海洋工程地質調查

1、海洋(hiyng)工程地質調查講座牟信侃2009年8月共四十三頁 學習目的： 通過本次學習，主要了解巖土工程勘察及海洋(hiyng)工程地質調查的基本內容、基本概念、基本要求，掌握不同的工作方法適用的范圍。共四十三頁名詞解釋海洋工程：是指以開發(fā)、利用、保護、恢復海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側的新建、改建、擴建工程。根據(jù)水深和空間區(qū)位分為海岸工程、近海工程和深海工程。海洋工程地質調查：在海洋工程規(guī)劃或建設之前 運用地質、工程地質及有關學科的理論知識和相應的技術方法，在預選場址及附近海域進行的海洋地質調查。 區(qū)域海洋工程地質調查：指大范圍小比例尺（1：10萬1：50萬）的海洋地質調

2、查。巖土工程勘察：根據(jù)建設工程的要求，查明、分析、評價建設場地的地質、環(huán)境(hunjng)特征和巖土工程條件，編制勘察文件的活動。（具有明確的工程針對性） 共四十三頁1、巖土工程(gngchng)勘察 巖土工程的勘察(knch)階段一般分為：可行 性研究勘察(knch)、初步勘察(knch)及詳細勘察(knch)三個階段，工作深度和精度應分別符合選擇場址要求、初步設計要求及施工圖設計要求。 從以下七個方面進行介紹：工程地質測繪、勘探與取樣、巖土的分類、原位測試、地下水、室內土工試驗、資料整理與報告編寫。共四十三頁1.1工程地質測繪(chu) 工程地質測繪一般(ybn)在可行性研究階段或初步勘察

3、階段進行。 適合巖石出露或地貌、地質條件復雜的場地。 實施的方法主要有路線穿越法、追索法和布點法三種。共四十三頁1.2勘探(kntn)與取樣 勘探(kntn)是巖土工程勘察的一種重要手段，勘探(kntn)的方法可分為直接的、半直接的和間接的三種。 直接的：井探、槽探等，探查深度一般不超過地下水位。 半直接的：鉆探。 間接的：觸探（靜力觸探、動力觸探）；工程物探等。 當用于探測地層、構造等目的時是勘探手段，用于測定參數(shù)時則為測試手段。共四十三頁1.2.1鉆探(zuntn) 鉆探方法包括回轉、沖擊、振動及沖洗等 螺旋類鉆頭適合粘性土層鉆進 合金鉆頭適合除礫石層外的各類巖土層鉆進 金剛石鉆頭適合較完

4、整的巖層鉆進。 沖擊鉆頭主要適用(shyng)砂礫石層鉆進。1.2.2取樣合理地確定取樣位置及數(shù)量，主要土層應大于6件。選取合適的取樣技術 ，盡量減少對土層的擾動。共四十三頁1.3巖土的分類(fn li)1.3.1巖石分類 按強度可分為：極硬巖石、次硬巖石、此軟巖石及極軟巖石四類。 按風化程度可分為：未風化、微風化、弱風化、強風化、全風化和殘積土。其中，花崗巖的強風化、全風化及殘積土可據(jù)標準貫入試驗錘擊數(shù)劃分(hu fn)。1.3.2土的分類 按粒徑分為碎石土、砂土、粉土和粘性土四大類。 按有機質含量分為：無機土、有機質土、泥炭質土和泥炭四類。 據(jù)沉積年代分為老沉積土和新近沉積土。 粉土的密實

5、度可據(jù)孔隙比分為密實、中密和稍密。 粘性土可據(jù)IL劃分狀態(tài)。 砂土可據(jù)標貫錘擊數(shù)劃分密實度 共四十三頁1.4原位測試(csh)定義：在巖土體所在位置，基本保持原來的結構、濕度和應力狀態(tài)進行的測試。包括載荷試驗、靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗、標準貫入試驗、十字板剪切試驗、波速(b s)測試等等。共四十三頁1.4.1載荷(zi h)試驗載荷試驗包括(boku)平板載荷試驗和螺旋板載荷試驗。通過載荷試驗可獲得地基土的變形模量、臨塑荷載、極限荷載等重要指標。平板載荷試驗應據(jù)不同的巖性選擇不同面積的承壓板，一般為0.250.5，主要在淺層地基土上進行試驗。而深部土體的承載力測試則主要采用螺旋板載荷試驗

6、。 1.4.2靜力觸探試驗主要適用于粘性土、粉土、密實粉砂、及含少量碎石的土層。根據(jù)需要選擇不同探頭，可分為單橋探頭和雙橋探頭。由單橋探頭測出比貫入阻力，由雙橋探頭測出錐尖阻力和側壁摩阻力指標。探頭應定期標定，試驗前也應標定，并不少于3次；貫入速率應恒定為2cm/s，推力應為垂直方向。據(jù)靜探結果結合地區(qū)經(jīng)驗可進行土的強度、壓縮性、承載力、單樁承載力、沉樁可能性及判別砂土液化。 共四十三頁1.4.3圓錐(yunzhu)動力觸探試驗 根據(jù)落錘的質量分為輕型、重型和超重型三種：輕型動力觸探的錘重為10kg，落距為50cm，記錄(jl)貫入30cm的錘擊數(shù)，適用于素填土及砂土、粉土粘性土等；重型動力觸

7、探的錘重為63.5kg，落距為76cm，記錄貫入10cm的錘擊數(shù)，適用于砂土及中密以下的碎石土；超重型動力觸探的錘重為120kg，落距為100cm，記錄貫入10cm的錘擊數(shù)，適用于密實的碎石土。 1.4.4標準貫入試驗標準貫入試驗錘重63.5kg，落距為76cm，貫入器由外徑為51mm的對開管和管靴組成，使用直徑為42mm的鉆桿，適用于砂土、粉土和一般粘性土。試驗采用自動脫鉤的自由落錘法，錘擊速率小于30擊/min，試驗時首先打入15cm不計擊數(shù)，然后記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計打入30cm的擊數(shù)即標準貫入試驗錘擊數(shù)。 共四十三頁1.4.5十字(sh z)板剪切試驗 十字板剪切試驗適用于飽

8、和軟粘土。十字板頭插入鉆孔底的深度不應小于鉆孔或套管直徑的35倍，靜止23min后開始試驗，扭轉(nizhun)剪切速率宜采用12/10s，在測得峰值強度后繼續(xù)測記1min，然后順扭轉方向連續(xù)轉動10圈后，測定重塑土的不排水抗剪強度。該試驗可獲得土的抗剪強度峰值、抗剪強度殘余值及靈敏度?？辜魪姸确逯迪喈斢谑覂热S試驗的不固結不排水強度。 1.4.6波速測試波速測試可根據(jù)任務要求，采用單孔法、跨孔法或面波法。適用于測定各類巖土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速。測定孔內巖體波速宜采用聲波測試。剪切波波速測試，跨孔法的孔距在土層中宜為4m。土層的剪切波速可用于評價場地類型、砂土液化、地基的加固效果。

9、場地的抗震設防烈度大于或等于6度時，應劃分場地土類型和場地類別。 共四十三頁1.5地下水 地下水按埋藏條件可分為潛水、承壓水和包氣帶水。地下水對基礎工程產(chǎn)生靜水壓力、浮力、腐蝕性、動水壓力等。地下水對混凝土的腐蝕性包括結晶性腐蝕、分解性腐蝕和結晶分解復合性腐蝕。地下水在均質土層中的滲流規(guī)律符合達西定律大范圍場地地下水的流速宜采用指示劑法或充電法確定。滲透系數(shù)值一般通過滲水試驗、注水試驗、抽水試驗及壓水試驗確定。滲水試驗適用于測定包氣帶非飽和巖土層的滲透系數(shù)。用來確定粘性土滲透系數(shù)的滲水試驗宜采用試坑雙環(huán)法，現(xiàn)場測試砂礫石、砂土的滲透系數(shù)宜采用試坑滲水試驗。注水試驗適用于地下水位埋藏較深，不便于

10、進行抽水試驗的場地，或在干的透水層(shu cn)中進行。抽水試驗適用于有一定涌水量的地層。根據(jù)不同的分類依據(jù)可劃分多種抽水試驗類型。勘察中一般采用穩(wěn)定流抽水試驗。壓水試驗適用于較為完整的巖體。共四十三頁1.6室內(sh ni)土工試驗含水率與密度：它們是土的基本物理指標，一些重要的物理性指標由這兩個指標得出。比重：是一項直接測定的指標，有經(jīng)驗地區(qū)可以據(jù)經(jīng)驗判定。液限和塑限：是綜合反映土的粒徑組成、礦物成份、土粒表面與水的物理化學作用等的兩項重要指標。一般塑限測定使用搓條法，液限采用碟式儀或圓錐儀入土深度10mm（17mm）為準。滲透試驗：用來測定土層的滲透系數(shù)。常水頭滲透試驗適用于砂土和碎石

11、(su sh)土等粗粒土，變水頭滲透試驗適用于粘性土。擊實試驗：可以獲得土的最優(yōu)含水量和最大干密度。固結試驗：可以獲得壓縮系數(shù)、壓縮模量、固結系數(shù)、先期固結壓力等指標。施加的最大壓力應為土的有效自重壓力與加在土層上的附加壓力之和。三軸試驗：根據(jù)加壓方式和排水條件的不同，可分為不固結不排水、固結不排水（測孔隙水壓力）、固結排水試驗，應根據(jù)工程要求采用不同的三軸試驗。動三軸試驗：用于判定土層在承受振動荷載時的性質。在判別土樣液化時，如土樣出現(xiàn)破裂，則可判定土樣液化。無側限抗壓強度試驗：主要適用飽和粘性土。對內摩擦角接近為零的飽和軟粘土，可用該強度代替自重壓力下的不固結不排水三軸試驗指標。 共四十三

12、頁1.7資料(zlio)整理與報告編寫 1.7.1資料(zlio)整理 及時編繪、檢查、校核外業(yè)資料隨時繪制地質剖面草圖，分析地質變化情況劃分巖土體單元采用數(shù)理統(tǒng)計方法進行整理分析巖土物理力學指標1.7.1勘察報告編寫 可行性研究階段勘察報告重點分析場地整體的穩(wěn)定性，評價可行性。初步勘察報告重點在于分別評價各區(qū)段的地質特點即建設適宜性，為初步設計方案提出建議及相應參數(shù)。詳細勘察應分別闡明各建筑物的工程地質條件，分析評價地基設計和地基處理等所需技術指標，對各種方案提出結論和建議。包括文字說明書、附圖、附表、測試成果表、附件等。共四十三頁2、海洋(hiyng)工程地質調查調查階段的劃分：調查設計書

13、編寫階段、外業(yè)調查實施階段、資料處理與測試分析階段、調查成果編制階段。設計書編寫時應盡量收集已有資料并經(jīng)主管部門批準。調查內容包括：工程地球物理調查、海底土的物理力學性質(xngzh)調查、區(qū)域地震安全性分析等。測線布置原則：按主測線在圖上1cm長取一測點值計算，主測線與檢測線交點數(shù)不少于調查區(qū)總點數(shù)的5；除多波束測深外，其它調查主測線應垂直于海底地形走向，檢測線與主測線垂直。共四十三頁2.1工程(gngchng)地球物理調查包括：導航定位(dngwi)、水深測量、側掃聲納調查、地層剖面探測、多道數(shù)字地震調查磁法調查等工作內容。 共四十三頁2.1.1導航(dohng)定位技術(jsh)要求：定

14、位方法采用實時差分GPS技術同一條作業(yè)船上，導航軟件應盡量滿足地球物理調查設備同步定位，并作好位置參數(shù)改正記錄定位準確度不大于10m坐標系采用WGS84坐標系統(tǒng)，根據(jù)需要也可采用其它系統(tǒng)；采用墨卡托投影，根據(jù)需要也可采用高斯可呂格投影及UTM投影工作前要求在已知點上進行GPS比測試驗。若采用WGS-84坐標系統(tǒng)，應在測區(qū)附近進行至少三個已知國家等級控制點的比測試驗，計算相應的坐標轉換參數(shù)共四十三頁2.1.1導航(dohng)定位作業(yè)(zuy)要求：GPS接收電線應安裝船上凈空條件好的部位差分GPS定位至少能同時接收四顆GPS衛(wèi)星的信號數(shù)據(jù)用于定位的衛(wèi)星仰角應大于5，PDOP值應小于5差分GPS

15、數(shù)據(jù)更新率不大于1次/秒調查船應提前上線，延時下線，勻速航行值班記錄詳細共四十三頁2.1.2水深測量(cling)技術(jsh)要求：測量準確度：水深不大于30m時，誤差小于0.3m；水深大于30m時，誤差小于實際水深的1；測線布設：單波束測深的主測線應垂直等深線方向，檢測線垂直于主測線，且其總長不少于主測線總長的5。多波束測深的主測線應平行等深線的主方向，檢測線垂直于主測線，全覆蓋水深測量時，保證相鄰測線間不少于10的重疊。深度基準面采用理論最低潮面，根據(jù)需要也可采用其它高程基準。名稱解釋：水位改正：由于潮汐現(xiàn)象，海面作周期性的升降運動，水深測量是在這個不斷升降的海面上進行的，測得的深度是由

16、瞬時海面起算的深度，為正確表示海底地貌就要把測得的深度化為從規(guī)定的深度基準面起算的深度，即水位改正。共四十三頁2.1.3側掃聲納(shngn)調查技術(jsh)要求：根據(jù)比例尺及海底復雜程度選擇合適的工作頻率和量程全覆蓋聲納測量時，相鄰兩測線的掃描重疊率不少于20側掃聲納系統(tǒng)應具有航速校正和斜距校正等功能模擬與數(shù)字記錄同時進行拖魚距海底的高度控制在掃描量程的1035，當水深較淺及在海底起伏較大時，拖魚距海底的高度可適當增大海底掃描圖像清晰漏測超過或等于3個定位記點、記錄聲圖無法正確判讀時，應進行補測。共四十三頁2.1.4地層剖面(pumin)探測技術(jsh)要求：根據(jù)調查任務需要選擇淺地層、

17、中地層或較深地層剖面探測淺地層剖面探測地層分辨率優(yōu)于0.3m，中地層剖面探測地層分辨率優(yōu)于1m，較深地層剖面探測地層分辨率優(yōu)于3m記錄剖面圖像清晰，沒有強噪聲干擾和圖像模糊、間斷等現(xiàn)象儀器設備：根據(jù)探測深度不同可分為：淺地層剖面儀、中地層剖面儀及較深地層剖面儀共四十三頁2.1.5多道數(shù)字地震(dzhn)調查技術(jsh)要求：道數(shù)不小于24道，道間距不大于25m，數(shù)據(jù)采樣率不大于1ms不正常工作道數(shù)低于4或低于4道，測線空廢炮率低于5監(jiān)視記錄的記時線應清晰，道跡均勻，氣槍同步信號和激發(fā)信號的斷點清楚，每條測線的首、尾炮及每隔40炮應顯示一套紙質監(jiān)測記錄測線布設盡量與其它地球物理測線一致，盡可能

18、通過已有鉆孔位置共四十三頁2.2海底(hi d)土的物理力學性質調查包括：工程地質取樣、工程地質鉆探、工程地質試驗等工作(gngzu)內容。 共四十三頁2.2.1工程地質取樣(qyng)技術(jsh)要求：取樣站位按網(wǎng)格狀布設，其間距見調查規(guī)范取樣設備及樣品質量等級一覽表取樣時應兩次定位，調查船到站和取樣器到達海底時各測定一次一次取樣樣品重量達不到要求時，應重復取樣，最多三次；樣品重量達不到要求的則視為空站，空站率不大于5%先測水深，再進行取樣；現(xiàn)場測試和編錄，填寫取樣記錄表；按規(guī)定數(shù)量采集樣品并按要求處理樣品共四十三頁2.2.1工程地質取樣(qyng)不同取樣(qyng)類型要求：表層取樣取

19、樣方法：粘性土表層取樣應采用箱式取樣器，其次為蚌式取樣器；底質為基巖或碎石的區(qū)域采用拖網(wǎng)取樣要求：樣品數(shù)量不小于1kg；箱式取樣深度不小于30cm，達不到者作為擾動樣箱式取樣器到達甲板后，在箱體內插管取原狀樣柱狀取樣取樣方法：柱狀取樣以重力取樣為主，振動取樣輔之取樣要求：柱狀樣長度對軟底質不小于3m，中等底質1m3m，硬底質不小于0.5m；硬底質區(qū)采用振動取樣方法，樣品長度不小于2m；樣品直徑不小于72mm；取樣管內應放塑料襯管共四十三頁2.2.1工程地質取樣(qyng)現(xiàn)場(xinchng)編錄和樣品處理要求：一般要求：樣品取出后立即進行現(xiàn)場編錄；現(xiàn)場編錄采用表格，一律用2H/H鉛筆填寫；對

20、樣品進行照相等現(xiàn)場編錄內容包括：顏色和氣味；狀態(tài)和粘性；物質組成；結構構造；土類名稱等樣品處理要求：擾動樣裝入樣品袋，再套2層3層塑料袋密封，塑料袋之間放樣品標簽；柱狀樣品按3050cm間距截取，樣品兩端加密封蓋，然后用膠帶顫裹并蠟封，自上而下編號和標記，按上下直立狀態(tài)裝入專用樣品箱，嚴禁倒放或平放；箱式插管原狀樣處理與柱狀樣相同；樣品應妥善裝箱，之間充填緩沖材料，箱面標注“此面向上、防撞”等字樣；樣品標注項目名稱、海區(qū)、站位、樣品編號、取樣時間、取樣深度及上、下端等共四十三頁2.2.2工程地質鉆探(zuntn)基本(jbn)要求：實際鉆探孔位與設計孔位距離圖面上小于0.5mm開鉆前及終孔后均

21、進行水深測量，并做潮位改正，鉆進時每回次量測水深，以校正孔深鉆孔要求全取芯，巖芯直徑不小于72mm巖芯采取率：粘性土不低于80，砂性土不低于60，風化破碎帶不低于50，基巖不低于70進尺30m及終孔時應進行孔深校正，孔深誤差小于0.3，孔斜小于1共四十三頁2.2.3工程地質試驗(shyn)包括：現(xiàn)場(xinchng)測試、原位測試、室內土工試驗等工作內容。 現(xiàn)場測試主要指微型十字板剪切、微型貫入、含水率及密度試驗等；原位測試主要包括標準貫入試驗（SPT)、靜力觸探試驗（CPT)、原位十字板測試等；室內土工試驗（略）。 共四十三頁2.2.3工程地質試驗(shyn)現(xiàn)場測試主要(zhyo)技術要求

22、：樣品取上后，首先進行肉眼鑒定和描述，然后在截取的巖芯樣段的頂、底部或箱式原裝樣中間部位，進行微型十字板剪切和微型貫入試驗現(xiàn)場進行樣品的含水率及密度試驗參照土工試驗方法標準。測試應避開試樣中的硬質包含物和裂隙部位根據(jù)土質的軟硬程度，選取不同類型的測頭和不同測力范圍的儀器共四十三頁2.2.3工程地質試驗(shyn)微型(wixng)貫入試驗要求：貫入時應避開試樣中的硬質包含物和裂隙部位；貫入點與試樣邊緣之間的距離和平行試驗貫入點之間的距離應不小于3倍測頭直徑；測頭應勻速地壓入土中至測頭上刻劃線與土面接觸為止。壓入時測桿與土樣應垂直；平行試驗不小于3次，剔除偏差較大的值后，取其平均值，作為測試結果

23、。微型十字板試驗要求：該試驗適用于均質飽和軟粘土，試驗操作應按下列要求進行：測試前檢查儀器是否正常；用切土刀修平被測土樣表面，將剪力板垂直插入被測土樣至剪力板翼片的高度；將指針撥至零點，以1圈/分鐘的速度勻速旋轉剪力儀的扭筒，直至樣品被剪斷，若樣品剪切強度超過儀器量程則試驗結束。共四十三頁2.2.3工程地質試驗(shyn) 標準貫入試驗(shyn)（SPT)、靜力觸探試驗（CPT)、原位十字板測試等技術要求（略）共四十三頁2.3區(qū)域(qy)地震安全性分析包括：地震構造評價、地震活動性分析、地震烈度與地震動衰減關系確定、潛在(qinzi)震源區(qū)劃分、地震活動性參數(shù)確定、地震危險性概率分析及地震區(qū)

24、劃等內容。 (注：針對性建設工程項目，根據(jù)建設工程規(guī)模的不同，需由具相應地震安評資質的單位進行。）共四十三頁2.3.1基本概念 地震構造：與地震孕育和發(fā)生有關的地質構造。潛在震源區(qū)：未來可能發(fā)生破壞性地震的地區(qū)。地震動參數(shù)：表征地震引起的地面運動(yndng)的物理參數(shù)，包括峰值、反應譜和持續(xù)時間等。超越概率：在一定時期內，工程場地可能遭遇大于或等于給定的地震烈度值或地震動參數(shù)值的概率。本底地震：一定地區(qū)內沒有明顯構造標志的最大地震。2.3.2地震構造(guzo)評價 根據(jù)規(guī)定的范圍，對區(qū)域 地震構造環(huán)境進行綜合評價，確定不同震級的具體地震構造條件等。2.3.3地震活動性分析 按規(guī)定編制地震目

25、錄、震中分布圖及進行地震活動時空特征分析等。共四十三頁2.3.4地震烈度(dzhn lid)與地震動衰減關系確定 應依據(jù)工作區(qū)的地震烈度(dzhn lid)衰減關系以及參考區(qū)的地震烈度(dzhn lid)和地震動衰減關系，換算與確定工作區(qū)的地震動衰減關系。2.3.5潛在震源區(qū)劃分 根據(jù)震源區(qū)劃分標志及區(qū)域地震構造環(huán)境評價結果，按規(guī)定步驟劃分潛在震源區(qū)。2.3.6地震活動性參數(shù)確定 根據(jù)規(guī)定的原則確定地震帶、潛在震源區(qū)及本底地震的地震活動性參數(shù)。2.3.7地震危險性概率分析 根據(jù)相關公式計算場點地震烈度或地震動參數(shù)的年超越概率，進行地震危險性概率計算的不確定性校正。共四十三頁2.3.8地震(dz

26、hn)區(qū)劃 基本規(guī)定依據(jù)地震危險性概率分析結果及海底土性質編制地震區(qū)劃圖；地震區(qū)劃圖可用地震烈度或地震動參數(shù)確定；計算網(wǎng)格(wn )場點間距不大于地理經(jīng)緯度0.05。地震區(qū)劃表述地震烈度區(qū)劃圖以整度分區(qū)；用超越概率水平表述，據(jù)工程要求確定，50年超越概率10的地震烈度為基本烈度；地震動區(qū)劃圖用超越概率水平的等值線分區(qū)表述，數(shù)值以不大于50的速率遞增。地震區(qū)劃分區(qū)界限確定需考慮：考慮潛在震源區(qū)和地震活動性參數(shù)的可變范圍及其對地震區(qū)劃結果的影響；地形地貌差異及可能影響。地震烈度或地震動參數(shù)的準確度。共四十三頁2.4海洋工程地質調查(dio ch)成果包括(boku)：資料匯編、系列圖件及調查報告三部分。 共四十三頁2.4.1資料匯編基本(jbn)要求：數(shù)據(jù)準確，資料齊全；分門別類、先表后圖，并做簡要說明；圖表均應注明編制者、校對者、審核者，圖表編制時間(shjin)；成果形式：電子文件和紙質文件?；緝热荩涸O計測線、站位和實際測線站位；試驗成果圖表；鉆孔與柱狀巖芯工程地