工程地质课件-第九章-工程地质勘察

PAGEPAGE49工程地质勘察一、总论㈠勘察目的获取建设场地的地质资料，为工程建设的规划、设计、施工提供依据，保证建筑物安全稳定、经济合理和正常使用。同时使兴建工程有利于保护自然环境，防止恶化地质环境甚至引起地质灾害（如滑坡、流石、地震、泥石流等）。㈡勘察任务⑴查明场区工程地质条件（含有利、不利条件）。⑵分析与建设有关的工程地质问题，并作出定性、定量评价，提出设计施工依据。⑶鄰选地质条件较好的建筑场地。⑷提出建筑物类型、结构及施工方法的建议。⑸为改善和防治不良地质现象提供地质依据。⑹预测工程兴建之后对地质环境造成的影响，制定保护环境的措施。㈢勘察阶段划分：（一般）⑴可行性研究勘察阶段——选址、确定场地，评价场地稳定性、适宜性。搜集资料：区域地质地形地貌、地震、建筑经验等。踏勘：了解场地地层、构造、土性、水文、不良地质现象等条件。场地条件复杂的应作测绘和补勘。⑵初步勘察阶段——对场地内建筑地段稳定性作评价。搜集资料：可行性报告、场址地形图、工程情况、规模等。初步查明地层、构造、土性、地下水条件、不良地质现象成因、分布及影响，根据需要作测绘、勘探及测试。⑶详勘阶段：结合施工图设计提供详细地质资料和设计所需岩土参数对地基进行评价。对基础设计、地基处理、不良地质现象防治等方案作出论证、建议和结论。二、勘察方法包括工程地质测绘、工程地质勘探、岩土测试与观测、资料分析整理。㈠工程地质测绘——在野外地质体现象进行观察描述，将其表示在有关图表上，反映地面地质现象，并推测地下地质4、触探：勘探布置：平面上：以测绘、物探为基础，布置数量、精度与勘探阶段相适应：即可行性——初勘——详勘沿基础轴线布置；总体布置勘探点——线——网沿地质条件变化大的方向布勘线；范围：大——小；点线：由稀——密。深度：据工程性质、地质条件考虑，符合规范和设计需要及地质评价需要。如穿过可能的滑动面（滑坡稳定问题）、达到相应隔水层（坝基渗漏问题），到达压缩层以下2～3倍基底宽、桩基之下一定深度等。㈢岩土测试与长期观测：1、测试：了解岩土物、力性质，获岩土参数。分为原位（接近实际）、室内（简单、价低、但结果与实际有差距）原位测试——载荷试验（如图10－8所示），十字板剪切、静力触探、动力触探。室内测试——含水量、重度、强度试验等。2、长期观测：为检验测绘、勘探的正确性，寻找动力地质作用的规律（随时间变化），预测、防治不良地质问题、灾害和工程兴建后出现的工程地质问题。内容包括：①地下水动态观测—评价地基承载力、基坑稳定性等。②不良地质现象观测—了解变化动态、发展阶段和速度（滑坡、崩塌等），找出原因和因素。③工程兴建后的观测—如地基沉降、差异沉降等。㈣勘察资料整理：最终成果—勘察报告书、图件。1、工程地质报告——阐明场区工程地质条件，分析存在的工程地质问题，作出工程地质评价与结论。2、工程地质图——含平面图、剖面、柱状图等。⑴综合工程地质平面图——标出场地各种地质条件如地形地貌、地层岩性、构造、水文、不良地质现象等并对场区进行综合评价。⑵勘探平面图——标出勘探点位置、标高、工程轮廓、场地位置等。⑶工程地质剖面图——据各勘探点成果作出，反映构造、岩性、分层、地下水、各分层岩土物力指标等。⑷地层综合柱状图—据钻孔资料作出，反映场地地层变化，描述各层地质特征及各岩土层物力性质指标。可以反映钻孔点个深度处的岩石性质、岩层界线、基岩面高程、断层等构造线高度、结构面产状等。⑸土工试验图表：抗剪强度曲线、压缩曲线。⑹原位测试图件：载荷试验等。三、建筑工程的工程地质勘察任务及主要工程地质问题：（一）各阶段的勘察主要任务：建筑工程地质勘察阶段通常可分为可行性研究勘察阶段、初步勘察阶段和详细勘察阶段。（1）可行性研究勘察阶段，又称选址阶段，该阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。（2）初步勘察阶段应对场地内建筑地段的稳定性作出岩土工程评价。（3）详细勘察应密切结合技术设计或施工图设计，按不同建(构)筑物或建筑群提出详细工程地质资料和设计所需的各项岩土技术参数，对建筑地基作出岩土工程分析评价，为基础设计、地基处理、物理地质现象的防治等具体方案作出论证、结论和建议。（二）主要工程地质问题：1、地基稳定性问题：⑴承载力；⑵变形。2、基础埋深与持力层的确定3、基础开挖施工条件问题4、地下水对基础的侵蚀问题（水质问题）四、路桥工程的勘察浅性、表层建筑物，穿过不同复杂地质条件与地貌，不良地质现象对其影响大。（一）道路：路基（堤、堑）——主体桥隧（涵）防护建筑物（挡墙、护坡等）1、内容：⑴线路勘察；⑵特殊地条、不良地质现象；⑶路基路面；⑷桥梁；⑸隧道；⑹筑路材料2、主要工程地质问题：⑴选线：①河谷线；②山脊线；③山坡线；④越岭线；⑤跨谷线。⑵路基工程：①边坡稳定；②路基稳定；③冻害。3、道路工程勘察要点：⑴选线——跨越大分山岭、长隧、大河、大规模不良地质可行性阶段。⑵路线、路基初勘。⑶详勘。（二）桥梁主要工程地质问题：⑴桥墩、桥台地基稳定性。⑵桥台偏心受压（侧土、动载等）。⑶墩台地基的冲刷。勘察要点（略）五、地质勘察报告的阅读（一）工程地质勘察报告粗读：1、了解的主要任务与内容，包括①工程概况；②与建筑有关的工程地质问题评价；③拟建建筑物的类型、结构、规模；④施工方法的建议；⑤工程兴建工程地质环境评价。2、所属勘察阶段3、所采用的工程地质勘察方法4、工程地质勘察的布置5、建筑地区和场地的工程地质条件（包括有无不良地质现象）；岩土类型、地质结构条件、地形地貌条件、水文地质条件、物理地质现象、天然建材条件等（二）工程地质勘察报告的精读1、正文：（1)勘察任务要求及勘察工作概况；（2）区域自然地理概述；（3）场地的地层分布、岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基的承载力和其他设计计算指标；（4）地下水的埋藏条件和侵蚀性以及土层的冻结深度（5）综合评价2、图件勘察点平面布置图、钻孔综合拄状图、工程地质剖面图、持力层顶面埋深图、岩土芯照片3、附表土工试验成果表、岩石抗压强度表、水质分析表（三）阅读勘察报告要达到的目的1、全面仔细阅读后，了解场地的工程地质条件2、根据工程要求，核对钻孔位置、孔深、取样数量是否合乎规范要求3、复核土工试验成果是否准确、合理，参数是否齐全4、核对地下水的埋藏条件、水质(是否具有腐蚀性）、水位及地下水的变化规律（周围的条件及补给和水位变化）5、认真分析报告中的结论和建议，判断其合理性，在此基础上提出地基基础设计与施工的最佳方案的建议。五、地质图的阅读和分析(一)目的与要求1、学会阅读地质图的一般步骤和方法；2、掌握各种岩层产状、接触关系在地质图上的表现特征；3、掌握褶皱构造、断裂构造、岩浆岩体在地质图上的表现特征。（二)主要内容1、地质图的一般知识及读图方法步骤；2、在地质图上分析岩层产状、接触关系、褶皱、断裂构造等。(三)仪器用品：地质图、放大镜、笔记本等。(四)原理方法1．地质图的一般知识地质图是反映各种地质现象的图件。它是用规定的符号、颜色将各种地质资料按比例投影到平面上，故是一种平面图。地质图可以表示出一个地区的岩性、地层、地质构造等地质内容，是指导地质工作和土木工程的重要图件。图例是不可缺少的部分，一般地质图的图例是用各种规定的颜色和符号来表示岩石的时代和性质、岩浆岩和各种构造要素等。图例都是画成大小为0．8～l.2cm的长方形格子，通常放在图框外的右边或下方。地层图例的顺序是自上而下由新到老排列(若图例在图框下方，则是从左至右由新到老排列)，在方格左面注明时代，右面注明岩石性质，方格内涂上或画上与地质图上同层位地层的相同色谱或符号。岩浆岩图例放在沉积岩之后，按时代及酸性程度排列。地质构造图例则放在岩石图例之后，用不同符号来代表。地质图上各种界线的颜色也是规定的，地层界线用黑色，断层线用红色，河流用浅蓝色，等高线用棕色等等。2．不同产状的岩层在地质图上的表现(1)水平岩层在地质图上的表现特征图1水平岩层在地质图上的表现特征①地质界线与地形等高线平行或重合(图1)②正常情况下老岩层出露在地形低处，新岩层出露在地形高处。（上老下新）③岩层顶面与底面界线的标高差，即为该水平岩层的厚度。④岩石露头的宽度与岩层厚度成正比，与地面坡度成反比。即当地面坡度一致时，岩层厚度大的，其露头宽度大；当岩层厚度相同时，地形坡度愈大，其露头宽度愈窄。(2)倾斜岩层在地质图上的表现特征①地质图上一般用产状符号标出倾斜岩层的产状，其符号为，长线方向表示走向(二个方向)，短线指向为倾向(一个方向)，数字代表倾角。②在地形平坦地区，倾斜岩层的界线在地质图上基本呈平行线状分布，沿着倾斜方向一般出露新岩层。③在地形高低起伏地区，倾斜岩层的界线在地质图上则与地形等高线相交，并在山坡和山谷处弯曲成“V”字形分布(称“V”形法则)，其规律由岩层倾角大小、岩层倾向及地面坡度的关系所确定。a．岩层倾向与地面坡度相反时，岩层界线的“V”形弯曲顶端在山坡处指向下坡(图2-1)，在山谷处指向上游。地层界线比地形等高线更开阔。图2-1图2-2图2-3b．岩层倾向与地面坡向一致，而岩层倾角大于地面坡角时，岩层界线的“V”形尖端在山坡处指向上坡(图2-2)，在山沟处指向下游。c．岩层倾向与地面坡向一致，而岩层倾角小于地面坡角时，岩层界线“v”形尖端在山坡处指向下坡、山沟处指向上游，但地层界线地形等高线更狭窄(图2-3)。图2-1（1）（2）（3）图2倾斜岩层在地质图上的表现特征（1）岩层倾向与图地面坡向相反；（2）岩层倾向与地面坡向一致，岩层倾角大于地面坡角；（3）岩层倾角与图地面坡角一致岩层倾角小于地面坡角(3)直立岩层在地质图上的表现，无论地形平坦或高低起伏与否，其岩层界线皆呈直线延伸，不受地形影响。3．岩层接触关系在地质图上的表现(1)整合接触在地质图上表现为岩层时代延续，产状一致，岩层界线彼此平行延伸。(2)平行不整合接触表现为上下两套岩层产状一致，岩层界线平行排列，其间有地层缺失，即岩层时代不延续。(3)角度不整合接触上下两套岩层产状不同，地层时代不延续，其间有地层缺失。在图上常表现为较老的一套岩层界线被不整合线切割，而新的一套岩层的界线则与不整合线大致平行延伸(图3)。图3角度不整合在平面和剖面图上的表现上图：平面图；下图：沿AB线的剖面图4．在地质图上分析褶皱构造的方法(1)区分背斜和向斜横穿岩层延伸方向，在某一岩层的两侧依次对称出现新岩层者为背斜，反之为向斜。即从该岩层轴部(核部)，向两侧(两翼)逐渐出露新岩层为背斜，反之轴部为新岩层，向两翼逐渐出露老岩层为向斜(下图)(2)褶皱类型的判断①根据褶曲两翼的产状：两翼倾向相反，倾角基本相等，则称为直立褶皱(又称对称褶皱)；两翼倾向相反，而倾角不等，则称为倾斜褶皱；两翼向同一方向倾斜(一翼为倒转翼)，而倾角较大，则为倒转褶皱；若两翼向同一方向倾斜，且两翼倾角很小(小于10‘，即近于水平)称为平卧褶皱(参阅《土木工程地质学》32页图3-5)。②根据褶曲轴的长短：在地质图上各岩层转折端顶点的连线即为轴线。轴向方向代表该褶皱的延伸方向，轴线的长短表示褶曲的长短。如果褶曲轴延伸很长，表现为一系列背斜向斜相连，是为线形褶皱；如果褶曲轴较短，在地质图上该褶曲形状为长圆形(长宽比例相差较小)，则为长圆形褶皱(又称短轴褶皱)；若褶曲轴更短，褶曲形状近似浑圆形，则为浑圆形褶皱(又称穹窿或构造盆地)。③根据枢纽的产状：若褶曲枢纽是水平的，其两翼岩层界线大致沿走向延伸，则为平行褶皱(又称水平褶皱)；若枢纽是倾伏的，其核部必呈封闭曲线，两翼岩层不平行且逐渐呈弧形转折相交，背斜的弧形凸出方向为倾伏方向，向斜的弧形凸出方向为扬起方向，若几个倾伏背斜向斜相连，在图上的岩层界线往往表现为“之”字形转折弯曲(图4)。(3)褶皱形成时代的确定主要是根据地层的角度不整合关系来确定，即根据不整合面上下两套岩层的相对时代来确定。褶皱形成于不整合面以下的一套岩层(又称下构造层)中最新的地层时代之后，不整合面以上的一套岩层(称上构造层)中最老的地层时代之前。如图4尖峰地质图中组成该区褶皱是晚古生代的T1和P2两个时代的地层，图幅西边还有中生代K地层，K与Tl、P2为角度不整合接触，其不整合线就是K地层的底界线，故K可称为上构造层，T1和P2组成下构造层。因此该区褶皱的形成时代是在T1和T3之后、K之前，以构造运动阶段说明，则褶皱是形成于印支运动(T2末期)或燕山运动(K2末期)。5．在地质图上分析断层的方法(1)断层面产状的判断1)断层线是断层面在地面的出露线，它和倾斜岩层露头线一样，可用“V”形法则判断其断层面的产状；2)在地质图上断层线用箭头符号标示其倾向，红长线表示断层走向，数字表示断层倾角。(2)断层两盘相对位移及断层性质的确定1)走向断层或纵断层(断层走向与岩层走向或褶皱轴向大体一致)可造成岩层的重复或缺失现象。在断层线上任意指定一点，则出现较老岩层一侧为上升盘，出现较新岩层一侧为下降盘。但当断层面倾向与岩层倾向一致而断层倾角小于岩层斜角时，在出现较老岩层一侧为下降盘，较新岩层一侧为上升盘。断层两盘相对位移情况确定后，再根据断层面的倾向即可确定是正断层或逆断层。2)横向断层或斜向断层(断层走向与岩层走向或褶皱轴向垂直或斜交)可造成岩层或褶皱的中断或错开现象。①当横向或斜向断层切割倾斜岩层时，地质图上都表现为岩层界线错移，而且岩层界线向该岩层倾斜方向移动的一盘为相对上升盘(即出现较老岩层)。如图5显示，断层F把D、C地层切割，以D为标志层可看出，断层的东南盘D地层向东北方向错移，而D为图5横向断层切割褶皱向东北方向倾斜的地层，故此断层的东南盘为上升盘，西北盘为下降盘。②当横向或斜向断层切过褶皱时，则会使褶皱核部(或轴部)在断层两侧发生宽窄的变化，背斜核部变宽或向斜核部变窄的一盘为上升盘，反之为下降盘。同理，断层相对位移情况确定后，再根据断层面的倾向，即可确定该横向或斜向断层是正断层还是逆断层。如图5断层(F)向西北倾，其东南盘上升，则此断层为正断层。③若横向或斜向的断层切割褶皱时，断层两盘核部只有位置的错移而无宽窄的变化，则为平移断层。根据断层的相互切割关系或断层与岩体的相互关系来判定。被切割者时代较老，切割者时代较新。实例：断层在地质图上的特征在地质图上，除用专门符号表示断层位置及其性状特征外，尚可根据地质界线沿走向方向的突然中断，岩层沿倾向方向呈不对称的重复出露或缺失等现象进行判断，如图6。图6断层形成的地层中断、缺失和重复出露现象（1）断层性质的确定断层在地质图上可用“V”字形法则判断断层面的产状要素和断层两盘相对位移情况。通常可依照下述方法判定：①与地层走向基本平行的断层（即走向断层或纵断层），一般是地层较老的一盘是上升盘（如图6中F2）。但当断层倾向与岩层倾向一致，且断层倾角小于岩层倾角，或地层倒转时，则与上述情况相反，新地层分布在上升盘（图6中F3）。②与地层走向基本垂直的断层（即倾向断层或横断层），以及与地层走向斜交、倾角90的断层，当其切过两翼地层层序正常的褶皱时，背斜核部地层出露较宽的一盘为上升盘（如图6中F1），向斜核部地层出露较窄的一盘为上升盘；反之，背斜核部地层出露较窄或向斜核部出露较宽的一盘为下降盘。而平移断层则两盘核部地层出露宽度基本一致。③倾斜岩层中的横断层，当断距较大时，在地质图上往往形成同一地质界线在断层两侧有一定错距。这种现象既可以是由断层两盘间的垂直位移形成，也可以是由断层两盘间的水平位移形成。（2）断层形成时代的确定①断层总是形成于被其错断的最新地层形成之后、上覆不整合面上最老地层形成之前。如F4断层是在泥盆纪之后形成的，F2和F3分别形成于奥陶纪和二叠纪之后。②当其切割火成岩体或其他地质构造时，被切割者时代较老。③同期的褶皱、断层、火成岩体，在形成过程中，处于同一应力场，因而具有一定生组合规律。（五）读图步骤首先要看图名、图幅代号、比例尺、出版年月等，图名、图幅代号告诉我们图幅所在的地理位置，比例尺告诉我们地质现象在图上能够表示出来的精度。其次是分析图例，这是读图的基础，可以搞清图上采用的各种符号和颜色所代表的意思，掌握该图幅所出露的地层时代、岩石类型、接触关系等地质情况。分析图内的地形特征，因为岩层在地面上出露情况，与地形起伏密切相关。一般是通过水平分布或地形等高线来了解其地形特点和山川大势。然后逐步阅读分析地质内容。一般要阅读分析的项目有：地层与岩石的类型、产状、时代、分布及其接触关系；褶皱和断层的类型、特点、规模、分布规律及其形成时代等。总之，一幅地质图所反映的地质内容是很丰富的，必须仔细地逐一分析，然后把各种地质现象综合起来，总观其规律。六、地质勘察报告的阅读（一）工程地质勘察的