又注意尽量与国际标准接轨。 从目前国内大量的实践可看出，岩土工程勘察侧重于解决土体工程的场地评价和地基稳定性问题，而对地质条件较复杂的岩体工程，尤其是重大工程（如水电站、核电站、铁路干线等 ）的区域地壳稳定性，边坡和地下洞室围岩稳定性的分析、评价，仅由岩土工程师是无法胜 任的，必须有工程地质人员的参与才能解决。这就要求岩土工程与工程地质在发挥各自学科专业优势的前提下，互相渗透、交叉，二者互为补充而相得益彰。 三 岩土工程勘察等级

11、岩土工程勘察等级划分的主要目的，是为了勘察工作量的布置。显然，工程规模较大或较重 要、场地地质条件以及岩土体分布和性状较复杂者，所投入的勘察工作量就较大。反之则 较小。 岩土工程勘察的等 级，是由工程安全等级、场地和地基的复杂程度三项因素决定的。首先应分别对三项因素进行分级，在此基础上进行综合分析，以确定岩土工程勘察的等级划分。下面先分别论述三项 因素等级划分的依据及具体规定，随后综合划分岩土工程勘察的等级。 3.1 岩土工程勘察等级 工程的安全等级，是根据由于工程岩土体或结构失稳破坏，导致建筑物破坏而造成生命财产 损失、社会影响及修复可能性等后果的严重性来划分的。 根据国家标准建筑结构设计统

12、一标准GBJ68-84的规定，将工程结构划分为三个安全等级，规范与之相应，也将工程安全等级划分为三级安全等级 破坏后果 工程类型级 很严重 重要工程级 严 重 一般工程级 不严重 次要工程工程安全等级 对于不同类型的工程来说，应根据工程的规模和重要性具体划分。目前房屋建筑与构筑 物的安全等级，已在国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002中明确规定。此外，各产业部门和地方根据本部门(地方)建筑物的特殊要求和经验，在颁布的 有关技术规范中也划分了适用于本部门(地方)的工程安全等级，一般均划分为三级。 房屋建筑与构筑物安全等级 安全等级：一 级 破坏后果：很严重 建筑类型：重要的工业与民

13、用建筑物；20层以上的高层 建筑；体型复杂，提醒复杂的14层以上的高层建筑 ；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩承受的荷载在4 000kN以上的建筑物 场地的复杂程度等级 场地的复杂程度是由建筑抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏情况和地形地貌条件四个条件衡量，也划分为三个等级（一）建筑抗震稳定性 按国家标准建筑抗震设计规范GBJ11-89规定，选择建筑场地时，对建筑抗震稳 定性地段的划分规定为：(1)危险地段：地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及发震断裂带上可能发生 地表位错的部位。(2)不利地段：软弱土和液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡、河岸 和斜坡

14、边缘，平面分布上成因、岩性和性状明显不均匀的土层(如古河道、断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基)等。(3)有利地段：岩石和坚硬土或开阔平坦、密实均匀的中硬土等。 （二）不良地质现象发育情况 不良地质现象泛指由地球外动力作用引起的，对工程建设不利的各种地质现象。它们分布于场地内及其附近地段，主要影响场地稳定性，也对地基基础、边坡和地下洞室等具体的岩土工程有不利影响。 “强烈发育”是指由于不良地质现象发育招致建筑场地极不稳定，直接威胁工程设施的安全 。例如，山区崩塌、滑坡和泥石流的发生，会酿成地质灾害，破坏甚至整个摧毁工程建筑物 。岩溶地区溶洞和土洞的存在，所造成的地面变形甚至塌陷，对工程设

15、施的安全也会构成直接威胁。 “一般发育”是指虽有不良地质现象分布，但并不十分强烈，对工程设施安全的影响不严重；或者说对工程安全可能有潜在的威胁。（三）地质环境破坏程度 由于人类工程经济活动导致地质环境的干扰破坏，是多种多样的。例如，采掘固体矿产 资源引起的地下采空；抽汲地下液体(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂缝； 修建水库引起的边岸再造、浸没、土壤沼泽化；排除废液引起岩土的化学污染；等等。 地质环境破坏对岩土工程实践的负影响是不容忽视的，往往对场地稳定性构成威胁。 地质环境的“强烈破坏”，是指由于地质环境的破坏，已对工程安全构成直接威胁； 如矿山浅层采空导致明显的地面变形、横跨地

16、裂缝等。 “一般破坏”是指已有或将有地质环 境的干扰破坏，但并不强烈，对工程安全的影响不严重。 （四）地形地貌条件 主要指的是地形起伏和地貌单元(尤其是微地貌单元)的变化情况。一般地说，山区和丘陵区 场地地形起伏大，工程布局较困难，挖填土石方量较大，土层分布较薄且下伏基岩面高低不 平。地貌单元分布较复杂，一个建筑场地可能跨越多个地貌单元，因此地形地貌条件复杂或 较复杂。平原场地地形平坦，地貌单元均一，土层厚度大且结构简单，因此地形地貌条件简 单。 三、地基复杂程度等级 地基复杂程度也划分为三级：1、 一级地基: 符合下列条件之一者即为一级地基： (1)岩土种类多，性质变化大，地下水对工程影响大

17、，且需特殊处理；(2)多年冻土及湿陷、膨胀、盐渍、污染严重的特殊性岩土，对工程影响大，需作专门处理 的；变化复杂，同一场地上存在多种的或强烈程度不同的特殊性岩土也属之。2、二级地基: 符合下列条件之一者即为二级地基：(1)岩土种类较多，性质变化较大，地下水对工程有不利影响； (2)除上述规定之外的特殊性岩土。 3、三级地基(1)岩土种类单一，性质变化不大，地下水对工程无影响； (2)无特殊性岩土。 岩土工程勘察等级勘察等级确 定 勘 察 等 级 的 因 素工程安全等级场地等级地基等级一 级一 级任 意任 意二 级一 级任 意任 意一 级二 级二 级二 级二级或三级三 级二 级三 级一 级任 意

18、任 意一 级二 级二 级三 级二 级三 级 三 级 三 级二 级三 级 三 级 二级或三级 四 岩土分类我国幅员辽阔，各种建筑物、水利、水电、公路、铁路、港口等的侧重点不同，因而出现了不停的分类标准岩土工程勘察规范对岩土的分类1 岩石的分类(1)在进行岩土工程勘察时，应鉴定岩石的地质名称和风化程度、岩体完整程度，并进行岩石坚硬程度、岩体完整程度和岩体基本质量等级划分（2）岩石坚硬程度、岩体完整程度和岩体基本质量等级的划分，见下表岩石坚硬程度分类 注：1.当无法取得饱和单轴抗压强度数据时，可用点荷载试验强度换算，换算方法按现行国家标准工程岩体分级标准（GB50218）执行；2.当岩体完整程度为机

19、破碎时，可不执行坚硬程度分类。 岩石完整程度分类 注：完整性指数为岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方，选定岩体和岩块测定波速时，应注意其代表性。岩体基本质量等级分类 (3)岩石分化程度可按下表执行注：1.波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速比之比； 2.风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比 ； 3.岩石风化程度，除按表列野外特征和定量指标划分外，也可根据地区经验划分； 4.花岗岩类岩石，可采用贯入试验划分，N50为强风化；50N30为全风化；N30为残积土；5.泥岩和半成岩，可不进行风化程度划分。（4）当软化系数等于或小于0.75时，应定为软化岩石；当岩石具有特殊成分、

20、特殊结构和特殊性质时，应定为特殊岩石。（5）岩石的描述应包括地质年代、地质名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构和岩石质量指标ROD。岩石质量指标ROD，可分为好的（ROD90)、较好的（ROD=7590) 、较差的（ROD=5075) 、差的（ROD=2550)和极差的（ROD25)。2 土的分类 晚更新世Q3及其以前沉积的土，应定为老沉积土如Q1、 Q2；第四记全新世中近期沉积的土，应定为新近沉积土。根据地质成因，可划分为残积土、坡积土、冲积土、洪积土、冰积土和风积土等。（1）粒径大于2mm的颗粒质量超过总重量的50%以上的土，应定义为碎石土，按下表分类。（2）粒径大于2mm的颗粒质量不超过

21、总重量的50%以上的土，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总重量的50%以上的土应定义为砂土，按下表进一步分类。砂土分类 注：对于碎石土与砂土定名时，应根据颗粒级配由大到小以最先符合后确定。（3）粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总重量的50%，且塑形指数等于或小于10的土，应定义为粉土。（4）黏性土的塑形指数IP大于10的土，可按下表分类。黏性土的分类注：塑性指数应由相应于76g圆锥仪沉入土中深度10mm时测定的液限计算而得。 粉土介于砂土与黏性土之间，塑性指数Ip10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%的土。 五 岩土工程勘察方法岩土工程勘察方法或技术手段，主要以下几

22、种：（1）工程地质测绘（2）勘探与取样（3）原位测试与室内实验（4）现场检验与监测 工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是 运用地质、工程地质理论，对地面的地质现象进行观察和描述，分析其性质和规律，并藉以 推断地下地质情况，为勘探、测试工作等其他勘察方法提供依据。在地形地貌和地质条件较 复杂的场地，必须进行工程地质测绘；但对地形平坦、地质条件简单且较狭小的场地，则可 采用调查代替工程地质测绘。工程地质测绘是认识场地工程地质条件最经济、最有效的方法 ，高质量的测绘工作能相当准确地推断地下地质情况，起到有效地指导其他勘察方法的作用 。 勘探工作包括物探、钻

23、探和坑探等各种方法。它是被用来调查地下地质情况的；并且可利用 勘探工程取样进行原位测试和监测。应根据勘察目的及岩土的特性选用上述各种勘探方法 。 物探是一种间接的勘探手段，它的优点是较之钻探和坑探轻便、经济而迅速，能够及时解 决工程地质测绘中难于推断而又急待了解的地下地质情况，所以常常与测绘工作配合使用。 它又可作为钻探和坑探的先行或辅助手段。 但是，物探成果判释往往具多解性，方法的使用又受地形条件等的限制，其成果需用勘探工程来验证。 钻探和坑探也称勘探工程，均是直接勘探手段，能可靠地了解地下地质情况，在岩土工程勘察中是必不可少的。 其中钻探工作使用最为广泛，可根据地层类别和勘察要求选用不同的

24、钻探方法。当钻探方法难以查明地下地质情况时，可采用坑探方法。 坑探工程的类型较多，应根据勘察要求选用。 勘探工程一般都需要动用机械和动力设备，耗费人力、物力较多，有些勘探工程施工周期又较长，而且受 到许多条件的限制。因此使用这种方法时应具有经济观点，布置勘探工程需要以工程地质测 绘和物探成果为依据，切避盲目性和随意性。 原位测试与室内试验的主要目的，是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数，包括岩 土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等 。 原位测试一般都藉助于勘探工程进行，是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。 原位测试与室内试验相比，各有优缺点 。

25、原位测试的优点是：试样不脱离原来的环境，基本上在原位应力条件下进行试验；所测定的岩土体尺寸大，能反映宏观结构对岩土性质的影响，代表性好；试验周期较短，效率高；尤其对难以采样的岩土层仍能通过试验评定其工程性质。 缺点是：试验时的应力路径难以控制； 边界条件也较复杂；有些试验耗费人力、物力较多，不可能大量进行。 室内实验历史较久 ，其优点是：试验条件比较容易控制（边界条件明确，应力应变条件可以控制等）；可以大量取样。 缺点是：试样尺寸小，不能反映宏观结构和非均质性对岩土性质的影响，代表 性差；试样不可能真正保持原状，而且有些岩土也很难取得原状试样。 现场检验与监测是构成岩土工程系统的一个重要环节，

26、大量工作在施工和运营期间进行；但是这项工作一般需在高级勘察阶段开始实施，所以又被列为一种勘察方法。它的主要目的在于保证工程质量和安全，提高工程效益。 现场检验的涵义，包括施工阶段对先前岩土工程勘 察成果的验证核查以及岩土工程施工监理和质量控制。 现场监测则主要包含施工作用和各类 荷载对岩土反应性状的监测、施工和运营中的结构物监测和对环境影响的监测等方面。 检验与监测所获取的资料，可以反求出某些工程技术参数，并以此为依据及时修正设计，使之在技术和经济方面优化。此项工作主要是在施工期间内进行，但对有特殊要求的工程以及一些对工程有重要影响的不良地质现象，应在建筑物竣工运营期间继续进行。 随着科学技术的飞速发展，在岩土工程勘察领域中不断引进高新