土力學地基與基礎課程講義1工程地質(zhì)勘察

1、7 7 工程地質(zhì)勘察工程地質(zhì)勘察主要內(nèi)容 7.1 7.1 工程地質(zhì)勘察階段與勘察分級工程地質(zhì)勘察階段與勘察分級 7.2 7.2 工程地質(zhì)勘察的方法工程地質(zhì)勘察的方法 7.3 7.3 工程地質(zhì)勘察報告工程地質(zhì)勘察報告 事故：事故： 19591959年年1212月連日暴雨，水月連日暴雨，水位暴漲，壩基負荷驟增。致位暴漲，壩基負荷驟增。致使大壩左端滑動，壩體崩潰，使大壩左端滑動，壩體崩潰，洪流下泄，席卷數(shù)十里。洪流下泄，席卷數(shù)十里。387387人死亡，人死亡，100100余人失蹤，余人失蹤，掩沒兩個村莊。掩沒兩個村莊。概況：建于概況：建于1952-19541952-1954年，年，混凝土雙曲拱壩?；?/p>

2、凝土雙曲拱壩。19581958年投入運年投入運轉(zhuǎn)，壩高轉(zhuǎn)，壩高66.5m66.5m，總庫容，總庫容52005200萬萬m m3 3。法國馬爾帕塞壩法國馬爾帕塞壩工程實例工程實例7.1 7.1 工程地質(zhì)勘察階段與勘察分級工程地質(zhì)勘察階段與勘察分級 Looking upstream, part of the wing wall remains on the left abutment. Almost nothing remains on the right abutment. 原因：大壩下游有一條傾向上游傾角45度的斷層。位于壩基開挖面以下1540m，在壩下游側20m以外的覆蓋層中有斷層露頭但被忽

3、略，整條斷層被前期勘測所遺漏；壩基巖體中片麻理構造發(fā)育，走向斜交河岸，大壩運行至滿庫水位時突然垮毀，壩體左段連同壩基巖體沿斷層滑出。 事故：事故：建成后初次存放谷物時：建成后初次存放谷物時：1 1小時豎向沉降達小時豎向沉降達30.5cm30.5cm2424小時傾斜小時傾斜2727西端下沉西端下沉7.32m7.32m東端上抬東端上抬1.52m1.52m上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎，厚鋼混筏板基礎，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66

4、m。 19111911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000t20000t。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 原因： 地基土事先未進行調(diào)查，據(jù)鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此， 谷倉地基因超載發(fā)生強度破谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動壞而滑動。處理：處理： 事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388388個個50t50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來

5、，千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。但其位置比原來降低了米。 南京東南大學南京東南大學6 6層教工住宅層教工住宅原因：原因：補做勘察后發(fā)現(xiàn)板基斷裂一側地基中存在軟弱淤泥層。經(jīng)考古查明曾有一條鐵路從此通過，路基堅實，但路基兩側排水溝因常年積水，溝底形成淤泥。板基橫跨路基與排水溝，因土質(zhì)軟硬懸殊而斷裂。施工前未做地質(zhì)勘察，結果在建成鋼筋混凝土筏板基礎后，施工前未做地質(zhì)勘察，結果在建成鋼筋混凝土筏板基礎后，發(fā)生整塊板基斷裂。發(fā)生整塊板基斷裂。原因：也是未經(jīng)勘察，不了解下面有一條人防通道斜向貫穿。人防通道土體挖除形成臨空，地基局部超量沉降，墻體開裂不可避免。 是單層平房

6、，因墻體裂縫嚴重，長期不敢使用。是單層平房，因墻體裂縫嚴重，長期不敢使用。工程實例清華大學第三教室樓配電站：工程實例清華大學第三教室樓配電站：云南民族學院云南民族學院1010號教工住宅號教工住宅地基中存在局部淤泥與泥炭土未被發(fā)現(xiàn)地基中存在局部淤泥與泥炭土未被發(fā)現(xiàn), ,導致墻體嚴重開裂導致墻體嚴重開裂, ,多次加固無效，最后被迫拆除。多次加固無效，最后被迫拆除。香港寶城滑坡香港寶城滑坡19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，

7、寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。寶寶( (雞雞) )天天( (水水) )鐵路鐵路由于忽視了前期的工程地質(zhì)工作，施工中即發(fā)生大量崩塌、滑坡、河岸沖刷和泥石流等地質(zhì)災害問題，被稱為鐵路的“盲腸”，國家歷年都撥出大量資金進行維修、整治。成成( (都都) )昆昆( (明明) )鐵路鐵路地形、地質(zhì)條件異常復雜，曾被稱為“世界地質(zhì)博物館”。由于高度重視工程地質(zhì)工作，順利建成通車。近百年壩失事原因統(tǒng)計資料近百年壩失事原因統(tǒng)計資料為什么要進工程勘察?1.1.工程地質(zhì)勘察的目的和任務工程地質(zhì)勘察的

8、目的和任務查明條件分析問題作出評價選擇場地提出建議制定措施預測新問題測 繪物 探坑 探鉆 探勘 探室 內(nèi) 試 驗室 外 試 驗試 驗監(jiān) 測工 程 地 質(zhì) 勘 察 方 法新技術：地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、監(jiān)測遙感系統(tǒng)（RS）、地球物理層析成像技術（CT）2.2.工程地質(zhì)勘察的方法工程地質(zhì)勘察的方法調(diào)查收集資料 測繪 物探 坑探和鉆探室內(nèi)外試驗 長期觀測3.3.工程地質(zhì)勘察的施工程序工程地質(zhì)勘察的施工程序4.4.工程地質(zhì)勘察階段的劃分工程地質(zhì)勘察階段的劃分可行性研究勘察feasibility study 初步勘察preliminary investigation 詳細勘察

9、detailed investigation 施工勘察construction investigation勘察方法勘察方法: :1. 搜集資料2. 踏勘3. 物探（1）可行性研究勘察階段主要任務是選定建筑場址(或線路方案)。通過勘察對其穩(wěn)定性和適宜性作出評價，經(jīng)過技術經(jīng)濟論證選擇最優(yōu)方案。（2） 初步勘察階段勘察方法:1. 鉆探2. 試驗3. 補充測繪和物探4. 長期觀測主要任務是確定建筑物的具體位置、選擇建筑物地基基礎方案、對不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治措施進行論證。需詳細查明建筑場地工程地質(zhì)條件。（3）詳細勘察階段勘察方法勘察方法: :1. 試驗2. 補充勘探配合技術設計或施工圖設計,按不同建筑物提

10、出詳細的工程地質(zhì)資料和設計所需的巖土技術參數(shù)。對基礎設計方案、地基處理方案、不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治方案作出論證和建議。 對工程地質(zhì)條件復雜或有特殊要求的重要工程，還需進行施工勘察。它包括施工地質(zhì)編錄、地基驗槽與監(jiān)測和施工超前預報，以校核已有的勘察成果資料。（4）施工勘察工程地質(zhì)勘察分級工程地質(zhì)勘察分級 甲級：甲級：工程重要性等級、場地復雜程度等級、工程重要性等級、場地復雜程度等級、地基復雜程度等級有一項或多項為一級。地基復雜程度等級有一項或多項為一級。 乙級：乙級：除勘察等級為甲級或丙級以外的勘察等除勘察等級為甲級或丙級以外的勘察等級。級。丙級：丙級：工程重要性等級、場地復雜程度等級、工程重要性等

11、級、場地復雜程度等級、地基復雜程度等級均為三級。地基復雜程度等級均為三級。 7.2.17.2.1工程地質(zhì)測繪工程地質(zhì)測繪7.2.27.2.2工程地質(zhì)勘探工程地質(zhì)勘探7.2.37.2.3現(xiàn)場原位測試現(xiàn)場原位測試7.2.47.2.4現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測7.27.2工程地質(zhì)勘察的方法工程地質(zhì)勘察的方法 一、工程地質(zhì)測繪的研究內(nèi)容 包括工程地質(zhì)條件的全部要素。二、工程地質(zhì)測繪的范圍 取決于擬建建筑物的類型和規(guī)模、設計階段以及工程地質(zhì)條件的復雜程度。 一般房屋建筑局限于有限范圍內(nèi)。道路測繪主要采取沿線調(diào)查的方法。 7.2.17.2.1工程地質(zhì)測繪工程地質(zhì)測繪比例尺一般規(guī)定為： 規(guī)劃階段的踏勘及路線測繪采用1

12、:20萬1:50萬 可行性階段采用1:1萬5萬 初步勘察階段采用1:100001:2000 詳細勘察階段采用1:20001:200像片成圖法 利用地面攝影、航空(衛(wèi)星)攝影等像片，在室內(nèi)進行判釋。實地測繪法1. 路線法(穿越法和追索法)2. 布點法三、工程地質(zhì)測繪的基本方法圖7-1 采用路線法測繪示例資料整理 準備工作野外工作四、工程地質(zhì)測繪的工作程序?qū)嶋H材料圖素描圖柱狀圖工程地質(zhì)圖五、工程地質(zhì)測繪的成果7.2.2 7.2.2 工程地質(zhì)勘探工程地質(zhì)勘探 利用一定的機械工具或開挖作業(yè)深入地下了解地質(zhì)情況的工作。定義定義 1. 查明建筑場地地下有關的地質(zhì)情況。2. 提取巖土樣及水樣，供室內(nèi)試驗分析

13、之用。3. 利用勘探坑孔進行現(xiàn)場原位試驗和布設長期觀測點。 主要任務主要任務一、坑探 (pitting) 是用人工或機械掘進的方式來探明地表以下淺部的工程地質(zhì)條件，包括：探坑、探槽、斜井、淺井、豎井、平洞等。 圖7-2工程地質(zhì)常用的坑探類型示意圖1-探槽；2-試坑；3-豎井；4-平洞；5-石門；6-淺井坑探工程展示圖二、鉆探 (drilling) 利用鉆探機械和工具在巖土層中鉆孔的勘探方法?？芍苯犹矫鞯貙訋r性、地質(zhì)構造、地下水埋深、含水層類型和厚度、滑坡位置及巖溶情況，還可取巖心，在鉆孔中試驗。工程技術人員做現(xiàn)場巖芯編錄 勘探鉆孔施工現(xiàn)場 (一)鉆探方法和設備靜壓鉆探振動鉆探回轉(zhuǎn)鉆探?jīng)_擊鉆探各

14、式鉆機機械洛陽鏟、麻花鉆人力)()(工民建勘察常用簡易、輕便的SH30鉆機回轉(zhuǎn)鉆進，對軟土用薄壁取土器，對松散的砂卵石層采用沖擊鉆進或振動鉆進；對軟弱地層或破碎帶采用干鉆法、雙層巖芯管法。工程地質(zhì)鉆探的常規(guī)口徑為：開孔168mm，終孔91mm。有些工程還采用大口徑或小口徑鉆進方法。(二) 鉆孔觀測、編錄與資料整理1. 巖心觀察、描述和編錄2. 鉆孔水文地質(zhì)觀測3. 鉆進動態(tài)觀測 工程鉆孔柱狀圖三、物探 (geophysical exploration)： 以專門儀器探測地質(zhì)體的物理場來進行地層劃分，判定地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件及各種物理地質(zhì)現(xiàn)象的勘探方法。物探分為：物探分為：電阻率法、磁法、地震

15、法、重力法及 放射性勘探，但應用最廣泛的是電阻 率法和震法。分類分類1. 電阻率法勘探是對地質(zhì)體以人工形成電場，通過電測儀測定地質(zhì)體視電阻率的大小及變化，從而推斷地下一定范圍地質(zhì)體的情況。它可以用作劃分地層巖性、地質(zhì)構造、覆蓋層或風化層的厚度、含水層分布和深度、古河道及天然建筑材料分布范圍和儲量。在尋找地下水時廣泛應用。2. 地震法勘探是以人工激發(fā)的地震波，在地殼內(nèi)的傳播規(guī)律來探測地質(zhì)結構的方法，是石油勘探中的一種重要方法。工程地質(zhì)勘察中應用最多的是高頻(小于200300Hz)地震波淺層折射法。優(yōu)點：1. 可測定難以取樣的巖土體的性質(zhì)。2. 影響范圍大，因而更具代表性。3. 可連續(xù)進行，因而可

16、得到完整的地層剖面。4. 快速、經(jīng)濟，能大大縮短勘察周期。缺點：1. 難以控制邊界條件2. 費工費時，成本高3. 所測參數(shù)和巖土工程性質(zhì)之間的關系建立在大量 統(tǒng)計的經(jīng)驗關系之上。7.2.3 現(xiàn)場原位測試原位試驗分為三類：1. 巖土力學性質(zhì)試驗2. 水文地質(zhì)試驗3. 改善巖土性能的試驗一、載荷試驗 (loading test)在一定面積的承壓板上向地基逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基的變形特性，從而評定地基的承載力，計算地基的變形模量并預測基礎的沉降量。大型載荷試驗裝置示意圖錨式載荷試驗裝置圖7-10 載荷試驗曲線二 、靜力觸探試驗(cone penetration test) 用靜力將一個內(nèi)

17、部裝有阻力傳感器的圓錐形探頭均勻壓入土中，測定土層對探頭的貫入阻力，以此來間接判斷分析地基土的物理力學性質(zhì)。壓力孔壓探頭：可測孔隙水錐尖阻力和側壁摩阻力雙橋探頭：可分別測出阻力單橋探頭：可測總貫入可分為圖7-11 觸探頭工作原理示意圖靜力觸探成果的應用1. 劃分土層2. 估算土的物理力學指標3. 確定淺基礎的承載力4. 預估單樁承載力5. 判定飽和砂土和粉土的液化勢靜力觸探具有測試連續(xù)、快速、效率高、功能多的特點，兼勘探與測試雙重作用。適用于黏性土、粉土、砂土，但對碎石類土難以貫入。三、動力觸探試驗 (dynamic penetration test) 其共同點是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格

18、的探頭打入土中，根據(jù)每打入土中一定深度所需的能量來判定土的性質(zhì)，并對土進行分層。類型分為：輕型（10kg錘）、落距50cm 重型（63.5kg錘）、落距76cm 超重型（120kg錘）、落距100cm 標準貫入試驗(SPT)設備主要是由貫入器、貫入探桿和穿心錘三部分組成的, 錘重63.5kg，在76cm的自由落距下，通過圓筒型的貫入器，貫入土層15cm，再打入30cm深度，以后30cm的錘擊數(shù)稱為標貫擊數(shù)，用N63.5來表示，一般寫作N。圖7-13 標準貫入試驗設備標準貫入試驗成果的應用標準貫入試驗成果的應用1劃分土的類別或土層剖面；2判斷砂土的密實度及地震液化問題；3判斷黏性土的稠度狀態(tài)及c

19、、值；4評定土的變形模量E0和壓縮模量ES；5確定砂土、黏性土和粉土的地基承載力。四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗（VSTVST）十字板剪切試驗是用插入軟黏土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測出土的抵抗力矩，然后換算成土的抗剪強度。圖7-14 十字板剪力儀7.2.4 現(xiàn)場監(jiān)測巖土體性狀的監(jiān)測：物理力學特性測試 變形觀測 應力量測環(huán)境條件的監(jiān)測：地下水監(jiān)測 滑坡監(jiān)測地基基礎的監(jiān)測：天然地基的驗槽與監(jiān)測 樁基工程的監(jiān)測 地基加固和處理的監(jiān)測 深基坑支護結構的監(jiān)測 建筑物沉降的監(jiān)測 7.3 工程地質(zhì)勘察報告資料整理的內(nèi)容主要有： 巖土參數(shù)的統(tǒng)計分析和選定； 測區(qū)內(nèi)各種工程地質(zhì)問題的綜合分析評價；

20、 各種圖表的編繪制作以及工程地質(zhì)勘察報告 書的編寫?？辈靾蟾娴幕緝?nèi)容：勘察報告的基本內(nèi)容：緒論部分主要說明勘察工作任務，采用的工作方 法和取得的成果等。通論主要闡明工作區(qū)工程地質(zhì)條件，區(qū)域自然地 理和地質(zhì)背景也應適當介紹。專論是整個報告的中心內(nèi)容，主要論證工程建筑所涉及 到的有關工程地質(zhì)問題，評價工程的適宜性，提出 防治不良地質(zhì)作用措施的建議。結論是在專論的基礎上，對各種具體問題給予簡要的結 論性意見。 報告應附的圖表：報告應附的圖表：（1）工程地質(zhì)平面圖（房屋建筑附勘察工程布置）。（2）鉆孔柱狀圖或工程地質(zhì)綜合柱狀圖。（3）工程地質(zhì)縱、橫剖面圖。（4）室內(nèi)試驗和原位測試成果圖表。 單項報告

21、單項報告（1）工程地質(zhì)測試報告。（2）工程地質(zhì)檢驗或監(jiān)測報告。（3）工程地質(zhì)事故調(diào)查與分析報告。（4）巖土利用、整治或改造方案報告。（5）專門工程地質(zhì)問題的技術咨詢報告。充分搜集有關的地質(zhì)資料和航空、衛(wèi)星照片等資料，編制測繪工作大綱。準備工作確定測繪范圍取決于建筑物的類型、規(guī)模和地質(zhì)條件的復雜程度測繪比例尺一般規(guī)定為： 規(guī)劃階段的踏勘及路線測繪采用1:20萬1:50萬 可行性階段采用1:1000001:50000 初步勘察階段采用1:100001:2000 詳細勘察階段采用1:20001:200back工程地質(zhì)測繪主要內(nèi)容有：地貌形態(tài)與成因類型的研究；地層分布、接觸關系、巖性巖相的變化及其工程

22、地質(zhì)特性；構造形跡的分布、規(guī)模和有無近期構造活動；地下水類型、水文地質(zhì)結構、補給與排泄條件、與地表水體的關系和水化學特征；物理地質(zhì)現(xiàn)象的分布、規(guī)模和發(fā)展趨勢；有關環(huán)境地質(zhì)問題等。野外工作工程地質(zhì)測繪的基本方法有地質(zhì)點工作法和遙感制圖法。地質(zhì)點工作法一般采用穿越界線和追索界線相結合的方法進行。應貫穿整個測繪工作的全過程，邊搜集現(xiàn)場資料、邊分析整理成圖，并要及時總結。有些專門性問題要反復調(diào)查研究，尋找論據(jù)。測繪外業(yè)工作結束后，即應提出各種原始資料，包括地質(zhì)記錄、照片、素描圖等。經(jīng)過檢查校核后，編制各種綜合分析圖表和正式圖件，如工程地質(zhì)平面圖、地質(zhì)剖面圖和有關專門性地質(zhì)圖。 資料整理一、場地的地層特征、成因類型、分布范圍、埋藏條件、應力歷史等情況；二、擬建場地的微地貌特征和不良地質(zhì)現(xiàn)象、如古河道、暗浜、墓穴、水井、生物洞穴、地下管道、人工填土等；三、地下水埋藏條件，水位變化幅度與地表徑流及潮汐的水力聯(lián)系，補給來源和地下水質(zhì)類型等。四、地區(qū)的建筑經(jīng)驗和軟土的地基和地下空間等的開發(fā)利用及改良加固的經(jīng)驗。五、地區(qū)的地震烈度、震害和場地的地震效應。工業(yè)與民用建筑的主要工程地質(zhì)問題工業(yè)與民用建筑的主要工程地質(zhì)問題區(qū)域穩(wěn)定性地