土力学 岩土工程勘察

第六章岩土工程勘察了解工程地质勘察目的；清楚工程地质勘察各阶段内容；了解工程地质勘察方法；能正确阅读与使用工程地质勘察报告。学习要点建筑场地：指建筑物所处的有限面积的土地。岩土工程勘察：根据建设工程的要求，利用必要的工程技术措施，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。岩土工程勘察是工程建设的前期准备工作，为工程建设制定技术可行、经济合理和有明显综合效益的设计与施工方案。第一节概述1．地质作用及地质年代

一、工程地质基本知识地球的演化阶段地球的年龄：46亿年天文演化阶段：46-40亿年，无生命，冥古宙地质演化阶段：40亿年有岩石记录以来地质历史时期：地球形成-更新世（46亿年前-1万年前）地质作用：由自然动力引起地球的物质组成、内部结构、构造和地表形态变化与发展的作用。举例：地震作用地质作用的能量来源1.来自地球内部的能量（内能）地球旋转能、重力能、地热能、结晶能和化学能2.来自地球外部的能量（外能）太阳辐射能、日月引力能和生物能根据能量来源，可将地质作用分为两种基本的类型：内动力地质作用外动力地质作用

地质作用的分类内动力地质作用：由地球内能引起的岩石圈乃至地球物质组成、内部结构和地表形态变化与发展的作用内动力地质作用的类型：构造运动地震作用岩浆作用变质作用外动力地质作用：由地球外能引起的地壳表层形态和物质成分变化的作用外动力地质作用的类型：风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用地质作用之间的联系岩浆作用构造运动地震作用变质作用板块俯冲带地表环境风化、剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用地质年代：地质事件形成的时代和顺序

相对地质时代：地质事件发生的先后顺序

绝对地质时代：地质事件发生的确切时间（单位Ma）相对地质年代的确定方法相对地质时代：地质事件发生的先后顺序相对地质年代的确定方法地层学方法：地层层序律古生物学方法：化石层序律构造地质学方法：地质体切割律绝对地质年代的确定方法同位素：具有相同质子数和不同中子数的一组核素，在元素周期表中占据同一个位置例：Pb有4个同位素，204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，这4个同位素都有82个质子，因而它们都位于元素周期表第6周期第ⅣA族，但具有不同的中子数稳定同位素：原子核稳定，不自发地衰变或衰变期长，原子核的变化不能被察觉或可忽略不计放射性同位素：原子核不稳定，能以一定方式自发衰变形成其它核素，衰变形成的同位素叫放射成因同位素（1）放射性同位素衰变简介母同位素子同位素半衰期(亿年)定年范围定年材料238U206Pb451Ma-4.6Ba锆石40K40Ar1350,000a-4.6Ba黑云母，白云母，角闪石，钾长石或全岩87Rb87Sr47010Ma-4.6Ba黑云母，白云母，钾长石或全岩14C14N5730年100a-70,000a木材,木炭,泥炭,骨头,牙齿,贝壳,碳酸盐常用同位素体系的半衰期放射性同位素衰变实例：原子弹爆炸地质年代单位：宙代纪世宙-冥古宙,太古宙,元古宙和显生宙

显生宙-古生代,中生代和新生代

古生代-早古生代,晚古生代

早古生代-寒武纪（Є）,奥陶纪（O）,志留纪（S）

晚古生代-泥盆纪（D）,石炭纪（C）,二叠纪（P）

中生代-三叠纪（T）,侏罗纪（J）,白垩纪（K）

新生代-古近纪（E）,新近纪（N）,第四纪（Q）地质年代的划分地质年代表地质时代年龄(Ma)生物演化阶段宙代纪世动物植物

显生宙新生代(Kz)

第四纪(Q)全新世，更新世2.58人类无脊椎动物继续演化被子植物新近纪(N)上新世(N2)5.3哺乳动物中新世(N1)23.0古近纪(E)渐新世(E3)33.9始新世(E2)56古新世(E1)66中生代(Mz)白垩纪(K)早,晚白垩世145爬行动物裸子植物侏罗纪(J)早,中,晚侏罗世201三叠纪(T)早,中,晚三叠世252古生代Pz2二叠纪(P)早,中,晚二叠世299两栖动物石炭纪(C)早,晚石炭世359蕨类泥盆纪(D)早,中,晚泥盆世419鱼类Pz1志留纪(S)始,早,中,晚志留世443无脊椎动物硬壳动物裸蕨奥陶纪(O)早,中,晚奥陶世485寒武纪(∈)始,早,中,晚寒武世541藻类菌类元古宙新元古代震旦纪,青白口纪1000裸露动物中元古代蓟县纪,长城纪1600

古元古代（Pt1）

2500太古宙新太古代

2800中太古代

3200

古太古代

3800生命出现始太古代

4000冥古宙(Hd)4600地质年代的特征及由来冥古宙：最早岩石和生命出现之前的时期；太古宙：原始生命出现及生物演化的初级阶段；元古宙：早期原始生命，菌藻类；古生代：“古老生物”时代，包括六个纪寒武纪：“寒武”是英国威尔士的古称，在威尔士研究的最早；奥陶纪：“奥陶”英国威尔士的一个古代民族的名称；志留纪：“志留”是英国威尔士边境的一个古代部族的名称；泥盆纪：在英格兰泥盆郡研究最早；石炭纪：地层中富含煤层，创名于英国；二叠纪：最早研究于乌拉尔山，具有明显的二分性；中生代：“中期生物”时代，分为三个纪三叠纪：该地层在德国南部研究最早，地层具明显三分性；侏罗纪：在法国与瑞士的交界的侏罗山研究最早；白垩纪：最早发现于英吉利海峡北岸，产出白色的细粒碳酸钙，拉

丁文称为Creta，意为白垩；新生代：近代生物时代，包括古近纪、新近纪和第四纪第三纪、第四纪的起源于18世纪欧洲地质学家对地层系统的划分2．地形和地貌地形：是指地球表面的形态特征，比如高低起伏、坡度大小和空间分布等。地貌：地质作用形成了现在地壳表面起伏不平，即高山、丘陵、平原、湖泊、盆地和海洋盆地等千差万别、丰富多彩的地球外貌。二、常见的不良地质作用

1．岩溶

岩溶又称喀斯特，它是指可溶性岩层（如石灰岩、石膏、岩盐等）受水的化学和物理作用产生的沟槽、裂痕和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等特殊的地貌形态和水文地质现象的总称。

滑坡是斜坡岩土体沿着惯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现象。滑坡的机制是某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度所致。2．滑坡3．危岩体和崩塌

危岩体是指位于陡崖或陡坡上被岩体结构面切割且稳定性较差的岩石块体。危岩一般存在于高陡边坡及陡崖上，其失稳、运动而形成崩塌，是山丘地区常见的地质灾害类型之一。危岩体的孕育过程是渐进的，直到失稳发展成崩塌时才具有突发性，潜在危险严重。如位于长江西陵峡西段兵书宝剑峡出口处的链子崖危岩体,是一处典型的危岩体,它与对岸的新滩滑坡隔江对峙,成为扼守长江峡谷的咽喉,历史上曾发生多次大规模的崩滑,造成堵江断航的严重灾害。在紧临江边的链子崖峭壁上,由数十条裂隙切割形成了三个巨大的危岩体,时刻威胁长江航运安全,一旦崩落将造成巨大破坏。为此,国家专门拨款进行了治理加固。4．泥石流

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。甘肃舟曲泥石流5．采空区

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的"空洞"，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

2011年2月13清晨6时40分许，鄂州市汀祖镇丁坳村大铜坑矿区忽然发生地表大塌陷，形成了大约5200平方米的大深坑。因矿区停产、工人回家过年未归，故此次塌陷未造成人员伤亡。据专家分析，该塌陷系采空区塌陷。三、地下水

地下水是指贮存于地面以下岩石空隙中的这种状态的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。分类包气带水潜水承压水包气带水：指地表面与潜水面之间的非饱和带中的地下水潜水：指地表以下，第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水承压水：指的地下水充满于上下两个隔水层之间的承受有静水压力的地下水，且不易受地面污染如山东济南的承压斜地，地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出露地表面成为泉，如趵突泉、珍珠泉等泉群。2．地下水的腐蚀性根据地下水的酸碱程度不同，把地下水分为：强酸性水（PH＜5）弱酸性水（PH为5~7）中性水（PH=7）弱碱性水（PH为7~9）强碱性水（PH＞9）第二节岩土工程勘察的目的与内容使用各种手段与方法，取得建筑用地的工程地质资料，为工程设计与施工提供可靠和充分的依据，提高设计与施工质量。基础资料勘察所需建筑功能特点与荷载情况；拟设计的结构类型；拟设计的基础形式；基础埋深与变形要求。

一、工程地质勘察的目的结构设计地质勘探建筑施工二、工程地质勘察阶段与内容1.可行性研究勘察（选址勘察或规划勘察）作用：内容：勘察阶段的确定应与建筑设计、施工阶段内容同步，小型工程各阶段可合并进行。评价拟建场址的稳定性与适宜性，必要时进行方案评价与比较，对方案的建设可能性作出初步评估。收集地质、地形地貌、地震、矿产和当地建筑经验等资料。2.初步勘察作用：内容：初步查明地层构造、岩石与土的物理力学性质，并考虑基础方案；初步查明不良地质现象成因与分布影响程度与发展趋势；初步查明地下水埋藏类型、补给、水位、侵蚀性及对工程的影响。评价建筑场地的稳定性，为确定建筑总平面布置、地基基础方案确定，防治不良地质现象提供资料。3.详细勘察（建筑平面定点定位）作用：内容：搜集地形图（建筑规划）资料，建筑设计资料；查明不良地质作用类型、成因、分布、影响、发展趋势及整治方案；岩土层分布、性质、变形、承载力；查明地下水特性。提供详细的岩土工程资料与评价，为工程方案确定与技术设计提出建议。4.施工勘察作用：内容：重要建筑复杂地基进行施工勘察；基槽开挖后地质条件与原勘察不符；深基础设计施工中需进行地基观测；不良地质现象需进一步查明与处理；施工中出现边坡失稳，需观测处理。解决工程施工中的工程地质问题。第三节工程地质勘察方法槽探与井探作用：了解构造线、破碎带宽度；直观岩土特性与分层；取原壮土样。适用：地质条件复杂地区探井1~2m1.5~2m3~4m≥10m岩土分层面探槽（坑）钻探即采用钻探设备进行钻孔勘探以获得地质资料，应用广泛。确定、划分地层，观测地下水位；进行原位测试，取原壮土样试验；获取土的物理、力学性质指标。螺旋钻：黏土（可取原壮土样）无岩芯钻：粘、粉、砂土、岩石岩芯钻：粘、粉、砂土、岩石，直观鉴别。回转钻钻进方法与适用范围：作用：冲击钻冲击钻：砂土、碎石土（不能直观鉴别）锤击钻：粘、粉、砂土（可取原壮土样）振动钻粘土粉土砂土回转振动钻粉土砂土（不能直观鉴别）回转钻探试验钻杆钻机钻头钻架操纵室钻孔布置：一般分技术孔和鉴别孔两类。在技术孔中按不同的土层和深度采取原状土样或进行原位测试。触探通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土中，现场原位测试阻力，确定土力学性质指标。(与钻探结合用)划分地层，了解土层均匀性；确定地基土承载力、变形指标。方法：静力触探：用静力加压装置将探杆上带有电测装置的触探头压入土中，测其所受阻力。单桥头：桩尖阻力双桥头：桩尖桩侧静力触探试验探头电测装置静力加压装置作用：动力触探试验标准惯入器30cm锤重：63.5kN落距：760mm重型圆锥动力触探：一定质量穿心锤自一定高度自由下落，将触探头贯入土层内一定深度，以相应锤击数判明土的性质。轻型：10、50、30中型：28、80、10重型：63.5、76、10标准：63.5、76、30锤重、落距、贯入度试验参数取样取样进行室内土工试验是确定岩土物理力学性质手段之一。取样的钻探方法和取土设备，将不同程度地影响试样的质量。鉴于不同试验项目对土样扰动的敏感程度的不同，可以针对不同的试验目的来划分试样的质量等级。试样质量可根据试样被扰动的程度分为四个级别。级别扰动程度试验内容Ⅰ不扰动土类定名，含水率，密度，强度试验，固结试验Ⅱ轻微扰动土类定名，含水率，密度Ⅲ显著扰动土类定名，含水率Ⅳ完全扰动土类定名，含水率表6-3土试样质量等级地球物理勘探简称物探，即用地球物理的方法来探测地层岩性、地质构造等地质问题。（物理特性：导电性、磁性、弹性、湿度、密度、天然放射性等）方法：电法勘探：地震勘探：重力勘探：磁法勘探：声波探测：钻探前了解隐蔽的地界线、界面或异常点、异常带等以便合理制定钻探方案；用做钻探辅助手段，在钻孔间设物探点，修正和补充钻孔成果。作用：第四节工程地质勘察报告一、工程地质勘察报告的编制勘察成果表现形式：勘察报告文字任务、概况、方法、岩土构造与物理力学性质、承载力，工程评价与建议。图表勘探点平面布置图；地质柱状图、剖面图；原位测试成果图表；室内试验成果图表；其它必要的综合分析图等（地下水位线、工程计算图等）。要求成果应完整、准确、清晰、有据、合理、针对性。二、工程地质勘察报告的阅读与使用工程地质条件与拟建建筑结合考虑，用相对观点评价；利用有利的工程地质条件。建筑场地稳定性评价区域稳定性场地稳定性地基承载力与地基变形问题不良地质现象影响程度采取措施工程适宜性考虑环境效应持力层选择地质条件持力层上部承载力大、浅埋，亦可做地基加固处理。造价安全施工基础形式?事先预测建筑物施工与使用过程中可能出现的岩土工程问题与环境问题，提出相应的预防与整治措施。三、工程地质勘察报告示例P135实例浅埋?深埋?第五节基槽检验与地基局部处理验槽是工程地质勘探工作的最后一个环节，基槽挖至设计标高后，应会同甲方、施工、监理、勘察、设计等五部门进行验槽，方可继续施工。验槽目的：检验勘察成果与结论建议是否正确；掌握一手资料，对异常情况提出处理意见；解决报告中遗留问题，进一步勘察、设计。一、基槽检验（验槽）验槽方法与内容：1.观察验槽：基底是否挖至设计要求土层；持力层土质与勘察报告是否相同；发现是否有不良地质现象（古井、坟穴、河道等）。要求：开挖后及时验槽，防止基槽扰动与破坏。2.钎探：将一定长度钢钎打入槽底土层中，依每打入300mm深锤击