水文地质与工程地质勘察建筑场地勘察PPT

1、水文地质与工程地质勘察第二部分工程地质勘察曾 斌中国地质大学（武汉）环境学院第十讲建筑场地勘察提 纲 一、道路岩土工程勘察 二、桥梁岩土工程勘察 三、高铁工程地质勘察实例（一）概述 公路与铁路在结构上虽各有其特点，但两者却有许多相似之处： (1)它们都是线型工程，往往要穿过许多地质条件复杂的地区和不同地貌单元，使道路的结构复杂化； (2)在山区线路中，崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象都是道路的主要威胁，而地形条件又是制约线路的纵向坡度和曲率半径的重要因素；一、道路岩土工程勘察一、道路岩土工程勘察 (3)两种线路的结构都是由三类建筑物所组成： 第一类为路基工程，它是线路的主体建筑物(包括路堤和路

2、堑)； 第二类为桥隧工程(如桥梁、隧道、涵洞等)，它们是为了使线路跨越河流、深谷、不良的地质和水文地质条件地段，穿越高山峻岭或使线路从河、湖、海底以下通过等； 第三类是防护建筑物(如明硐、挡土墙、护坡、排水盲沟等)。在不同线路中上述各类建筑物的比例也不同，主要决定于线路所经地区工程地质条件的复杂程度。 公路与铁路的工程地质问题大体相似，但铁路比公路对地质和地形的要求更高。高等级公路比一般公路对地质条件的要求高。 一、道路岩土工程勘察一、道路岩土工程勘察（二）主要工程地质问题1、路线选择工程地质论证 路线选择是由多种因素决定的，地质条件是其中的一个重要的因素，也是控制性的因素。 路线方案有大方案

3、与小方案之分，大方案是指影响全局的路线方案，如越甲岭还是越乙岭，沿A河还是沿B河，一般是属于选择路线基本走向的问题；小方案是指局部性的路线方案，如：走垭口左边还是右边，沿河右岸还是左岸，一般是属于线位方案。工程地质因素不仅影响小方案的选择，有时也影响大方案的选择。 一、道路岩土工程勘察2、路基主要工程地质问题 道路路基包括路堤、路堑和半路堤、半路堑式等。在平原地区修建道路路基比较简单，工程地质问题较少，但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建铁路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要工程地质问题是：（1）路基边坡稳定性（2）路基基底变形与稳

4、定性 （3）道路冻害 （4）建筑材料 一、道路岩土工程勘察（三）道路岩土工程勘察 道路岩土工程勘察的任务是运用工程地质学的理论和方法，去认识道路通过地带的工程地质条件，为道路的设计和施工提供依据和指导，以正确处理工程建筑与自然条件之间的关系，充分利用有利条件，避免或改造不利条件，使修建的道路能“好、快、省”。 道路岩土工程勘察，包括新建道路与改建道路的勘察工作，均应按照规定的设计程序分阶段进行。岩土工程勘察一般不应超越阶段的要求，也不应将工作遗留到下一阶段去完成。 一、道路岩土工程勘察1、道路岩土工程勘察的工作内容（1）路线岩土工程勘察 在踏勘、初察、详察各阶段，与路线、桥梁、隧道专业人员密切

5、配合，查明各条路线方案的主要工程地质条件，选择地质条件相对良好的路线方案；在地形、地质条件复杂的地段，确定路线的合理布设，以减少灾害。路线岩土工程勘察并不要求查明全部工程地质条件，但对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题，则应进行重点调查，得出正确结论。 一、道路岩土工程勘察（2）特殊地质、不良地质地区(地段)的岩土工程勘察 特殊地质地段及不良地质现象，诸如盐渍土、多年冻土、岩溶、沼泽、风沙、积雪、滑坡、崩塌、泥石流等，往往影响路线方案的选择、路线的布设与构造物的设计，在踏勘、初察、详察各阶段均应作为重点，进行逐步深入的勘察，查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度，提出绕越根据

6、或处理措施。一、道路岩土工程勘察（3）路基路面岩土工程勘察 路基路面岩土工程勘察亦称沿线土质地质调查。在初察、详察阶段，根据选定的路线方案和确定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细的工程地质勘察，为路基路面的设计和施工提供工程、地质、水文及水文地质方面的依据。 （4）桥渡岩土工程勘察 大桥桥位影响路线方案的选择，大、中桥桥位多是路线布设的控制点，常有比较方案。因此 ，桥渡工程地质勘察一般应包括两项内容：首先应对各比较方案进行调查，配合路线、桥梁专业人员，选择地质条件比较好的桥位；然后再对选定的桥位进行详细的工程地质勘察，为桥梁及其附属工程的设计和施工提供所需要的地质资料。 一、道路岩

7、土工程勘察（5）隧道岩土工程勘察 隧道多是路线布设的控制点，长隧道尤其影响路线方案的选择。隧道工程地质勘察同桥渡一样，通常包括两项内容：一是隧道方案与位置的选择；二是隧道洞口与洞身的勘察。前者，除几个隧道位置的比较方案外，有时还包括隧道与展线或明挖的比较；后者是对选定的方案进行详细的工程地质勘察，为隧道的设计和施工提供所需要的地质资料。前一项工作一般应在踏勘及初察时完成，后一项则在初察与详察时分阶段陆续完成。 一、道路岩土工程勘察钟家山隧道突水（泥）灾变演化分析及治理对策研究16提纲绪论区域地质概况隧道区工程地质水文地质条件隧道突水（泥）特征及灾变演化分析治理对策研究结论17一、绪论选题背景钟

8、家山隧道设计为左右分离式隧道，左洞长2486m，右洞长2494m，隧道区主要为砂页岩软弱地层。2012年5月10月，隧道掘进到F2断层破碎带后，在进口左右线分别发生8次和7次突水（泥）事故，并引发山顶地面塌陷。18一、绪论隧道三维左视图 F2F3突水（泥）时间（K91+316）2012.7.2 2012.7.3 （04.20、10:50）2012.7.14 2012.7.24 2012.8.132012.8.152012.8.1919一、绪论隧道三维右视图突水（泥）时间（K91+374380）2012.8.12 2012.9.19 2012.9.23 2012.10.1（21:40、23:00

9、） 2012.10.62012.10.25地表塌陷（K91+371389）F2F320一、绪论选题背景严重影响了隧道施工工期，成为吉莲高速公路建设的 “卡脖子”工程。研究意义分析隧道突水（泥）的灾变演化过程，为隧道治理提供理论和技术支持，防止类似灾害事故再次发生，保证隧道安全顺利掘进。也为类似地区隧道施工提供理论和实践经验。21二、区域地质概况地理位置钟家山隧道位于江西省萍乡市莲花县与吉安市永新县交界处，与G319相邻，交通比较便利。隧道概况隧道进出口标高172195m，截止2013年3月，隧道左洞完成1889m，余597m；右洞完成1776m，余698m。钟家山隧道22二、区域地质概况地形地

10、貌属剥蚀低山地貌，山体连绵起伏，地形起伏较大，山脊走向大致呈南北向。气象水文亚热带季风气候区，气候温暖、湿热，雨量充沛。隧道位于赣江一级支流禾水河流域，区内山间冲沟比较发育。进口出口23二、区域地质概况地层岩性泥盆系佘田桥组（D3s）砂岩、砂质页岩石炭系测水组（C1d2）石英砂岩、页岩夹砂质页岩，局部夹有煤线石炭系梓门桥组（C1d3）白云质灰岩、灰质白云岩第四系(Q)粉质粘土、砂砾石层D3sQC1d3C1d2进口出口24二、区域地质概况地质构造属湘东新华夏构造体系，以北东、北北东向的褶皱及挤压逆冲断裂为主，发育有一条北北东向逆冲推覆构造钟家山界化垄断层。受此推覆构造的影响，隧道区内还发育有一系

11、列与其相伴生的北西向小型断层。25二、区域地质概况含水岩组划分孔隙含水岩组分布标高底,含水量有限，对隧道工程无影响基岩裂隙含水岩组分布在D3s和C1d2砂页岩地层,相对弱含水岩组。岩溶裂隙含水岩组分布在C1d3白云质灰岩，覆盖型,分布面积小,补给量有限,富水性一般。基岩裂隙含水岩组孔隙含水岩组进口出口岩溶裂隙含水岩组26三、隧道区工程地质水文地质条件断层破碎带分布特征 受区域推覆构造（F3）影响，隧道区发育有F1、F2、F4、F5等断层破碎带，本次突水（泥）主要受F2和F3的影响。 进口出口F1F2F4F3F527三、隧道区工程地质水文地质条件F1、F2、F3、F4断层与隧道呈大角度相交，F5

12、与隧道平行。与隧道相交的断层中，F2发育宽3055m，F3发育宽80100m。F1F2F3F428三、隧道区工程地质水文地质条件主要含水岩组及富水性风化裂隙含水岩组；构造裂隙带含水岩组；岩溶裂隙含水岩组 含水岩组里程桩号渗透系数K（m/d）含水岩组特征风化裂隙含水岩组ZK5号钻孔0.0778富水性较差ZK6号钻孔0.0887K90+551K90+8360.085K90+836K91+3100.073构造裂隙带K91+310K91+409（F2）0.255相对富水带K92+292K92+337（F3）0.285岩溶裂隙含水岩组K92+337K92+3800.25渗透性好，但含水量有限K92+38

13、0K92+4210.285K92+421K92+6640.2529三、隧道区工程地质水文地质条件隧道区地下水补径排特征 地下水补给范围受地形地貌控制，基本以地表分水岭为地下水补给边界。天然情况下，地下水通过上覆的第四系或地表露头接受大气降水入渗补给后，地下水沿层面、风化裂隙、构造裂隙以及溶蚀裂隙下渗运移，径流方向受裂隙发育方向及沟谷切割控制，最后在沟谷或地势低洼处分散排泄。F1F2F3F430三、隧道区工程地质水文地质条件隧道充水来源钟家山隧道区的水源有地表水和地下水两大类。地表水包括禾水河及溪沟水，地下水包括风化裂隙水、构造裂隙水及岩溶裂隙水。但只有当水源和涌水通道沟通后才能成为隧道涌水的水

14、源。结合野外调查、地下水示踪试验及水化学测试结果分析，隧道充水水源主要来自于F2和F3断层带内的构造裂隙水、由构造裂隙沟通的下南湾长流溪沟水及大气降水入渗补给和局部风化裂隙水。 31三、隧道区工程地质水文地质条件隧道充水途径 隧道开挖揭露F2和F3破碎带后，破碎带富水段相互贯通并成为隧道涌水的直接水源，F3破碎带在与地表溪沟相交处导通地表溪沟水，大气降水通过F2和F3断层破碎带入渗补给隧道涌水点。综合以上分析，F2和F3断层破碎带在隧道开挖扰动后，成为隧道突水（泥）的主要充水途径。 F1F2F3F432四、隧道突水（泥）特征及灾变演化分析突水（泥）情况隧道施工过程中，共揭露了F1、F2、F3和

15、F4四条破碎带，F2和F3断层破碎带在隧道K91+310+500附近相交。隧道施工到该段时，左右线共发生10余次突水（泥）事故。左线突泥位置次数时间右线突泥位置次数时间K91+316上导右侧第一次7月2日23：30K91+380第一次8月12日第二次7月3日04：20K91+370376第二次9月19日11点第三次7月3日10：50K91+374第三次9月23日15：5016：10第四次7月14日17点到次日上午第四次10月1日21：40 第五次7月24日14：30第五次10月1日23点第六次8月13日第六次10月6日23：30到次日7：30第七次8月15日第八次8月19日第七次10月25日1

16、：3033四、隧道突水（泥）特征及灾变演化分析突水（泥）特征滞后性特征在隧道开挖后，收敛变形大，初支变性量增大，换榀后还出现较大的收敛变形，随后发生突水（泥）事故，这是一个渐变的过程,具有滞后性特征。高压破坏性特征隧道左右洞突水（泥）过程中，多次将重达60吨的二衬台车向后推移几十米远，具有高压破坏性特征。重复性及间歇性特征左洞K91+316段间歇性的发生了8次突水（泥），右洞K91+374+380段间歇性的发生了7次突水（泥），具有重复性及间歇性特征。34四、隧道突水（泥）特征及灾变演化分析隧道开挖扰动对围岩体的影响当隧道揭露断层破碎带后，由于临空面和塑性松动圈的存在，使破碎带内原来闭合的裂隙

17、张开并产生新的裂隙，改变了地下水的径流途径，使地下水有了集中的排泄通道。在新的径流途径和集中排泄通道中，地下水将对破碎带围岩的强度产生不利影响。R35四、隧道突水（泥）特征及灾变演化分析地下水对隧道破碎带围岩的影响地下水对隧道围岩力学性质的影响有物理的、化学的和力学的作用等。钟家山隧道破碎带围岩主要受地下水的物理和力学作用的影响。软化泥化作用 + 水力劈裂作用 + 潜蚀作用 36四、隧道突水（泥）特征及灾变演化分析隧道突水（泥）灾变演化过程是地下水作用下破碎带围岩裂隙萌生、扩展、贯通直至形成突水（泥）通道并发生突水（泥）的演化过程。钟家山隧道掘进到F2破碎带后，破碎带围岩受到扰动，增大了破碎带

18、围岩的渗透性。地下水不断地对破碎带围岩产生软化泥化、水力劈裂和潜蚀作用，围岩软化变形破坏，并最终导致突水（泥）事故发生。37六、结论结论1、隧道突水（泥）的主要充水水源为构造裂隙含水带、由构造裂隙沟通的下南湾长流溪沟水及大气降水入渗补给和局部风化裂隙水。主要充水途径为F2和F3断层破碎带。2、突水（泥）具有滞后性特征、高压破坏性特征、多次重复性特征和间歇性特征。3、突水（泥）的灾变演化过程是地下水作用下破碎带围岩裂隙萌生、扩展、贯通直至形成突水（泥）通道并发生突水（泥）的演化过程。在这一过程中，地下水对破碎带的软化泥化、水力劈裂以及潜蚀作用几乎同时进行，并相互影响。（6）筑路材料勘察 修建道路

19、需要大量的筑路材料，其中绝大部分都是就地取材，特别是像石料、砾石、砂、粘土、水等天然材料更是如此。这些材料品质的好坏和运输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。筑路材料勘察的任务是充分发掘、改造和利用沿线的一切就地材料，当就近材料不能满足要求时，则应由近及远扩大调查范围，以求得数量足够，品质适用，开采、运输方便的筑路材料产地。 一、道路岩土工程勘察2、道路岩土工程勘察的主要方法 道路岩土工程勘察方法，主要有研究既有资料、调查与测绘、勘探、试验与监测等几方面。（1）研究既有资料 区域地质资料。如地层、地质构造、岩性、土质及筑路材料等。 地形、地貌资料。如区域地貌类型及其主

20、要特征、不同地貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等。 区域水文地质资料。如地下水的类型、分带及分布情况、埋藏深度、变化规律等。一、道路岩土工程勘察 物理地质作用和现象。如各种特殊岩土的分布情况、发育程度与活动特点等。 地震资料。如沿线及其附近地区的历史地震情况、地震烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等。 气象资料。如气温、降水、蒸发、湿度、积雪、冻结深度及风速、风向等。 其他有关资料。如气候、水文、植被、土壤等。 工程经验。区内已有公路、铁路的主要工程地质问题及其防治措施等。 一、道路岩土工程勘察（2）调查与测绘 调查与测绘是工程地质勘察的主要方法。通过观察和访问，对路线通过地

21、区的工程地质条件进行综合性的地面调查，将查明的地质现象和获得的资料，填绘到有关的图表与记录本中，这种工作统称为调查测绘。一般情况下，道路工程地质调查测绘采用沿线调查的方法，而不进行测绘。但对地质条件复杂地区或重点工程地段，则应根据需要进行较大面积的工程地质测绘。 一、道路岩土工程勘察（3）勘探 针对道路工程建筑物设置勘探位置，选择勘探方法。（4）试验（5）监测 在道路工程中，对沙漠、盐渍土、滑坡、泥石流、多年冻土与道路冻害等物理地质作用与现象，都有设立长期观测站的实例和经验。 同时还包括道路主要构筑物的变形监测。 一、道路岩土工程勘察（一）概述 桥梁是道路建筑工程中的重要组成部分。如我国成昆铁路全长1083km，就有大、中桥梁800多座，共长约80km。二、桥梁岩土工程勘察（二）桥梁建筑工程地质研究1、桥墩台主要工程地质问题 墩台主要工程地质问题包括桥墩台地基稳定性、桥台的偏心受压及桥墩台地基的冲刷问题等。（1）桥墩台地基稳定性问题 桥墩台地基稳定性主要取决于墩台地基中岩土体的允许承载力，它是桥梁设计中最重要的力学数据之一，它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构型式起决定性作用，影响造价极大，是一项关键性的资料。 二、桥梁岩土工程勘察（2）桥台的偏心受压问题 桥台除了承受垂直压力外，还承受到岸坡的侧向主动土压力，在有滑坡的情况下，还受到滑坡的水平推力，