土力學(xué) 巖土工程勘察

第六章巖土工程勘察了解工程地質(zhì)勘察目的；清楚工程地質(zhì)勘察各階段內(nèi)容；了解工程地質(zhì)勘察方法；能正確閱讀與使用工程地質(zhì)勘察報(bào)告。學(xué)習(xí)要點(diǎn)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(shè)工程的要求，利用必要的工程技術(shù)措施，查明、分析、評價(jià)建設(shè)場地的地質(zhì)、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(shè)的前期準(zhǔn)備工作，為工程建設(shè)制定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理和有明顯綜合效益的設(shè)計(jì)與施工方案。第一節(jié)概述1．地質(zhì)作用及地質(zhì)年代

一、工程地質(zhì)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(zhì)演化階段：40億年有巖石記錄以來地質(zhì)歷史時(shí)期：地球形成-更新世（46億年前-1萬年前）地質(zhì)作用：由自然動力引起地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地表形態(tài)變化與發(fā)展的作用。舉例：地震作用地質(zhì)作用的能量來源1.來自地球內(nèi)部的能量（內(nèi)能）地球旋轉(zhuǎn)能、重力能、地?zé)崮?、結(jié)晶能和化學(xué)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(zhì)作用分為兩種基本的類型：內(nèi)動力地質(zhì)作用外動力地質(zhì)作用

地質(zhì)作用的分類內(nèi)動力地質(zhì)作用：由地球內(nèi)能引起的巖石圈乃至地球物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)變化與發(fā)展的作用內(nèi)動力地質(zhì)作用的類型：構(gòu)造運(yùn)動地震作用巖漿作用變質(zhì)作用外動力地質(zhì)作用：由地球外能引起的地殼表層形態(tài)和物質(zhì)成分變化的作用外動力地質(zhì)作用的類型：風(fēng)化作用剝蝕作用搬運(yùn)作用沉積作用成巖作用地質(zhì)作用之間的聯(lián)系巖漿作用構(gòu)造運(yùn)動地震作用變質(zhì)作用板塊俯沖帶地表環(huán)境風(fēng)化、剝蝕作用搬運(yùn)作用沉積作用成巖作用地質(zhì)年代：地質(zhì)事件形成的時(shí)代和順序

相對地質(zhì)時(shí)代：地質(zhì)事件發(fā)生的先后順序

絕對地質(zhì)時(shí)代：地質(zhì)事件發(fā)生的確切時(shí)間（單位Ma）相對地質(zhì)年代的確定方法相對地質(zhì)時(shí)代：地質(zhì)事件發(fā)生的先后順序相對地質(zhì)年代的確定方法地層學(xué)方法：地層層序律古生物學(xué)方法：化石層序律構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法：地質(zhì)體切割律絕對地質(zhì)年代的確定方法同位素：具有相同質(zhì)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(gè)位置例：Pb有4個(gè)同位素，204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，這4個(gè)同位素都有82個(gè)質(zhì)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(jì)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(shí)例：原子彈爆炸地質(zhì)年代單位：宙代紀(jì)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(jì)（?）,奧陶紀(jì)（O）,志留紀(jì)（S）

晚古生代-泥盆紀(jì)（D）,石炭紀(jì)（C）,二疊紀(jì)（P）

中生代-三疊紀(jì)（T）,侏羅紀(jì)（J）,白堊紀(jì)（K）

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

顯生宙新生代(Kz)

第四紀(jì)(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(jì)(N)上新世(N2)5.3哺乳動物中新世(N1)23.0古近紀(jì)(E)漸新世(E3)33.9始新世(E2)56古新世(E1)66中生代(Mz)白堊紀(jì)(K)早,晚白堊世145爬行動物裸子植物侏羅紀(jì)(J)早,中,晚侏羅世201三疊紀(jì)(T)早,中,晚三疊世252古生代Pz2二疊紀(jì)(P)早,中,晚二疊世299兩棲動物石炭紀(jì)(C)早,晚石炭世359蕨類泥盆紀(jì)(D)早,中,晚泥盆世419魚類Pz1志留紀(jì)(S)始,早,中,晚志留世443無脊椎動物硬殼動物裸蕨奧陶紀(jì)(O)早,中,晚奧陶世485寒武紀(jì)(∈)始,早,中,晚寒武世541藻類菌類元古宙新元古代震旦紀(jì),青白口紀(jì)1000裸露動物中元古代薊縣紀(jì),長城紀(jì)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(zhì)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(shí)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(shí)代，包括六個(gè)紀(jì)寒武紀(jì)：“寒武”是英國威爾士的古稱，在威爾士研究的最早；奧陶紀(jì)：“奧陶”英國威爾士的一個(gè)古代民族的名稱；志留紀(jì)：“志留”是英國威爾士邊境的一個(gè)古代部族的名稱；泥盆紀(jì)：在英格蘭泥盆郡研究最早；石炭紀(jì)：地層中富含煤層，創(chuàng)名于英國；二疊紀(jì)：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(shí)代，分為三個(gè)紀(jì)三疊紀(jì)：該地層在德國南部研究最早，地層具明顯三分性；侏羅紀(jì)：在法國與瑞士的交界的侏羅山研究最早；白堊紀(jì)：最早發(fā)現(xiàn)于英吉利海峽北岸，產(chǎn)出白色的細(xì)粒碳酸鈣，拉

丁文稱為Creta，意為白堊；新生代：近代生物時(shí)代，包括古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)第三紀(jì)、第四紀(jì)的起源于18世紀(jì)歐洲地質(zhì)學(xué)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(zhì)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(zhì)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(xué)和物理作用產(chǎn)生的溝槽、裂痕和空洞，以及由于空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等特殊的地貌形態(tài)和水文地質(zhì)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(zhì)現(xiàn)象?；碌臋C(jī)制是某一滑移面上剪應(yīng)力超過了該面的抗剪強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(yùn)動而形成崩塌，是山丘地區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害類型之一。危巖體的孕育過程是漸進(jìn)的，直到失穩(wěn)發(fā)展成崩塌時(shí)才具有突發(fā)性，潛在危險(xiǎn)嚴(yán)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(yán)重災(zāi)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(gè)巨大的危巖體,時(shí)刻威脅長江航運(yùn)安全,一旦崩落將造成巨大破壞。為此,國家專門撥款進(jìn)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(xiǎn)峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯辍⒈┭┗蚱渌匀粸?zāi)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(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。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(zhì)運(yùn)動在地表下面產(chǎn)生的"空洞"，采空區(qū)的存在使得礦山的安全生產(chǎn)面臨很大的安全問題，人員與機(jī)械設(shè)備都可能掉入采空區(qū)內(nèi)部受到傷害。

2011年2月13清晨6時(shí)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(chǎn)、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(gè)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(gè)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(jì)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(qiáng)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(qiáng)堿性水（PH＞9）第二節(jié)巖土工程勘察的目的與內(nèi)容使用各種手段與方法，取得建筑用地的工程地質(zhì)資料，為工程設(shè)計(jì)與施工提供可靠和充分的依據(jù)，提高設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量?；A(chǔ)資料勘察所需建筑功能特點(diǎn)與荷載情況；擬設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)類型；擬設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)形式；基礎(chǔ)埋深與變形要求。

一、工程地質(zhì)勘察的目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地質(zhì)勘探建筑施工二、工程地質(zhì)勘察階段與內(nèi)容1.可行性研究勘察（選址勘察或規(guī)劃勘察）作用：內(nèi)容：勘察階段的確定應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)、施工階段內(nèi)容同步，小型工程各階段可合并進(jìn)行。評價(jià)擬建場址的穩(wěn)定性與適宜性，必要時(shí)進(jìn)行方案評價(jià)與比較，對方案的建設(shè)可能性作出初步評估。收集地質(zhì)、地形地貌、地震、礦產(chǎn)和當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)等資料。2.初步勘察作用：內(nèi)容：初步查明地層構(gòu)造、巖石與土的物理力學(xué)性質(zhì)，并考慮基礎(chǔ)方案；初步查明不良地質(zhì)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(bǔ)給、水位、侵蝕性及對工程的影響。評價(jià)建筑場地的穩(wěn)定性，為確定建筑總平面布置、地基基礎(chǔ)方案確定，防治不良地質(zhì)現(xiàn)象提供資料。3.詳細(xì)勘察（建筑平面定點(diǎn)定位）作用：內(nèi)容：搜集地形圖（建筑規(guī)劃）資料，建筑設(shè)計(jì)資料；查明不良地質(zhì)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(zhì)、變形、承載力；查明地下水特性。提供詳細(xì)的巖土工程資料與評價(jià)，為工程方案確定與技術(shù)設(shè)計(jì)提出建議。4.施工勘察作用：內(nèi)容：重要建筑復(fù)雜地基進(jìn)行施工勘察；基槽開挖后地質(zhì)條件與原勘察不符；深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工中需進(jìn)行地基觀測；不良地質(zhì)現(xiàn)象需進(jìn)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(zhì)問題。第三節(jié)工程地質(zhì)勘察方法槽探與井探作用：了解構(gòu)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(zhì)條件復(fù)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(shè)備進(jìn)行鉆孔勘探以獲得地質(zhì)資料，應(yīng)用廣泛。確定、劃分地層，觀測地下水位；進(jìn)行原位測試，取原壯土樣試驗(yàn)；獲取土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。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(zhuǎn)鉆鉆進(jìn)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(zhuǎn)振動鉆粉土砂土（不能直觀鑒別）回轉(zhuǎn)鉆探試驗(yàn)鉆桿鉆機(jī)鉆頭鉆架操縱室鉆孔布置：一般分技術(shù)孔和鑒別孔兩類。在技術(shù)孔中按不同的土層和深度采取原狀土樣或進(jìn)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(xué)性質(zhì)指標(biāo)。(與鉆探結(jié)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(biāo)。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(cè)靜力觸探試驗(yàn)探頭電測裝置靜力加壓裝置作用：動力觸探試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)慣入器30cm錘重：63.5kN落距：760mm重型圓錐動力觸探：一定質(zhì)量穿心錘自一定高度自由下落，將觸探頭貫入土層內(nèi)一定深度，以相應(yīng)錘擊數(shù)判明土的性質(zhì)。輕型：10、50、30中型：28、80、10重型：63.5、76、10標(biāo)準(zhǔn)：63.5、76、30錘重、落距、貫入度試驗(yàn)參數(shù)取樣取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)是確定巖土物理力學(xué)性質(zhì)手段之一。取樣的鉆探方法和取土設(shè)備，將不同程度地影響試樣的質(zhì)量。鑒于不同試驗(yàn)項(xiàng)目對土樣擾動的敏感程度的不同，可以針對不同的試驗(yàn)?zāi)康膩韯澐衷嚇拥馁|(zhì)量等級。試樣質(zhì)量可根據(jù)試樣被擾動的程度分為四個(gè)級別。級別擾動程度試驗(yàn)內(nèi)容Ⅰ不擾動土類定名，含水率，密度，強(qiáng)度試驗(yàn)，固結(jié)試驗(yàn)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(zhì)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(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)問題。（物理特性：導(dǎo)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(diǎn)、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(shè)物探點(diǎn)，修正和補(bǔ)充鉆孔成果。作用：第四節(jié)工程地質(zhì)勘察報(bào)告一、工程地質(zhì)勘察報(bào)告的編制勘察成果表現(xiàn)形式：勘察報(bào)告文字任務(wù)、概況、方法、巖土構(gòu)造與物理力學(xué)性質(zhì)、承載力，工程評價(jià)與建議。圖表勘探點(diǎn)平面布置圖；地質(zhì)柱狀圖、剖面圖；原位測試成果圖表；室內(nèi)試驗(yàn)成果圖表；其它必要的綜合分析圖等（地下水位線、工程計(jì)算圖等）。要求成果應(yīng)完整、準(zhǔn)確、清晰、有據(jù)、合理、針對性。二、工程地質(zhì)勘察報(bào)告的閱讀與使用工程地質(zhì)條件與擬建建筑結(jié)合考慮，用相對觀點(diǎn)評價(jià)；利用有利的工程地質(zhì)條件。建筑場地穩(wěn)定性評價(jià)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(zhì)現(xiàn)象影響程度采取措施工程適宜性考慮環(huán)境效應(yīng)持力層選擇地質(zhì)條件持力層上部承載力大、淺埋，亦可做地基加固處理。造價(jià)安全施工基礎(chǔ)形式?事先預(yù)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(yīng)的預(yù)防與整治措施。三、工程地質(zhì)勘察報(bào)告示例P135實(shí)例淺埋?深埋?第五節(jié)基槽檢驗(yàn)與地基局部處理驗(yàn)槽是工程地質(zhì)勘探工作的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，基槽挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)會同甲方、施工、監(jiān)理、勘察、設(shè)計(jì)等五部門進(jìn)行驗(yàn)槽，方可繼續(xù)施工。驗(yàn)槽目的：檢驗(yàn)勘察成果與結(jié)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(bào)告中遺留問題，進(jìn)一步勘察、設(shè)計(jì)。一、基槽檢驗(yàn)（驗(yàn)槽）驗(yàn)槽方法與內(nèi)容：1.觀察驗(yàn)槽：基底是否挖至設(shè)計(jì)要求土層；持力層土質(zhì)與勘察報(bào)告是否相同；發(fā)現(xiàn)是否有不良地質(zhì)現(xiàn)象（古井、墳穴、河道等）。要求：開挖后及時(shí)驗(yàn)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