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1、第四讲 岩土工程勘探与取样技术,岩土工程测试 原理及技术 讲义,岩土工程实践是在地壳表层某一深度范围内进行的，因此必须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。 岩土工程勘探的实质，就是需要了解基础或地下建筑结构及其周围在影响范围内的岩土体的岩土分布及其物理力学性质。 岩土工程勘察规范(GB50021-2001)第9.1.1条：当需查明岩土的性质和分布，采取岩土试样或进行原位测试时，可采用钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等。,4.1.1岩土工程勘探的概念,4.1岩土工程勘探,岩土工程勘探的任务，主要有以下各项： 1.详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造。
2、1)研究各地层的岩性特征、厚度及其横向变化，按岩性详细划分地层，尤其须注意软弱岩层的岩性及其空间分布情况； 2)确定天然状态下各岩土层的结构和性质； 3)基岩的风化深度和不同风化程度的岩石性质，划分风化带； 4)研究岩层的产状； 5)断层破碎带的位置、宽度和性质； 6)节理、裂隙发育程度及随深度的变化，作裂隙定量指标的统计。,4.1.2岩土工程勘探的任务,4.1岩土工程勘探,2.研究水文地质条件。 1)了解岩土的含水性，查明含水层、透水层和隔水层的分布、厚度、性质及其变化； 2)各含水层地下水的水位(水头)、水量和水质； 3)借助水文地质试验和监测，以了解岩土的透水性和地下水动态变化。 3.研
3、究地貌和不良地质现象。 1)查明各种地貌形态，如河谷阶地、洪积扇、斜坡等的位置、规模和结构； 2)研究各种不良地质现象，如滑坡的范围、滑动面位置和形态、滑体的物质和结构； 3)岩溶的分布、发育深度、形态及充填情况等。,4.1岩土工程勘探,4.1.2岩土工程勘探的任务,4.取样及提供野外试验条件。 1)从勘探工程中采取岩土样和水样，供室内岩土试验和水质分析鉴定用； 2)在勘探工程中可作各种原位测试，如载荷试验、标准贯入试验、剪切试验、波速测试等岩土物理力学性质试验，岩体地应力量测，水文地质试验以及岩土体加固与改良的试验等。 5.提供检验与监测的条件。 利用勘探工程布置岩土体性状、地下水和不良地质
4、现象的监测 、地基加固与改良和桩基础的检验与监测。,4.1岩土工程勘探,4.1.2岩土工程勘探的任务,6.其他。 如进行孔中摄影及孔中电视，喷锚支护灌浆处理钻孔，基坑施工降水钻孔，灌注桩钻孔，施工廊道和导坑等。,4.1岩土工程勘探,4.1.2岩土工程勘探的任务,由于岩土工程勘探承担上述各项任务，它必然具有如下特点： (1)勘探范围取决于场地评价和工程影响所涉及的空间，除了深埋隧道和为了解专门地质问题而进行的勘探外，通常限定于地表以下较浅的深度范围内。 (2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，大多数工程都坐落于第四系土层或基岩风化壳上。为了工程安全、经济和正常使用，对这一部分地质体的研究应
5、特别详细。例如，应按土体的成分、结构和工程性质详细划分土层，尤其是软弱土层需给予特别的注意。风化岩体要根据其风化特性进行风化壳垂直分带。,4.1岩土工程勘探,4.1.3岩土工程勘探的任务,(3)为了准确查明岩土的物理力学性质，在勘探过程中必须注意保持岩土的天然结构和天然湿度，尽量减少人为的扰动破坏。为此需要采用一些特殊的勘探技术。 (4)为了实现地质、水文地质、岩土工程性质的综合研究，以及与现场试验、监测等紧密结合，要求岩土工程勘探发挥综合效益，对勘探工程的结构、布置和施工顺序也有特殊的要求。,4.1岩土工程勘探,4.1.3岩土工程勘探的任务,岩土工程勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物
6、理勘探三类。 钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段，普遍应用于各类工程的勘探；由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。坑探工程勘探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。,4.1岩土工程勘探,4.1.4岩土工程勘探的方法,地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，且具有立体透视性的优点。但其勘探成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限。 考虑到三类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用，互
7、为补充。,4.1岩土工程勘探,4.1.4岩土工程勘探的方法,1.可行性研究勘察阶段： 可行性研究勘察阶段的任务，是对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，主要进行工程地质测绘，勘探往往是配合测绘工作而开展的，而且较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。 2.初步勘察阶段： 初步勘察阶段应对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，勘探工作比重较大，以钻探工程为主，并利用勘探工程取样，作原位测试和监测。,4.1岩土工程勘探,4.1.5岩土工程勘探各阶段,3.详细勘察阶段： 在详细勘察阶段，须提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，并应对基础设计、地基处理以及不良地质现象的防
8、治等具体方案作出论证和建议，以满足施工图设计的要求。因此须进行直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试工作。 各类工程勘探坑孔的密度和深度都有详细严格的规定。在复杂地质条件下或特殊的岩土工程(地区)，还应布置重型坑探工程。此阶段的物探工作主要为测井，以便沿勘探井孔研究地质剖面和地下水分布等。,4.1岩土工程勘探,4.1.5岩土工程勘探各阶段,在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一类勘探手段。 1.与坑探、物探相比较，钻探有其突出的优点: 1)它可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制； 2)能直接观察岩心和取样，勘探精度较高； 3)能提供作原位测试和监测工作，最大限度地发挥综合效益； 4
9、)勘探深度大，效率较高。 因此，不同类型、结构和规模的建筑物，不同的勘察阶段，不同环境和工程地质条件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用此类勘探手段。,4.2.1岩土工程钻探的特点,4.2钻探工程,4.2.1岩土工程钻探的特点,4.2钻探工程,2.与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点： 1)钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔。 2)除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机。 3)钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和
10、监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺。 4)在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。如岩心采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。,4.2.1岩土工程钻探的特点,4.2钻探工程,为了完成勘探工作的任务，岩土工程钻探有以下几项特殊的要求： 1.土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。为此，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取心的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根据土体
11、特性选用特殊的钻进方法；在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进。,4.2.2岩土工程钻探的任务,4.2钻探工程,2.岩心采取率要求较高。对岩层作岩心钻探时，一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象，为保证获得较高的岩心采取率，应采用相应的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，采取双层岩心管连续取心，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石质量指标RQD时，应采用N型双层岩心管钻进，其孔径为75mm，采取的岩心直径为54mm，且宜采用金刚石钻头。,4.2钻探工程,4.2.
12、2岩土工程钻探的任务,3.钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要内容，借以了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水位(水头)和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测定岩土的渗透系数等。按水文地质要求观测。分层止水、水位观测。 4.在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土样，还需使用特制的取土器。,4.2钻探工程,4.2.2岩土工程钻探的任务,为充分论证钻探工作
13、的布置并逐孔编制钻孔设计书内容。 1.钻孔目的及地形地质概况。 目的层工程地质目的及意图。 2.钻孔类型、深度及钻孔结构设计。 例：有冰水沉积物的坝址河谷区钻孔设计。 3.岩土工程要求。 包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编录的项目及应取得的成果资料有：钻孔柱状剖面图、岩心素描(或照相)、钻进观测、试验记录图及水文地质日志等。 4.说明钻探结束后对钻孔的处理意见。,4.2.3钻探工程钻孔的设计,4.2钻探工程,钻孔观测与编录是钻进过程的详细文字记载，也是岩土工程钻探最基本的原始资料。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手
14、地质资料。 钻孔观测与编录的内容包括： 1.岩心观察、描述和编录： 对岩心的描述包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面，详见下面内容。,4.2.4钻孔的观测与编录,4.2钻探工程,不同类型的岩土其岩性描述的内容为： 1)碎石土：颗粒级配；粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。 2)砂类土：颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度；密实度；层理特征。 3)粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。 4)岩石：颜色；矿物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬程度；节理、裂隙发育情况，裂隙面特征及充填胶
15、结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统计。必要时作岩心素描。,4.2钻探工程,4.2.4钻孔的观测与编录,2.钻孔水文地质观测: 钻进过程中应注意和记录冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应停钻进测定其初见水位及稳定水位。如系多层含水层，需分层测定水位时，应检查分层止水情况，并分层采取水样和测定水温。准确记录各含水层顶、底板标高及其厚度。,4.2钻探工程,4.2.4钻孔的观测与编录,3.钻进动态观察和记录: 钻进动态能提供许多地质信息，所以钻孔观测、编录人员必须做好此项工作。在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。如果钻进不平稳，
16、孔壁坍塌及卡钻，岩心破碎且采取率又低，就表明岩层裂隙发育或处于构造破碎带中。岩心钻探时冲洗液消耗量变化一般与岩体完整性有密切关系，当回水很少甚至不回水时，则说明岩体破碎或岩溶发育，也可能揭露了富水性较强的含水层。,4.2钻探工程,4.2.4钻孔的观测与编录,钻探工作结束后，应进行钻孔资料整理。主要成果资料有： 1.钻孔柱状图： 钻孔柱状图是钻孔观测与编录的图形化，它是钻探工作最主要的成果资料。土层钻孔和岩层钻孔的钻孔柱状图图形不同。该图是将每一钻孔内岩土层情况按一定的比例尺编制成柱状图，并作简明的描述。在图上还应在相应的位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、孔中特殊情况、代表性的岩土物理力学性质指标以及取样深度等。,4.2.5钻探的资料整理,4.2钻探工程,如果孔内作过测井和试验的话，也应将其成果在相应的位置上标出。所以，钻孔柱状图实际上是反映钻探工作的综合成果。 2.钻孔操作及水文地质日志图。 3.岩心素描图及其说明。,4.2.5钻探的资料整理,4.2钻探工程,坑探工程也叫掘进工程、井巷工程，它在岩土工程
