工程地质勘察(第2章 各勘察方法)2016

第二章

工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘一、工程地质测绘范围、比例尺、精度

1.测绘范围测绘范围大有利于解决区域工程地质问题，但增大了工作量（加大投资、加长工作时间）。测绘范围小减小了工作量，加快了进度，节约了投资，但是测绘范围过小，查不清区域构造，结果形成返工，拖延了工期，反而造成巨大损失。第二章工程地质勘察方法测绘范围决定于（1）设计阶段规划选点：要研究整个河流或河段的工程地质条件。可行性：一个梯级有几个比较坝址，测绘范围就都要包括进去。初设阶段：一个坝址的所有建筑物范围应包括进去。

（2）建筑物类型、规模类型、规模不同，与地质环境作用的强度、范围也不同。

（3）工程地质条件复杂程度一些大型水电工程，由于位于工程地质条件复杂的强震区，为论证区域构造稳定性、水库诱发地震的可能性，需调查库区、坝区构造格局及其与区域构造（或发震构造）的关系及所处的部位。（4）环境地质对工程的影响及建库对环境的影响如：雅砻江康古栋滑坡，石羊河。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘2.测绘比例尺的选择

(1)工程地质测绘比例尺一般分为三种：小比例尺1:100000，1:50000中比例尺1:25000，1:10000大比例尺1:5000，1:2000，1:1000，1:500小比例尺：如小于1:50000的地质图，应充分收集、利用地质部门区域地质测量资料，但对一些主要地质现象和问题，必须野外校核。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘

设计阶段建筑物类别规划可行性研究初步设计水库区1:50000~1:100000（可溶岩区1:25000~1:50000)1:10000~1:50000浸没：城镇1:2000~1:1000

农业区1:10000~1:5000严重渗漏1:10000~1:2000坍岸城镇1:2000~1:1000建筑物（坝、厂房、溢洪道）峡谷区：1:10000~1;5000丘陵平原区：1:25000~1:100001:10000~1:2000混凝土坝1:2000~1:1000当地材料坝1:5000~1:1000引水线路区1:50000~1:10000长度超过50km，跨流域：1:50000隧洞和渠道：1:25000~1:5000地下厂房厂址：1:5000~1:10001:2000~1:1000专门问题地段，水下岩塞爆破区1:500~1:200（2)不同设计阶段比例尺选择（见下表）第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘3、工程地质测绘精度（1）工程地质测绘精度主要表现在三方面：所划分单元的最小尺寸——反映详细程度实际单元界线在图上标示的误差地质测绘中对地质现象观察、描述的详细程度和认识水平第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘（2）精度要求

①首先取决于实际材料是否充分、准确。地质记录与野外、图上是否相符。②地质现象在图上表示的规模，一般在图上大于2mm的地质现象（即其实际宽度为2mm×图幅比例尺分母）必须反映。对某些重要地质现象及有工程地质意义的地质现象：接触带、标准层；断层、层间错动、挤压破碎带；岸边卸荷裂隙、物理地质现象。在图上不足2mm时，可用超过比例尺或符号表示，但要注明实际宽度。③地质界线的误差应不超过相应图上的2mm。为实现上述精度要求，首先必须保证工程地质测绘用的地形图必须符合精度。特别是峡谷陡坡段要保证地形图质量，因陡坡段常是工程建筑部位。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘4.地质点的布置要求（1）图上地质点的间距不大于2~3cm，当露头不足时，应采用人工点揭露；（2）地质点应布置在地质界线上；（3）地质、地形特征突变处应布置地质点：地形特征变化：阶地前、后缘，水边线，陡坡边缘，凹凸处，断层宽度变化、交汇处。自然地质现象边缘：泉水，洞穴，滑坡（4）平、剖面交点处；（5）地质点上要多绘制地质素描剖面。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘二、工程地质测绘准备工作和一般要求

1.准备工作（1）充分收集前人资料：①有关勘察区的地质资料、地质报告及图件；②地形资料：地形图，陆摄、航摄、卫星照片（2）进行系统整理，并提出：

①已有研究深度，遗留和争论的问题；②可利用程度，需进一步研究的问题

（3）工作大纲编制第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘涉密资料的类型及获取方式基础类地质资料1－1中国区域年代地层（地质年代）表Ⅰ1－2中国区域年代地层（地质年代）表Ⅱ1－3国际地层表1－4区域地质调查总则（1／50000）1－5岩石分类和命名方案火成岩岩石分类和命名方案1－6岩石分类和命名方案沉积岩岩石分类和命名方案1－7岩石分类和命名方案变质岩岩石的分类和命名方案1－8区域地质图图例（1／50000）2.一般要求（1）最关键的是测绘前选择露头良好、构造简单、地层出露全的地段，测制地层柱状图，以便掌握岩性特征、岩层顺序、接触关系，来确定填图单位及标志层（左右岸岩层连接问题）。现场测绘的比例尺，一般大于测制地质图比例尺的5~10倍。

（2）地质点的记录：需建立专门记录卡；统一编号；重点突出；配合素描和照片（P298）。（3）地质界线需现场勾绘。（4）资料整理：整理记录；清绘草图；地层岩性连接；断层延伸（P299）第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘三、工程地质测绘主要内容1、地层岩性（1）地层岩性是工程地质研究的主要对象①它是各种自然地质作用以及形成各种地质现象的物质基础；②是工程建筑的环境和建筑物地基。（2）不同比例尺工程地质测绘，对地层岩性划分的要求①中小比例尺（1:100000，1:50000，1:25000，1:10000）；②大比例尺（1:5000，1:2000，1:1000，1:500）。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘（3）对不同地层的要求①沉积岩：岩相变化，软岩成分，层面构造和层理构造特征，岩性及胶结物。②岩浆岩：侵入岩与围岩接触关系，侵入体的特征，主、次要矿物，结构和结晶情况，抗风化能力。③喷出岩：岩性、岩相变化特征，火山沉积特点，构造特点。④变质岩：变质类型，岩石的定向排列特性，片理构造特点，变质矿物。⑤第四纪：地层时代，岩性及成因类型。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘1、岩石地层2、生物地层3、年代地层三套常用地层单位岩石地层单位生物地层单位年代地层单位两套独立地层单位系统岩石地层单位系统年代地层单位系统2、地质构造（1）地质构造的重要性（构造控制论）①是评价工程地质条件和问题的主要因素，是研究水工建筑物稳定的主要依据；②控制地形地貌、地层分布、水文地质、岩溶、岸坡卸荷变形、岩体滑移、渗透变形等；(康国雄：调查484个塌方例子，其中与断层有关的149例)（2）断层的工程地质研究①断层空间分布规律的研究（空间分布与稳定性的关系）a.走向变化：红石：F6由NW340°转为NE20°，变化40°桂林贻平：一断层在600km范围内由NE42°转为NE68°b.倾角变化：上下盘变化一致：刘家峡地下厂房：70°变为38°上下盘变化不一致：李家峡，上盘∠64°，下盘∠79～83°c.宽度变化：扭性断层：宽度变化小，其变化幅度2～3倍压扭性断层：多为2～5倍张性断层：变化幅度最大，多为5～6倍第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘猫跳河五级电站引水隧洞分析表明，断层带宽度大于0.5m的洞段都塌方。另一处小断层和地下水作用，造成冒顶塌方，塌方高达55m，体积1.32万m3②断层三带断层破碎带两侧影响带断层交会带③断层界面断层带的渗透变形、滑移变形都是沿这些界面。④断层的几个水文地质工程地质特性风化特征——夹层、囊状透水性——透水、阻水、高压渗流的潜蚀作用断层的力学性质a.抗剪强度b.弹性、变形模量故县电站F5：工作（量）：地表测绘：11个钻孔，6个探槽，4个平硐，其勘探点平面控制4~9m，垂向控制15~26m。走向320~340°，倾向NE，上部倾角60°，下部达85°，断层带宽1~3m，两壁1~3cm灰白色断层泥，地表20~30m的弹模E=300MPa，地表20~30m以下的弹模E=500MPa。断层两侧为微风化，岩体块度15~50cm。平行：10°±＜20°斜交：＜60°正交：近于正交第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘IIIIIIIVIVVVIVIIIIXVII1:150万2008年全国成矿预测中国大地构造分区包括一级分区9个,二级分区56个,三级分区189个。一级区为造山系、陆块区。共5个造山系:天山一兴蒙造山系、秦祁昆造山系、武夷一云开一台湾造山系、西藏一三江造山系、菲律宾造山系;4个陆块区:华北陆块区、塔里木陆块区、扬子陆块区、印度陆块区。造山系的二级分区包括结合带、弧盆系、地块;陆块区的二级分区分不同时代、不同构造环境的古陆块。工程地质测绘工作开展时对“地块”、“板块”的认识地块受地质构造控制和影响地块之间沉积、成岩环境存在差异工程地质测绘工作开展时对“地块”、“板块”的认识但各个地块内岩石的生成并不完全受构造控制，（古）地形地貌的影响较大第四纪地层的划分是个典型华北地区第四纪地层下更新统--泥河湾组（Q1）上更新统--丁村组（Q2）中更新统--周口店组（Q3）全新统--近代沉积（Q4）

东北地区第四纪地层

下更新统-白土山组上更新统-诺敏河组中更新统-大青山组全新统南方地区第四纪地层下更新统(元谋组)(二次冰期，一次间冰期)中更新统(一次冰期，一次间冰期)上更新统(一次冰期，一次间冰期)全新统(冰后期)西北地区第四纪地层西藏地区第四纪地层下更新统中更新统上更新统全新统工程地质测绘工作开展时对“地块”、“板块”的认识沉积环境陆地环境海陆过渡环境海洋环境地面环境水下环境滨海环境残留海水环境浅海半深海深海沙漠、戈壁冰川河流湖泊沼泽滨岸河口三角洲泻湖第四纪沉积环境洞穴环境大陆冰川冰海(有大量冰块、冰山漂浮)侵蚀环境：山地、喀斯特（流水、风、化学、温度）工程地质测绘工作开展时对“地块”、“板块”的认识第四纪沉积-松散堆积物的类别残积（el）：基岩风化（物理、化学及生物）残留原地的产物，可成巨厚风化壳。坡积（dl）：重力作用下或经雨水冲刷搬运，在山坡与山脚下堆积的风化产物。重力堆积（xd）：重力作用下，崩塌的巨大石块与乱石、粗碎屑物。滑坡堆积（del）：重力、地下及地表水作用，沿斜坡下滑产生的堆积物。土溜(泥流)堆积(s或df)：斜坡土层经雨水充分渗透成塑状，重力作用下，沿坡面向下滑动，形成堆积物。冲积（al）：河流堆积，又称淤积物，河谷中分布。洪积（pl）：暂时洪水形成的堆积物。分布在山谷口或山前平原。湖积（l）：湖盆堆积物。有机械、化学及生物作用所形成的各种堆积物。沼泽堆积（h）：经常积水的沼泽地，植被以生物与化学作用为主形成的堆积物。工程地质测绘工作开展时对“地块”、“板块”的认识第四纪沉积-松散堆积物的类别海相沉积（m）：由波浪或海流搬运、化学与生物作用形成的堆积物。冰碛（gl）:冰川堆积物。无层理，砾石无定向排列，大小混杂，无分选，磨圆差，常有磨光面风积（eol）：由风力吹扬，形成风成砂和风成黄土堆积物。洞穴堆积（gr）：洞穴中重力堆积的角砾及地下水机械和化学作用在岩石裂隙和溶洞内沉积的石钟乳、石灰华和地下河和砂砾粘土等构成。冰水沉积（fgl）火山堆积(β)人工堆积(a)冰湖堆积(lgl)化学堆积（ch）3.地形地貌

从工程地质角度，通过地貌特点分析预测工程地质问题。（1）总体特征所属地貌单元、地貌类型、河流流向、河谷类型、切割深度、对称性等（2）河谷纵剖面河床纵向坡度及形状变化：有无急流、险滩、瀑布、跌水、深槽等突变现象；岸坡（谷坡）：有无三角面，结合水流条件、岩性、构造及挽近构造、物理地质作用，阐明其成因。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘（3）河谷横剖面谷坡形状，冲沟发育情况、切割程度；山坡地质结构及物质组成；滑坡、崩塌、岩堆的存在及其分布；

阶地相对高度，阶面长、宽，阶面起伏切割情况，阶地结构、岩性、厚度、成因（侵蚀、堆积、基座阶地）。（4）深槽盐锅峡：宽5~20m，深7~8m；刘家峡：顶宽5~10m，深3~13m。如勘探没发现，施工挖出来，需要重新修改设计。（5）野外地质测绘时如何判定阶地或滑坡（分不清时如何定）堆积物性状：①阶地堆积物较紧密；②阶地粒度均匀；③阶地成分复杂，但与后缘相差甚远。第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘4.水文地质（1）研究范围：找水只讲（和研究）水位以下；作为工程地质条件，则还需研究河水位到正常蓄水位这段坝址。（2）研究时间：在平硐、山坡（主要是平硐）除在勘探期间进行编录时研究地下水外，还应在雨季研究、观测平硐出水、渗水部位（点）。（3）在地下水位以上研究地下水时要注意古水文网或地史时期地下水的活动，地下水渗流痕迹—铁锰渲染（如何识别？意义？）。（4）断层、挤压破碎带、脉岩等，要注意界面特性及渗水特性。5.物理地质现象岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、风化槽等的位置、形态、规模、类型，分析其产生原因、规律和发展趋势。6.天然建筑材料研究内容：料场分布、储量、种类开采条件、运输条件7.已建工程回访第二章工程地质勘察方法§2.1工程地质测绘§2.2工程地质勘探工程地质勘探的手段包括：工程物探、工程钻探、工程掘探（山地工程）一、工程物探常用的工程物探方法有：（高密度）电法、浅（层）地震、声波、综合测井等。各种方法的特点、理论依据及所要解决的问题（工程物探中已作介绍）。本课程侧重每一种方法的适用条件和应用。

在生产中如何提高物探的可用性或提高精度①要克服和解决多解性，降低误差，提高精度；②克服地形干扰。如电阻率法，一般要求地形起伏差不大于20°，而峡谷地形陡峻，起伏差大，因此测出的成果误差大，甚至有时解释错了。第二章工程地质勘察方法工程地质勘察中，工程地质人员如何使用（对待）物探？:（1）地质人员在布置物探时，应尽可能多地提供地质资料，使物探人员了解地质情况，作为分析基础；（2）物探剖面（点）尽可能布置在工程地质剖面上，便于相互校核，便于对比参数；（3）对关键问题提供地质参数。以上三条的目的：从多解性中求出固定解；使解释更合理；减小解释误差。（4）测定力学参数时，要结合工程地质单元、地质结构布置，因此地质人员应该协助，配合物探人员到实地选点，确定测段。

第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探第二章工程地质勘察方法物探常用方法及其面向具体勘探工作时的适用性（摘自水力发电工程地质勘察规范）在水利水电工程地质勘察中，能解决的问题：(1)第四纪覆盖层厚度、松散砂砾石层中潜水面深度、基岩面起伏情况，也可用于天然建筑材料一砂砾石料的分层、估算储量;(2)古河槽及河床深槽的位置。(3)基岩的完整性及风化带的划分;(4)断层破碎带、裂隙密集带及脉岩的位置。(5)确定滑坡体滑动面的埋深和形态;(6)利用穿透波测定波速剖面，对岩体进行工程地质分类并估算其动态物理力学参数.第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探二、工程钻探

(工程勘察的重要手段之一)1、岩芯和钻孔四项功能①确定地质特征：地层岩性、地质构造、岩体风化特性；②水文地质：测水位、水文地质试验、取水样分析水质；③岩体测试：取岩样、测井、地应力测试；④长期观测：水位、岩体变形、位移。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探2、钻探方法选择

第四纪松散层钻探方法的选择①为鉴别土层：淤泥层及砂层用双层岩芯管钻进，无泵钻进（干钻）砂砾石用钢丝钻头；②取原状土样：对粘性土、粉砂、细砂及中砂用原状取土器。影响砂土取原状样的因素a.无粘性散粒结构很不稳定，钻探振动与提芯时脱落给取样带来困难；b.砂粒大小与孔隙比。颗粒愈粗，孔隙比愈大，相互吸附力小，轻微的振动与受力，都将会引起体积的变化。细砂较粗砂取样容易些。c.砂土的饱和状态。砂土处于饱和状态时，内摩擦降低，颗粒愈细降低愈多，在一定条件下甚至出现φ=0，即出现液化。在这种情况下是很难取到样品。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探

坚硬岩石钻探方法的选择只能采用回转钻进根据钻头分为：铁砂钻、合金钻和金刚钻先进的钻进方法：绳索取芯钻进特殊的钻进方法：套钻←可防止泥化夹层漏取①孔径选择水电钻探中的地层特点：上部为覆盖层、基岩表部风化破碎。开孔方法和孔径选择：开孔用φ110—φ91mm合金钻或铁砂钻开孔钻进，φ76mm合金钻过风化破碎带φ56mm金刚钻钻至终孔（岩芯

48mm）第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探②小口径金刚石钻进钻进特点：

快速，可提高工效50％；振动轻，平稳，出刃均匀，孔壁光滑，岩芯不易破碎。双管单动：双层管外管钻进，内管取芯，可提高岩芯采取率，一般1~2cm夹层可取出来。③大口径钻探水电工程常遇到软弱夹层、缓倾裂隙及断层，一般钻孔岩芯不易取上来。因此，对其分布规律、水文工程地质特性查不清，最好采用大口径钻探（1~1.2m直径的孔）。优点：a.孔壁光滑。而竖井产生爆破裂隙，岩体松动，凹凸不平；b.可到孔内作地质素描，直接观察工程地质特征。大孔径岩芯可做抗剪强度试验。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探3、钻孔任务书钻孔施工以前地质人员下达钻孔任务书，包括：钻孔目的及钻进中应注意的问题；钻孔类型及孔深；地质要求：取芯率、取样等；钻孔结束后的处理：封孔或长期观测。钻探人员根据任务书要求编制作业计划、确定钻孔结构、钻进工艺。钻孔任务书的作用：充分发挥地质工作的指导作用，是提高岩芯钻探质量的关键。其中地层岩性（假想柱状图）预报是指导钻进措施选择，提高钻孔质量的关键。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探4、钻孔地质编录钻孔地质编录是工程勘察中一项极为重要的工作，一般包括下列内容：①钻进过程中的记录、分析；②岩芯顺序整理与编录；③水位观测与试验；④编制钻孔柱状图。（1）岩芯整理与统计根据钻探班报表及岩芯牌整理岩芯：岩芯顺序、位置；有否残留岩芯，失落岩芯，有时补入上次进尺（解释残失岩芯）；矫正岩芯长度、深度，校对岩芯采取率，计算岩芯获得率；岩芯定名及断层位置判定。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探岩芯采取率：是反映或评价钻探质量好坏的指标，其表示方法：岩芯总长度：包括能够合拢在一起的岩芯总长度，加上将碎块、碎屑和土状粉末装入同规格岩芯管后量得的长度。岩芯获得率：反映岩石好坏的质量指标，或岩体完整程度。

第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探（2）钻孔地质编录和描述钻孔地质编录：主要通过岩芯柱剖面的观察，判断、描述、分析施工钻孔地段纵向地质条件的特征及其变化规律。①钻孔施工概况孔斜：钻进时钻孔方向、斜度与设计斜度的偏离情况。因为它涉及岩层、破碎带的位置，因此孔斜要测准，以便确定地质体界线的空间位置。掉钻、塌孔：涉及岩芯软硬、破碎的位置，洞穴位置过水颜色：遇到黄色夹泥，过水呈黄色。②地层岩性及地质构造岩性描述应尽量详细，岩组的划分应与工程地质测绘一致对于裂隙，应侧重开度和充填情况③岩体工程技术性质第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探4、岩芯质量评价岩芯质量好坏是钻探人员辛苦劳动的成果，是地质、设计人员极为关心的事，也是花费高昂代价取得的。因为岩芯是分析地质条件的基础。常用的统计分析方法有：岩芯采取率、岩芯获得率、RQD。RQD－岩体质量指标，与岩芯获得率有些相似，只是标准更高。RQD的定义：回次进尺中长度大于10cm岩柱的总长度（L’）与回次进尺L的百分比。迪尔（Deere.D.U.，1967）等人首先用于评价隧洞围岩稳定性。注意：须采用双层单动金刚石钻进，岩芯直径不小于50mm。非金刚石钻进、单层取芯管、76mm以上口径钻进，统计处的RQD偏低。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探钻孔三率补充：RQD统计时需要注意的几个问题①要考虑钻进方法：以金刚石钻进为准，其它钻进方法的统计结果偏低；②要考虑断层的影响：如含宽度不大的断层，断层的存在（影响）容易被忽略；③由于裂隙间距值随钻进取样路线而变，统计时应考虑钻孔的方向；④钻孔方向与岩层产状的关系，如8~9cm厚的水平岩层，垂直孔RQD=0，斜孔就大于0了。⑤要注意隐蔽裂隙对统计结果的影响，本来裂隙未开裂，岩体尚好，钻探振动后钢砂磨损裂开，就成为劣的、极劣的岩体。⑥断层带之间的完整岩体，用RQD评价岩体质量时，要考虑断层带的影响。水丰电站：0+803~0+826m，F33~F36断层，隧洞塌方出渣时，巨大岩块（3×4×2m）不断由渣堆滑落。对大坝岩芯质量评价方法的选择须遵循：一是简便可用；二是结合工程处理。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探5、岩芯摄影岩芯摄影是通过摄影手段，真实记载岩芯上获得的工程地质现象。要求：①满足清晰、美观（纯属摄影技术方面）；②满足对地质现象观察的要求，且使用方便；③采用卡片标示工程名称、孔号、孔深位置；④标出掉钻、塌孔、大量漏水、取样位置；⑤岩芯编号，层面、节理裂隙、断层采用红油漆标示6、钻孔柱状图根据上述（1）~（4）项成果，再将物探曲线、压水试验成果、水位观测资料，综合编制成1：100的钻孔柱状图。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探基岩岩芯岩芯摄影三、山地勘探（工程掘探）1、山地工程的重要性水电工程的工程地质条件的特点:（1）地表有植被和覆盖，地质界线、地质现象常被掩盖看不清，如地层岩性、断层、滑坡分布等；（2）由于卸荷、风化等原因，岩体水文工程地质特性由地表向深部是变化的。可通过山地工程的揭露，直接观察研究其变化规律，确定建基面；（3）建筑物地基岩体力学特性复杂，需借助山地工程进行原位测试。因此水电工程地质勘察中，必须布置山地工程，尤其要布置平硐。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探三、山地勘探（工程掘探）2、山地工程的类型及其应用条件(1)类型①轻型：剥土、试坑、探槽、马道等用于地质测绘，确定地层界线，断层出露位置、物理地质现象等。②重型：探井（竖井）、平硐等用于研究风化、卸荷；研究分析水文工程地质条件；进行岩体原位试验，测定力学参数；确定建基面（开挖深度）。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探(2)应用条件①试坑：垂直向下、挖深2~3m，一般不超过3~5m。探查第四纪地层厚度、结构、岩性等。用途：天然建材勘察，渠道、堤基勘察，原位试验（载荷、渗水）。②剥土：在斜坡地带，用锹、镐挖去基岩面上1~2m(或2~3m）覆盖物，揭露基岩。③探槽：一般垂直地层界线、地质界线等，深2~3m的梯形断面，方向根据需要，大都自上而下布置施工。④马道：横向探槽，沿等高线布置，在坝址河床两岸斜坡上，基岩露头不好地段，马道宽度一般不小于1.5m，兼作施工便道。其中②、③、④都是地质测绘用以揭露的地层岩性界线、断层通过位置、规模、产状等。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探⑤探井（＜10m浅井，＞10~20m竖井）一般布置在河漫滩、阶地、平缓的岸坡上。探查：a.缓倾的地层岩性、软弱夹层b.风化、卸荷c.岩体裂隙水渗流特性d.进行岩体力学试验，测纵波波速、弹模等e.确定开挖深度，确定基岩面⑥平硐布置在：坝址两岸坝肩位置上，地下洞室进出口，拱坝坝肩抗力岩体部位，边坡变形破坏部位。探查：地层岩性、地质构造、软弱夹层、风化卸荷裂隙、滑动面，由岸坡向深部的变化规律、裂隙水特征、岩体试验，确定建基面。例如：锦屏地下厂房，长271m，高60m，宽22m。开挖一个5km长的勘探硐。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探3、山地工程编录（1）编录内容及要求，可分两种：①轻型山地工程：剥土、探槽、马道、试坑可采用地质点形式或剖面形式，沿一壁测地质剖面，要编号，位置要测放到工程地质平面图上。②重型山地工程：平硐、竖井可从两个方面：地层岩性，地质构造由地表向深部的变化规律，这是工程地质评价的基础.

岩体工程地质特性的研究：岩体结构、断层、裂隙、卸荷、裂隙水等.（2）平硐编录的工作步骤

第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探（3）编录方法平硐、竖井对每一壁来说，相当于编录比例尺为1：50~1：100的工程地质剖面图关键是展开和连接方法。①平硐a.要求：由于硐底面有残渣。因此，除大断层、溶洞、原位测试点处做四壁编录，其余通常只进行三壁（两侧壁、硐顶）编录，有时也包含掌子面编录；b.展开方式：以硐顶为基准，采用俯视展开法（印模式、两壁掀起压平的展开法）；c.作图法：有两种甲：按理想开挖断面绘制成一张图，在两个拱角对超挖延伸、欠挖缩回的办法制图；乙：两壁、拱顶单独绘成一张剖面，反映不规则形状，分三块图面绘制。d.野外编录：编录时，在硐口稳定的岩体处设置固定点（用红漆编号），测出其坐标位置(x,y)；绘出两壁腰线及硐顶中线，在任一壁按1m间距标出桩号；按桩号在两腰线及中线上测出要编录的地质界线位置，而后在中线上用垂线法标出地质界线在拱角及壁底的位置。这样一个贯穿整个硐径的地质界线通过7点出露位置，即可勾绘出来。②竖井：基本上与平硐差不多，不同的是四壁展开。以一壁为基准，其余三壁旋转展开，一般以上游壁或北壁为基准，另一壁和两壁旋转拉直。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探4、补充讲两点施工中注意的问题（1）安全①民工开挖为了赚钱，尽量少开挖：探槽、浅井、试坑，开挖边坡陡，防止塌方，造成伤亡事故。②放炮：时间地点要通知当地政府和群众，让当地群众都知道；放炮时要做好警戒，不让群众、牲畜进入爆破区。（2）要注意和减少对农作物和树木的损毁第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探四、勘探工程布置原则1、简述勘探工作量大小，与地形地质条件的复杂程度、工程规模、枢纽布置方案、工程地质人员水平、经验有关。2、勘探工程布置形式(1)勘探线：勘探点布置在一条剖面上，便于编制工程地质剖面图，目的是了解在剖面线上工程地质条件在纵向上的变化。投影孔：不在剖面线上的勘探孔，要采用投影的办法，投到剖面线上。(2)勘探网：勘探点布置在相互交叉的勘探线上，成为网格形状。应用于：1）地形平缓、起伏不大；2）用以探查面上地层岩性的变化；3）主要用于勘探建材，砂砾料场地和储量。

纵ⅠⅡⅢⅣ横ⅠⅠ′横ⅡⅡ′横ⅢⅢ′Ⅰ′Ⅱ′Ⅲ′Ⅳ′第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探3、勘探坑孔布置原则（主要指钻孔、平硐）为使勘探工作布置合理，减少浪费，应遵循以下原则：首先要通过地质测绘和必要的物探工作，对地下和河床地层岩性和地质构造有一定了解和判断后，明确要查明的问题，结合设计方案的总体布置，由已知推向未知，由岸边推向河床，逐步深入的布置。4、勘探点间距和深度（1）勘探点间距勘探点间距大小，须满足查清地质结构、结合水工建筑物布置绘制准确的工程地质剖面、评价工程地质问题。同时考虑以下四点：①勘探孔的密度应确保剖面线通过地段的岩层互相连接起来。不漏掉断层、层间错动、软夹等工程地质现象，查明水文工程地质特性。

②对垂直河谷的横剖面，要求每个地貌单元至少有1~2个钻孔；③对建筑物有影响的地质体，都要有勘探点控制，如断层、岩层接触带、较大岩脉、软弱夹层、物理地质现象（滑坡、岩溶等）。④大中型混凝土坝：在选定坝址的河床上，为查清有无顺河断层、河床深槽，钻孔间距应控制在15~20m。当地材料坝可控制20~30m。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探（2）岸边孔范围的确定①两岸防渗帷幕可能布置地段：原地下水位与蓄水后地下水位相交点内。②根据查清工程地质条件需要而定。如查清控制山体稳定的地质结构面。③根据日本经验：正常情况下，在坝顶高程处，从开挖线算起，向外延伸30~50m。

钻孔蓄水后地下水位原地下水位防渗宽度30~50m开挖线第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探（3）钻孔深度的确定确定钻孔的深度，应考虑两个方面的原则：①孔深的依据：建筑物荷载大小及其作用蓄水后向岸坡山体、岩体可能作用的范围和深度②决定终孔的标志：勘探对象、埋深和产状从国内外实践看：高坝：＞60~70m，½~1倍坝高中低坝：＜60~70m，1倍坝高一般60~70m以上高坝，按一倍坝高考虑，中低坝应打入新鲜岩体15~20m为宜。地下厂房、大的隧洞应穿过底板10~15m。第二章工程地质勘察方法§2.2工程地质勘探§2.3工程地质原位试验及监测工程勘察中常用的原位测试有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速测试等。试验工作多数在勘探过程中进行，但也有一些是由试验和地质人员共同进行的，如静弹模、抗剪试验等。原位试验的特点：保持岩土体天然状态和原有结构测试对象的尺寸和范围比室内试验试件大,更能反映地质环境.各种方法的核心任务：提供工程地质评价和建筑物设计参数第二章工程地质勘察方法原位试验的目的：1)获得未经扰动的原状样本的物理力学参数

强度参数：评价稳定性用

变形参数：计算位移、形变用

物理参数：比重

渗透特性参数：渗透系数、透水率等

2)获得现场较为宏观的承载能力特征

有原位、宏观的特点，但仍有代表性和尺度问题一、压水试验1、压水试验的基本原理（1）目的了解裂隙岩体的渗透性和完整性

为防渗、排水设计提供水文地质依据

（2）基本原理①用止水拴塞把试段(5m)隔离；②一般采用100m水头压力，自上而下分段压水；③压入流量稳定后，即可算岩体单位吸水量ω或透水率qN

进水试验段拴塞第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测q透水率:在1MPa水压力作用下,每米试段内每分钟压入的水量。式中：Q3为第三压力阶段的压入流量，L/minl为试验长度，m

S为第三压力阶段试验压力，MPa（单位：L/min﹒m﹒m)（单位：Lu吕荣）１Lu

=0.01L/min﹒m﹒m第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测2、试验段长度及压力值(1)试验段长度①试验段长度一般为5m一段;②同一试段不应跨过透水性相差悬殊的两种岩性，即遇到强烈透水的裂隙密集带、构造破碎带、岩体接触带、岩溶洞穴，可缩短试段，单独做;③拴塞止水止不住时，可将拴塞上移，适当重复，不准漏掉;④连续3个试段q<1Lu，且岩心完整,则将试段长度延长为10m。另：遇断层破碎带，漏水量大，达不到设计压力，则用最大流量供水，并测记稳定水位，算q注。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测(2)压力值的确定一般采用三级压力（P1→0.3MPa、P2→0.6MPa、P3→1.0MPa），五个压力阶段。

①压力值的计算各试段压水试验用的压力值尽可能的一致，以便分析对比。压水给压的方法有两种：自流供水，水柱高度及为压力值；水泵供水，采用压力表测压。

P=Pn

+PZ+PS式中：

P——总压力，压力水头;

Pn——压力表值;

PZ——压力表中心至压力零线的铅直距离（水柱压力）;

PS——压力中心至拴塞底部压力损失.第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测NszL/2LNszL/2NszL②压力零线的计算：试验前实测孔内地下水位，一般每10分钟读一次，连续三次读数变化速率皆小于1cm/min，观测即可结束，以最后一次水位读数来确定：地下水位在试段以下，以1/2试段处水平线为压力计算零线；地下水位在试段之内，以无水段的1/2处水平线为压力计算零线；地下水位在试段以上，且属试段所在含水层，以地下水位线为压力计算零线。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测(3)流量稳定标准压水试验中，每1～２分钟记录一次压入流量。当压入流量符合下列标准之一，即可结束试验。①连续５次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的10%；②连续５次读数，其最大值与最小值之差小于0.5L/min(1L/min)；pQ第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测3、单位吸水量（或透水率）与渗透系数的关系(1)计算水库渗漏、坝基渗漏、基坑洞室排水，都需要岩体的渗透系数，无抽水试验资料时可用单位吸水量换算。(2)可简化为K=Aω，其中A=A(L,r)：当钻孔半径

r=0.055~0.065m,试段长5~10m。①式A在0.9~1.9之间，K=(0.9~1.9)ω②式A在0.05~1.25之间，K=(1.05~1.25)ω

(3)透水率与单位吸水量的关系：(4)透水率与渗透系数之间关系：①②A≈0.9~1.25１q=0.01ω第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测q≈

1Lu时，Lu=10-5cm/s或10-7m/dq≈30Lu时，Lu=10-3cm/s或10-5m/dq≈100Lu时，Lu=10-2cm/s或10-4m/d有很强的非线性第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测岩体的透水性：弱风化砂岩——1～10Lu。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测二、灌浆试验1、灌浆防渗标准(1)规范要求：高坝（＞70m）：ω＜0.01

中坝（30~70m）：ω＜0.03

低坝（＜30m）：ω＜0.05(2)实践上考虑帷幕深度时从以下两点考虑：

a.岩体透水性；

b.岩体结构.①软弱夹层区：灌过控制抗滑稳定的可能的泥化、软化夹层；②断层破碎带：为防止断层恶化，一般灌过断层；③脉岩：在建筑物应力作用范围内，要灌过接触带；④岩溶区：灌过管道流。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测2、灌浆的类型据灌浆的作用和性质可分：固结灌浆：增强基岩完整性，提高弹模，减少不均匀变形，补强开挖中造成的损伤，加强坝基和岩体的结合，通常在坝体浇筑２～３m后进行。灌浆孔布置：依据：坝型、规模、岩体工程地质特性布置：一般平面上呈梅花型，孔深5～15m。帷幕灌浆：防止坝基、绕坝渗漏以及渗漏变形和降低扬压力初步帷幕灌浆设计依据：坝基、坝轴线地段的地质结构、断裂特征、风化特征及裂隙水文地质条件工程类型、规模－确定帷幕轮廓

帷幕结构和工艺：结构：廊道布置、帷幕排数、孔距、钻孔方向等工艺：洗孔方法、灌浆压力、灌浆材料、水灰比等接触灌浆：加强坝体与坝基的结合，须在坝体浇筑到一定高度后通过预埋管进行。

第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测3、灌浆试验（施工图设计阶段）(1)目的为灌浆设计、施工提供参数。专门问题：大断层、夹层的可灌性、灌浆材料的选择、岩溶灌浆方法和效果等(2)灌浆孔的布置：按序次逐渐加密。(3)洗孔方法坝基一些不良工程地质问题（如断层破碎带、层间错动、裂隙夹泥、岩溶充填物）的灌浆效果与洗孔方法和洗孔效果有关。洗孔要求将岩屑、泥质物、碎块冲出孔外或挤压到帷幕线以外，其空间用水泥充填形成耐久性好的帷幕。具体方法：①高压冲洗②高压脉动冲洗③双孔交替冲洗断层少则冲出0.1~0.15m3,多则达2m3第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测(4)洗孔效果分析洗孔效果好，说明破碎带物质被冲出孔外、破碎带物质被挤压到帷幕范围以外，单位吸水量ω增大，波速Vp值降低。20406080100%00.010.051.010灌浆后冲洗前冲洗后ω(5)灌浆压力

P=P0+mD①决定压力大小的因素：上覆岩体重量、上覆岩体两侧约束力、岩层结构面产状。②压力确定三原则：裂隙不扩宽岩层不被抬动浆液不过量流失到帷幕范围以外在满足上述原则的前提下，尽量提高压力，使浆液充填到微细裂隙中去。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测③抬动及扩宽观测高压灌浆使用精密水准在钻孔周围进行地形变形观测；裂隙扩宽、抬动：10203040010203040AB压力压入水量升/分第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测向孔内压水或灌浆，当压力达到某一数值后，流量突然增大。流量由A→B(压力不再升高），两种情况：a.若是扩宽，A点作为临界压力；b.若是充填物被冲开，压力要大于A点的值。根据地层岩性及水准观测综合分析是抬动还是充填物被冲开。三、工程地质长期观测什么是工程地质长期监测（地点、内容、要求、目的）在长期观测站上，观测工程地质条件的某些要素，如水文地质条件（水位、流量、水化学等）、物理地质作用、各种工程地质作用（坝基夹层、断层滑动、地下洞室边墙、拱顶变形）随时间的变化规律，了解其变化过程和发展趋势，用以预测它们对工程建筑物安全稳定性以及对建筑地区地质环境的影响。第二章工程地质勘察方法§2.3工程地质原位试验及监测§2.4天然建筑材料工程地质勘察水工天然建材主要有：砂砾石料（包括人工砂砾石）、土料、碎石料、块石料

广州抽水蓄能电站上库面板堆石坝总填筑料90.7万立方米，主堆石46.7万，块石护坡2.3万，次堆石30.7万、过渡料4.0万，粘土铺盖4.5万。

第二章工程地质勘察方法§2.4天然建筑材料工程地质勘察一、产地选择原则及勘察设计阶段要求1.产地选择原则（1）先近后远，先水上后水下，先大后小、大小结合，并考虑开采方法和运输条件。（2）距建筑物的最近距离以不影响各建筑物及其基础稳定为原则，尽量避免或减少与工程施工相干扰。（3）尽量少占耕地，否则应考虑保留还田土层。2.各设计阶段勘察要求（1）规划选点阶段主要是普查。通过地质测绘对天然露头进行观察（岩性、成因、分布、产状、成层特征、有用层性质、地下水位等），从而确定质量、估算储量。编制1：10万或1：5万产地分布图、草测1：1万或1：5千地质剖面图（2）可行性初步查明储量、质量和开采运输条件，为选择坝址坝型提供资料。P346（3）初步设计详细查明储量、质量和开采运输条件，在初查的基础上进行必要的补充。P346第二章工程地质勘察方法§2.4天然建筑材料工程地质勘察二、质量技术要求1、砂料砂料质量的好坏影响混凝土的强度和水泥用量，决定砂料质量的因素：颗粒形状、级配、软弱颗粒含量。具体要求云母含量：≯1－3%

孔隙率：＜40%粒度模数Mn：2.5-3.5平均粒径Dcp：0.36－0.50为宜粘土含量（含粘土块和附于表面的粘土膜）水上、水位变化区＜3%

水下＜5%2、卵砾石料大坝混凝土骨料粒径越大，则单位水泥用量及用水量就越小，发热量也就小。但大粒径骨料使搅拌、运输、平仓、振捣难度大。第二章工程地质勘察方法§2.4天然建筑材料工程地质勘察具体要求针片颗粒（云母、片岩等）＜15%粒度模数Mn=6.35－8.30含泥量＜2%软弱颗粒含量：水位下＜10%水上及水位变化区＜5%孔隙率＜45%

砂料（包括粗骨料）中的活性骨料，主要是指以胶凝方式形成的二氧化硅，如燧石、蛋白石等，它们与碱含量（Na2O+K2O)超过0.6%的水泥发生反应，产生膨胀，引起混凝土开裂。

易产生反应的岩石

岩石名称产生碱活性反应的矿物硅质岩、燧石岩蛋白石、玉燧火山岩（流纹岩、安山岩）玻璃质第二章工程地质勘察方法§2.4天然建筑材料工程地质勘察研究方法：（1）先鉴定，一般先选出燧石岩、流纹岩、安山岩；（2）如有上述岩石，先切片，镜下观察，进行X射线、差热分析。通过上述鉴定：是否含有胶凝二氧化硅。（3）进行水泥试验：化学试验测SiO2含量（胶凝）水泥试验，观测水泥棒伸长率14天龄期≯0.02%56天龄期≯0.06%3、块石料：P348，注意块石风化问题。

4、