工程地质勘察勘探与取样讲义

水文地质与工程地质勘察第二部分工程地质勘察曾 斌中国地质大学（武汉）环境学院中国地质大学（武汉）环境学院zengbin_ 第四讲勘探与取样中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG提 纲l 一、岩土工程勘探的任务、特点和手段l 二、钻探工程l三、坑探工程l四、勘探工作的布置和施工顺序l五、采取土样中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段工程活动层很大一部分是在地下某一范围，单一的调查不工程活动层很大一部分是在地下某一范围，单一的调查不能准确把握地下不可视部分的工程地质条件，如何做？能准确把握地下不可视部分的工程地质条件，如何做？岩土工程勘探能够完成哪些工作？采用什么手段？岩土工程勘探能够完成哪些工作？采用什么手段？中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（一）岩土工程勘探的任务 （1 1）详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造）详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造 （2 2）研究水文地质条件）研究水文地质条件 （3 3）研究地貌和不良地质现象）研究地貌和不良地质现象 （4 4）取样及提供野外试验条件）取样及提供野外试验条件 （5 5）提供检验与监测的条件）提供检验与监测的条件 （6 6）其他）其他一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（二）岩土工程勘探的特点 (1)(1)勘探范围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。地表以下较浅的深度范围内。(2)(2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，第四系土层或基岩风化壳是第四系土层或基岩风化壳是研究重点研究重点。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。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。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。(3)(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。然结构和天然湿度。(4)(4)岩土工程勘探应发挥综合效益。岩土工程勘探应发挥综合效益。一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（三）岩土工程勘探的手段 岩土工程勘探常用的手段有岩土工程勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物理勘钻探工程、坑探工程及地球物理勘探探三类。三类。钻探和坑探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工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。况。地球物理勘探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。成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限。布置勘探工作时应布置勘探工作时应综合使用，互为补充综合使用，互为补充。一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 可行性研究勘察阶段可行性研究勘察阶段：对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，：对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，主要进行工程主要进行工程地质测绘地质测绘，勘探往往配合测绘工作，较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用来验，勘探往往配合测绘工作，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。证物探成果和取得基准剖面。初步勘察阶段初步勘察阶段：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，：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，以钻探工程为主以钻探工程为主，并取样，作原位测试和监测。，并取样，作原位测试和监测。详细勘察阶段详细勘察阶段：提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，满足施：提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，满足施工图设计的要求。须进行工图设计的要求。须进行直接勘探直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试工作。，与其配合还应进行大量的原位测试工作。在复杂地质条件下或特殊的岩土工程在复杂地质条件下或特殊的岩土工程(或地区或地区)，还应布置重型坑探工程。此阶，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。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。一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（四）勘探工作量的合理使用 根据水电工程地质勘察统计资料，已建工程的勘探工作量与下列因素有关：根据水电工程地质勘察统计资料，已建工程的勘探工作量与下列因素有关：1 1、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度；、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度；2 2、工程地质问题的研究深度；、工程地质问题的研究深度；3 3、规划设计方案的变化；、规划设计方案的变化；4 4、管理体制和目的性方面的缺陷，盲目追求工作量；、管理体制和目的性方面的缺陷，盲目追求工作量；5 5、规划设计单位的变更。、规划设计单位的变更。水电工程中勘探工作量的指标：水电工程中勘探工作量的指标：勘探指数勘探指数=勘探工程进尺勘探工程进尺/（坝长（坝长坝高）坝高）一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 统计表明，统计表明，勘探指数勘探指数与岩石类型有关，其由高到低顺序：石灰与岩石类型有关，其由高到低顺序：石灰岩、白云岩、花岗岩、砂泥岩互层、变质岩、片岩、片麻岩、砂板岩、白云岩、花岗岩、砂泥岩互层、变质岩、片岩、片麻岩、砂板岩。岩。国内各水电工程的勘探指数一般高于国外工程的勘探指数国内各水电工程的勘探指数一般高于国外工程的勘探指数33%33%75%75%，最高达数倍。除技术原因外，反映了体制和工作目的性，最高达数倍。除技术原因外，反映了体制和工作目的性的问题。的问题。勘察费用勘察费用/工程建设费用工程建设费用=1=14%4%，与地质条件及工程重要性有，与地质条件及工程重要性有关，简单场地关，简单场地0.50.51%1%，复杂场地，复杂场地2%2%，地下工程，地下工程3%3%，重大工程复杂，重大工程复杂条件条件4%4%。一、岩土工程勘探的任务、特点和手段岩土工程勘探的任务、特点和手段中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（一）岩土工程钻探的特点（一）岩土工程钻探的特点 钻探可以在各种环境下进行，钻探可以在各种环境下进行，直接观察岩心和取样直接观察岩心和取样 ，勘探精，勘探精度较高；度较高；能提供作原位测试和监测工作能提供作原位测试和监测工作；勘探深度大，效率较高。；勘探深度大，效率较高。与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点：与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点：二、钻探工程钻探工程 （1 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）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。型及其结构特点。（2 2）除了深埋隧道或专门地质问题钻探外，采用小型、轻便的钻机。）除了深埋隧道或专门地质问题钻探外，采用小型、轻便的钻机。（3 3）钻孔多具综合目的，不能盲目追求进尺。）钻孔多具综合目的，不能盲目追求进尺。（4 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）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。特殊的要求。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG钻探方法钻进地层勘察要求粘性土粉土砂土碎石土岩石直观鉴别、采取不扰动试样直观鉴别、采取扰动试样回转螺旋钻探+-+无岩芯钻探+-岩芯钻探+冲击冲击钻探-+-锤击钻探+-+振动钻探+-+冲洗钻探+-注：注：+：适用；：适用；+-：部分适用；：部分适用；-：不适用：不适用钻探方法的适用范围二、钻探工程钻探工程中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（二）岩土工程钻探的特殊要求 (1)(1)土层土层是岩土工程钻探的主要对象，要求钻进深度和分层深度的量测误差范是岩土工程钻探的主要对象，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为围应为0.05m0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m1m以内，连续取心的回次进以内，连续取心的回次进尺应控制在尺应控制在2m2m以内；某些特殊土类，需根据土体特性选用特殊的钻进方法；在地以内；某些特殊土类，需根据土体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。钻进。(2)(2)岩心采取率要求较高岩心采取率要求较高。一般岩石不应低于。一般岩石不应低于80%80%，破碎岩石不应低于，破碎岩石不应低于65%65%。对。对于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，应于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，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心，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石质量指标RQDRQD时，应采用时，应采用N N型双层岩心管型双层岩心管钻进，其孔径为钻进，其孔径为75mm75mm，采取的岩心直径为，采取的岩心直径为54mm54mm，且宜采用金刚石钻头。，且宜采用金刚石钻头。二、钻探工程钻探工程中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG (3)(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岩土的含水性，发现含水层并确定其，发现含水层并确定其水位水位(水头水头)和和涌水量涌水量大小，掌握各大小，掌握各含水层之含水层之间的水力联系间的水力联系，测定岩土的，测定岩土的渗透系数渗透系数等。按水文地质要求观测。分层止水、水位等。按水文地质要求观测。分层止水、水位观测。观测。(4)(4)在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样采取岩土样。坚硬岩。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，