土力學 巖土工程勘察

第六章巖土工程勘察了解工程地質勘察目的；清楚工程地質勘察各階段內容；了解工程地質勘察方法；能正確閱讀與使用工程地質勘察報告。學習要點建筑場地：指建筑物所處的有限面積的土地。巖土工程勘察：根據(jù)建設工程的要求，利用必要的工程技術措施，查明、分析、評價建設場地的地質、環(huán)境特征和巖土工程條件，編制勘察文件的活動。巖土工程勘察是工程建設的前期準備工作，為工程建設制定技術可行、經(jīng)濟合理和有明顯綜合效益的設計與施工方案。第一節(jié)概述1．地質作用及地質年代

一、工程地質基本知識地球的演化階段地球的年齡：46億年天文演化階段：46-40億年，無生命，冥古宙地質演化階段：40億年有巖石記錄以來地質歷史時期：地球形成-更新世（46億年前-1萬年前）地質作用：由自然動力引起地球的物質組成、內部結構、構造和地表形態(tài)變化與發(fā)展的作用。舉例：地震作用地質作用的能量來源1.來自地球內部的能量（內能）地球旋轉能、重力能、地熱能、結晶能和化學能2.來自地球外部的能量（外能）太陽輻射能、日月引力能和生物能根據(jù)能量來源，可將地質作用分為兩種基本的類型：內動力地質作用外動力地質作用

地質作用的分類內動力地質作用：由地球內能引起的巖石圈乃至地球物質組成、內部結構和地表形態(tài)變化與發(fā)展的作用內動力地質作用的類型：構造運動地震作用巖漿作用變質作用外動力地質作用：由地球外能引起的地殼表層形態(tài)和物質成分變化的作用外動力地質作用的類型：風化作用剝蝕作用搬運作用沉積作用成巖作用地質作用之間的聯(lián)系巖漿作用構造運動地震作用變質作用板塊俯沖帶地表環(huán)境風化、剝蝕作用搬運作用沉積作用成巖作用地質年代：地質事件形成的時代和順序

相對地質時代：地質事件發(fā)生的先后順序

絕對地質時代：地質事件發(fā)生的確切時間（單位Ma）相對地質年代的確定方法相對地質時代：地質事件發(fā)生的先后順序相對地質年代的確定方法地層學方法：地層層序律古生物學方法：化石層序律構造地質學方法：地質體切割律絕對地質年代的確定方法同位素：具有相同質子數(shù)和不同中子數(shù)的一組核素，在元素周期表中占據(jù)同一個位置例：Pb有4個同位素，204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，這4個同位素都有82個質子，因而它們都位于元素周期表第6周期第ⅣA族，但具有不同的中子數(shù)穩(wěn)定同位素：原子核穩(wěn)定，不自發(fā)地衰變或衰變期長，原子核的變化不能被察覺或可忽略不計放射性同位素：原子核不穩(wěn)定，能以一定方式自發(fā)衰變形成其它核素，衰變形成的同位素叫放射成因同位素（1）放射性同位素衰變簡介母同位素子同位素半衰期(億年)定年范圍定年材料238U206Pb451Ma-4.6Ba鋯石40K40Ar1350,000a-4.6Ba黑云母，白云母，角閃石，鉀長石或全巖87Rb87Sr47010Ma-4.6Ba黑云母，白云母，鉀長石或全巖14C14N5730年100a-70,000a木材,木炭,泥炭,骨頭,牙齒,貝殼,碳酸鹽常用同位素體系的半衰期放射性同位素衰變實例：原子彈爆炸地質年代單位：宙代紀世宙-冥古宙,太古宙,元古宙和顯生宙

顯生宙-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-寒武紀（?）,奧陶紀（O）,志留紀（S）

晚古生代-泥盆紀（D）,石炭紀（C）,二疊紀（P）

中生代-三疊紀（T）,侏羅紀（J）,白堊紀（K）

新生代-古近紀（E）,新近紀（N）,第四紀（Q）地質年代的劃分地質年代表地質時代年齡(Ma)生物演化階段宙代紀世動物植物

顯生宙新生代(Kz)

第四紀(Q)全新世，更新世2.58人類無脊椎動物繼續(xù)演化被子植物新近紀(N)上新世(N2)5.3哺乳動物中新世(N1)23.0古近紀(E)漸新世(E3)33.9始新世(E2)56古新世(E1)66中生代(Mz)白堊紀(K)早,晚白堊世145爬行動物裸子植物侏羅紀(J)早,中,晚侏羅世201三疊紀(T)早,中,晚三疊世252古生代Pz2二疊紀(P)早,中,晚二疊世299兩棲動物石炭紀(C)早,晚石炭世359蕨類泥盆紀(D)早,中,晚泥盆世419魚類Pz1志留紀(S)始,早,中,晚志留世443無脊椎動物硬殼動物裸蕨奧陶紀(O)早,中,晚奧陶世485寒武紀(∈)始,早,中,晚寒武世541藻類菌類元古宙新元古代震旦紀,青白口紀1000裸露動物中元古代薊縣紀,長城紀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生命出現(xiàn)始太古代

4000冥古宙(Hd)4600地質年代的特征及由來冥古宙：最早巖石和生命出現(xiàn)之前的時期；太古宙：原始生命出現(xiàn)及生物演化的初級階段；元古宙：早期原始生命，菌藻類；古生代：“古老生物”時代，包括六個紀寒武紀：“寒武”是英國威爾士的古稱，在威爾士研究的最早；奧陶紀：“奧陶”英國威爾士的一個古代民族的名稱；志留紀：“志留”是英國威爾士邊境的一個古代部族的名稱；泥盆紀：在英格蘭泥盆郡研究最早；石炭紀：地層中富含煤層，創(chuàng)名于英國；二疊紀：最早研究于烏拉爾山，具有明顯的二分性；中生代：“中期生物”時代，分為三個紀三疊紀：該地層在德國南部研究最早，地層具明顯三分性；侏羅紀：在法國與瑞士的交界的侏羅山研究最早；白堊紀：最早發(fā)現(xiàn)于英吉利海峽北岸，產出白色的細粒碳酸鈣，拉

丁文稱為Creta，意為白堊；新生代：近代生物時代，包括古近紀、新近紀和第四紀第三紀、第四紀的起源于18世紀歐洲地質學家對地層系統(tǒng)的劃分2．地形和地貌地形：是指地球表面的形態(tài)特征，比如高低起伏、坡度大小和空間分布等。地貌：地質作用形成了現(xiàn)在地殼表面起伏不平，即高山、丘陵、平原、湖泊、盆地和海洋盆地等千差萬別、豐富多彩的地球外貌。二、常見的不良地質作用

1．巖溶

巖溶又稱喀斯特，它是指可溶性巖層（如石灰?guī)r、石膏、巖鹽等）受水的化學和物理作用產生的溝槽、裂痕和空洞，以及由于空洞頂板塌落使地表產生陷穴、洼地等特殊的地貌形態(tài)和水文地質現(xiàn)象的總稱。

滑坡是斜坡巖土體沿著慣通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移地質現(xiàn)象。滑坡的機制是某一滑移面上剪應力超過了該面的抗剪強度所致。2．滑坡3．危巖體和崩塌

危巖體是指位于陡崖或陡坡上被巖體結構面切割且穩(wěn)定性較差的巖石塊體。危巖一般存在于高陡邊坡及陡崖上，其失穩(wěn)、運動而形成崩塌，是山丘地區(qū)常見的地質災害類型之一。危巖體的孕育過程是漸進的，直到失穩(wěn)發(fā)展成崩塌時才具有突發(fā)性，潛在危險嚴重。如位于長江西陵峽西段兵書寶劍峽出口處的鏈子崖危巖體,是一處典型的危巖體,它與對岸的新灘滑坡隔江對峙,成為扼守長江峽谷的咽喉,歷史上曾發(fā)生多次大規(guī)模的崩滑,造成堵江斷航的嚴重災害。在緊臨江邊的鏈子崖峭壁上,由數(shù)十條裂隙切割形成了三個巨大的危巖體,時刻威脅長江航運安全,一旦崩落將造成巨大破壞。為此,國家專門撥款進行了治理加固。4．泥石流

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區(qū)，因為暴雨、暴雪或其他自然災害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質容量大和破壞力強等特點。甘肅舟曲泥石流5．采空區(qū)

采空區(qū)是由人為挖掘或者天然地質運動在地表下面產生的"空洞"，采空區(qū)的存在使得礦山的安全生產面臨很大的安全問題，人員與機械設備都可能掉入采空區(qū)內部受到傷害。

2011年2月13清晨6時40分許，鄂州市汀祖鎮(zhèn)丁坳村大銅坑礦區(qū)忽然發(fā)生地表大塌陷，形成了大約5200平方米的大深坑。因礦區(qū)停產、工人回家過年未歸，故此次塌陷未造成人員傷亡。據(jù)專家分析，該塌陷系采空區(qū)塌陷。三、地下水

地下水是指貯存于地面以下巖石空隙中的這種狀態(tài)的水，狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。分類包氣帶水潛水承壓水包氣帶水：指地表面與潛水面之間的非飽和帶中的地下水潛水：指地表以下，第一個穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的地下水承壓水：指的地下水充滿于上下兩個隔水層之間的承受有靜水壓力的地下水，且不易受地面污染如山東濟南的承壓斜地，地下水通過近20m厚的第四系覆蓋層出露地表面成為泉，如趵突泉、珍珠泉等泉群。2．地下水的腐蝕性根據(jù)地下水的酸堿程度不同，把地下水分為：強酸性水（PH＜5）弱酸性水（PH為5~7）中性水（PH=7）弱堿性水（PH為7~9）強堿性水（PH＞9）第二節(jié)巖土工程勘察的目的與內容使用各種手段與方法，取得建筑用地的工程地質資料，為工程設計與施工提供可靠和充分的依據(jù)，提高設計與施工質量?；A資料勘察所需建筑功能特點與荷載情況；擬設計的結構類型；擬設計的基礎形式；基礎埋深與變形要求。

一、工程地質勘察的目的結構設計地質勘探建筑施工二、工程地質勘察階段與內容1.可行性研究勘察（選址勘察或規(guī)劃勘察）作用：內容：勘察階段的確定應與建筑設計、施工階段內容同步，小型工程各階段可合并進行。評價擬建場址的穩(wěn)定性與適宜性，必要時進行方案評價與比較，對方案的建設可能性作出初步評估。收集地質、地形地貌、地震、礦產和當?shù)亟ㄖ?jīng)驗等資料。2.初步勘察作用：內容：初步查明地層構造、巖石與土的物理力學性質，并考慮基礎方案；初步查明不良地質現(xiàn)象成因與分布影響程度與發(fā)展趨勢；初步查明地下水埋藏類型、補給、水位、侵蝕性及對工程的影響。評價建筑場地的穩(wěn)定性，為確定建筑總平面布置、地基基礎方案確定，防治不良地質現(xiàn)象提供資料。3.詳細勘察（建筑平面定點定位）作用：內容：搜集地形圖（建筑規(guī)劃）資料，建筑設計資料；查明不良地質作用類型、成因、分布、影響、發(fā)展趨勢及整治方案；巖土層分布、性質、變形、承載力；查明地下水特性。提供詳細的巖土工程資料與評價，為工程方案確定與技術設計提出建議。4.施工勘察作用：內容：重要建筑復雜地基進行施工勘察；基槽開挖后地質條件與原勘察不符；深基礎設計施工中需進行地基觀測；不良地質現(xiàn)象需進一步查明與處理；施工中出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)，需觀測處理。解決工程施工中的工程地質問題。第三節(jié)工程地質勘察方法槽探與井探作用：了解構造線、破碎帶寬度；直觀巖土特性與分層；取原壯土樣。適用：地質條件復雜地區(qū)探井1~2m1.5~2m3~4m≥10m巖土分層面探槽（坑）鉆探即采用鉆探設備進行鉆孔勘探以獲得地質資料，應用廣泛。確定、劃分地層，觀測地下水位；進行原位測試，取原壯土樣試驗；獲取土的物理、力學性質指標。螺旋鉆：黏土（可取原壯土樣）無巖芯鉆：粘、粉、砂土、巖石巖芯鉆：粘、粉、砂土、巖石，直觀鑒別?；剞D鉆鉆進方法與適用范圍：作用：沖擊鉆沖擊鉆：砂土、碎石土（不能直觀鑒別）錘擊鉆：粘、粉、砂土（可取原壯土樣）振動鉆粘土粉土砂土回轉振動鉆粉土砂土（不能直觀鑒別）回轉鉆探試驗鉆桿鉆機鉆頭鉆架操縱室鉆孔布置：一般分技術孔和鑒別孔兩類。在技術孔中按不同的土層和深度采取原狀土樣或進行原位測試。觸探通過探桿用靜力或動力將金屬探頭貫入土中，現(xiàn)場原位測試阻力，確定土力學性質指標。(與鉆探結合用)劃分地層，了解土層均勻性；確定地基土承載力、變形指標。方法：靜力觸探：用靜力加壓裝置將探桿上帶有電測裝置的觸探頭壓入土中，測其所受阻力。單橋頭：樁尖阻力雙橋頭：樁尖樁側靜力觸探試驗探頭電測裝置靜力加壓裝置作用：動力觸探試驗標準慣入器30cm錘重：63.5kN落距：760mm重型圓錐動力觸探：一定質量穿心錘自一定高度自由下落，將觸探頭貫入土層內一定深度，以相應錘擊數(shù)判明土的性質。輕型：10、50、30中型：28、80、10重型：63.5、76、10標準：63.5、76、30錘重、落距、貫入度試驗參數(shù)取樣取樣進行室內土工試驗是確定巖土物理力學性質手段之一。取樣的鉆探方法和取土設備，將不同程度地影響試樣的質量。鑒于不同試驗項目對土樣擾動的敏感程度的不同，可以針對不同的試驗目的來劃分試樣的質量等級。試樣質量可根據(jù)試樣被擾動的程度分為四個級別。級別擾動程度試驗內容Ⅰ不擾動土類定名，含水率，密度，強度試驗，固結試驗Ⅱ輕微擾動土類定名，含水率，密度Ⅲ顯著擾動土類定名，含水率Ⅳ完全擾動土類定名，含水率表6-3土試樣質量等級地球物理勘探簡稱物探，即用地球物理的方法來探測地層巖性、地質構造等地質問題。（物理特性：導電性、磁性、彈性、濕度、密度、天然放射性等）方法：電法勘探：地震勘探：重力勘探：磁法勘探：聲波探測：鉆探前了解隱蔽的地界線、界面或異常點、異常帶等以便合理制定鉆探方案；用做鉆探輔助手段，在鉆孔間設物探點，修正和補充鉆孔成果。作用：第四節(jié)工程地質勘察報告一、工程地質勘察報告的編制勘察成果表現(xiàn)形式：勘察報告文字任務、概況、方法、巖土構造與物理力學性質、承載力，工程評價與建議。圖表勘探點平面布置圖；地質柱狀圖、剖面圖；原位測試成果圖表；室內試驗成果圖表；其它必要的綜合分析圖等（地下水位線、工程計算圖等）。要求成果應完整、準確、清晰、有據(jù)、合理、針對性。二、工程地質勘察報告的閱讀與使用工程地質條件與擬建建筑結合考慮，用相對觀點評價；利用有利的工程地質條件。建筑場地穩(wěn)定性評價區(qū)域穩(wěn)定性場地穩(wěn)定性地基承載力與地基變形問題不良地質現(xiàn)象影響程度采取措施工程適宜性考慮環(huán)境效應持力層選擇地質條件持力層上部承載力大、淺埋，亦可做地基加固處理。造價安全施工基礎形式?事先預測建筑物施工與使用過程中可能出現(xiàn)的巖土工程問題與環(huán)境問題，提出相應的預防與整治措施。三、工程地質勘察報告示例P135實例淺埋?深埋?第五節(jié)基槽檢驗與地基局部處理驗槽是工程地質勘探工作的最后一個環(huán)節(jié)，基槽挖至設計標高后，應會同甲方、施工、監(jiān)理、勘察、設計等五部門進行驗槽，方可繼續(xù)施工。驗槽目的：檢驗勘察成果與結論建議是否正確；掌握一手資料，對異常情況提出處理意見；解決報告中遺留問題，進一步勘察、設計。一、基槽檢驗（驗槽）驗槽方法與內容：1.觀察驗槽：基底是否挖至設計要求土層；持力層土質與勘察報告是否相同；發(fā)現(xiàn)是否有不良地質現(xiàn)象（古井、墳穴、河道等）。要求：開挖后及時驗槽，防止基槽擾動與破壞。2.釬探：將一定長度鋼釬打入槽底土層中，依每打入300mm深錘擊