《岩土工程勘察》PPT课件.ppt

第3篇 岩土工程勘察 6 岩土工程勘察,6.1 概 述 6.2 岩土工程勘察等级和阶段 6.3 岩土工程勘察方法 6.4 地基土的野外鉴别与描述 6.5 岩土工程勘察报告,ch6- 1,岩土工程学应是以岩体、土体为对象，以工程地质学、岩土力学、基础工程学基本理论和方法的综合为指导，研究岩土体的工程利用，整治和改造的一门综合性的技术科学。岩土体极为显著的时空变异性和工程门类极为广泛的复杂多样性，决定了岩土工程学很强的实践性和很大的综合性，以及它在保证工程质量、缩短工程周期、降低工程造价和提高工程效益和方面的重要性。,岩土工程学的基本框架体系应该包括以工作内容为线索的岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程施工、岩土工程检测和岩土工程管理，（称为总论体现共性），以及以工程类型为线索的岩土地基工程、岩土边坡工程、岩土洞室工程、岩土支护工程和岩土环境工程，（称为分论体现个性）。既要注意具体技术、设备和力学根据，更要注意总体 思路和方案方法。,岩土工程勘察要服务于评价、论证和检验场地的稳定性、建筑的适宜性和环境的演化性，以及设计施工基本资料的可靠性与原则建议的合理性。,岩土工程设计应注意它对自然条件的依赖性，岩土工程性质的变异性，建筑经验、试验测试与建筑法规的重要性，地基、基础结构的整体性以及工程的适用性、安全性、耐久性与经济性。,岩土工程施工要根据它施工条件差，工期长、费用高、风险大、变化多、更改难的特点，十分注意吃透设计意图，组织人力、物力、财力和智力，抓质量、抓效率、抓安全、抓环境，把完成设计要求与及时发现新情况，解决新问题结合起来。,岩土工程检测要把检验勘察成果、评价建议和施工质量与监测岩土反应、结构性状和环境演变相结合，强调计划性、及时性、准确性、系统性和经济性，既立足于工程对象，又放眼于经验总结与理论发展。,岩土工程管理体制要努力使指挥服务系统与技术决策系统间建立灵活、有序、有效、协调的运行机制和激励机制，以调动一切积极因素，推动工程整体质量的全面优化。,6.1 概 述,岩土工程（工程地质）勘察的基本任务 岩土工程勘察是岩土工程技术体制中的一个重要环节，是工程建设首先开展的基础性工作。它的基本任务，就是按照建筑物或构筑物不同勘察阶段的要求，为工程的设计、施工以及岩土体治理加固、开挖支护和降水等工程提供地质资料和必要的技术参数，对有关的岩土工程问题作出论证、评价。,ch6- 9,岩土工程（工程地质）勘察的具体任务,(1)阐述建筑场地的工程地质条件，指出场地内不良地质现象的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性作出评价。 (2)查明工程范围内岩土体的分布、性状和地下水活动条件，提供设计、施工和整治所需的地质资料和岩土技术参数。 (3)分析、研究有关的岩土工程问题，并作出评价结论。 (4)对场地内建筑总平面布置、各类岩土工程设计、岩土体加固处理、不良地质现象整治等具体方案作出论证和建议。 (5)预测工程施工和运行过程中对地质环境和周围建筑物的影响，并提出保护措施的建议。,ch6- 10,勘察准备,1）收集资料：场地地形图，规划平面图， 建筑物的形式和荷载， 地下隐蔽工程、管线资料等,2） 编制纲要：在图上布设勘察孔位、间距， 取土部位等,3） 落实人员,4）现场踏勘定位,控制性勘察孔（技术孔）,一般性勘察孔（一般孔）,ch6- 11,勘察准备,ch6- 12,6.2 岩土工程勘察等级和阶段,ch6- 13,确定勘察等级：,根据：,建筑工程安全等级,建 筑 场 地 等 级,建 筑 地 基 等 级,确定勘察等级：,一级,二级,三级,重要 工程,一般 工程,次要 工程,复杂 场地,中等 复杂,简单 场地,复杂 地基,中等 复杂,简单 地基,甲级,乙级,丙级,6.2.1 岩土工程勘察等级,ch6- 14,场地复杂程度等级,工程重要性等级,ch6- 15,地基复杂程度等级,ch6- 16,6.2.2 工程地质勘察阶段的划分及要求,工程地质勘察阶段的划分是与设计阶段的划分相一致的。一般的建设工程设计分为可行性研究、初步设计和施工图设计三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应地划分为可行性研究勘察（选址勘察）、初步勘察、详细勘察三个阶段。 对于工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要建筑物地基，尚应进行预可行性及施工勘察；对于已有较充分的工程地质资料或工程经验的工程，以能提出必要的数据、做出充分而有效的设计论证为原则，可简化勘察阶段或简化勘察工作内容 。,ch6- 17,1可行性研究勘察阶段,可行性研究勘察，应对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价，并应符合下列要求： (1)搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料； (2)在充分搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘了解场地的地层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件； (3)当拟建场地工程地质条件复杂，已有资料不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的勘探工作； (4)当有两个或两个以上拟选场地时，应进行比选分析。,ch6- 18,2初步勘察阶段,初步勘察应对场地内拟建建筑地段的稳定性做出评价，并进行下列主要工作： (1)搜集拟建工程的有关文件、工程地质和岩土工程资料以及工程场地范围的地形图； (2)初步查明地质构造、地层结构、岩土工程特性、地下水埋藏条件； (3)查明场地不良地质作用的成因、分布、规模、发展趋势，并对场地的稳定性做出评价；,ch6- 19,初步勘察阶段进行的工作（续）,(4)对抗震设防烈度等于或大于6度的场地，应对场地和地基的地震效应做出初步评价； (5)季节性冻土地区，应调查场地土的标准冻结深度； (6)初步判定水和土对建筑材料的腐蚀性； (7)高层建筑初步勘察时，应对可能采取的地基基础类型、基坑开挖与支护、工程降水方案进行初步分析评价。,ch6- 20,3详细勘察阶段,详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价，并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。 主要应进行下列工作： (1)搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，场区的地面整平标高，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点，基础形式、埋置深度，地基允许变形等资料； (2)查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议； (3)查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基的稳定性，均匀性和承载力；,ch6- 21,详细勘察阶段进行的工作（续）,(4)对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的变形特征； (5)查明埋臧的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物； (6)查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度； (7)在季节性冻土地区，提供场地土的标准冻结深度； (8)判定水和土对建筑材料的腐蚀性。,ch6- 22,4. 施工勘察,ch6- 23,验槽目的：,1 检验勘察成果是否符合实际,2 解决遗留和新发现的问题,建设单位、勘察、设计、施工方共同验槽,4. 施工勘察（ 含验槽）,ch6- 24,验槽是工程地质勘探工作的最后一个环节，基槽挖至设计标高后，应会同勘察、设计部门进行验槽，方可继续施工。,验槽目的：,检验勘察成果与结论建议是否正确；,掌握一手资料，对异常情况提出处理意见；,解决报告中遗留问题，进一步勘察、设计。,基槽检验（验槽）,验槽方法与内容：,1.观察验槽：,基底是否挖至设计要求土层；,持力层土质与勘察报告是否相同；,发现是否有不良地质现象（古井、坟穴、河道等）。,要求：,开挖后及时验槽，防止基槽扰动与破坏。,2.钎探：,将一定长度钢钎打入槽底土层中，依每打入300mm,深锤击数判断地基土质情况。（可用轻便触探代替）,钢钎,2225 1.82.0m,6.3 岩土工程勘察方法,岩土工程勘察内容包括： 工程地质测绘与调查、 勘探与取样、 室内试验与原位测试、 检验与监测、 分析与评价、 编写勘察报告等项工作,ch6- 28,6.3.1 钻探,1. 钻探 钻探是指用一定的设备、工具（钻机等）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔的过程。 通过取出岩心可直观地确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征等。从钻孔中取出岩样、水样可进行室内试验，利用钻孔可进行工程地质、水文地质及灌浆试验、长期观测工作以及地应力测量等。 钻探过程: 破碎岩土 、采取岩土 、保全孔壁。,ch6- 30,大量钻探队伍承担着道路桥梁及工民建的地基与基础施工任务。,ch6- 31,ch6- 32,随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。 19世纪初叶，出现以碳化钨为基体的硬质合金。 19世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进。 195354年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石，前苏联1966年开始用人造金刚石钻头。我国从20世纪70年代末开始大批量生产人造金刚石钻头。,A track mounted drill rig is used to drill and install the tiebacks.,中国江苏东海科学钻探,中 国 江 苏 东海科学钻探,计划钻深5000m,ch6- 35,以岩心钻探为例说明基本钻探工艺过程。 平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力机。 按设计的方向开孔，在孔口固定孔口管。 根据所钻岩石的物理力学性质、钻头直径、钻头类型和孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度。 钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔加深岩心将充满岩心管。 清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的液体再流回泥浆池，如此循环。 把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具，再下放至孔内继续钻进。,2. 钻探方法分类,根据破碎岩土的方法，钻探可以分为回转钻探、冲击钻探、振动钻探和冲洗钻探四种。 1)回转钻探 是利用钻具回转使圆环状钻头的切削刃或研磨材料削磨岩土使之破碎。根据钻头的类别可分为螺旋钻探、环形钻探(岩芯钻探)和无岩芯钻探。 2)冲击钻探 冲击钻探是将钻具提升到一定高度，利用钻具自重产生的冲击动能破碎岩土。 3)振动钻探 是将振动器产生的振动通过钻杆及钻头传递到钻头周围的土中，使土的抗剪强度急剧减小，同时钻头依靠钻具的重力及振动器重量切消土层进行钻进。 4)冲洗钻探 是通过高压射水破坏孔底土层从而实现钻进。该种方法适用于砂层、粉土层和不太坚硬粘性土层，是一种简单快速成本低廉的钻探方式。,ch6- 37,钻进方法的适用范围,ch6- 38,冲击钻：砂土、碎石土,（不能直观鉴别）,锤击钻：粘、粉、砂土,（可取原壮土样）,粘土,粉土,砂土,粉土,砂土,（不能直观鉴别）,回转钻探试验,ch6- 40,岩芯(心）,ch6- 41,3. 土样质量等级划分,ch6- 42,不同等级土试样的取样工具和方法,ch6- 43,单个钻孔（柱状图）,4 成果表达 钻孔柱状图: 地质年代、岩土层埋藏深度、厚度、底部绝对标高、岩土的描述、地下水水位、测量日期、岩土取样位置等内容。,ch6- 44,多个钻孔柱状图工程地质剖面图,ch6- 45,1. 静力触探试验(CPT) 是用静力将探头以一定的速率压入土中，同时用压力传感器或直接用量测仪表测试土层对探头的贯入阻力，以此来判断、分析地基土的物理力学性质。,6.3.2 触探试验,ch6- 46,1） 静力触探试验设备,贯入系统 量测系统 静力触探头,ch6- 47,ch6- 48,ch6- 49,单桥静力触探的psh曲线,ch6- 50,2）静力触探成果,双桥静力触探试验成果,ch6- 51,ch6- 52,3）静力触探成果应用,（1） 划分土层； （2） 估算地基土的物理力学参数； （3） 评定地基土的承载力； （4） 选择地基持力层，估算单桩极限承载力，判断沉桩可能性； （5） 判定场地地震液化势。 静力触探试验适用于粘性土、粉土、疏松到中密的砂土；对于碎石土，杂填土和密实的砂土不适用。,2. 动力触探,1） 原理 利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层的一种原位测试方法 ，所需的能量体现了土的阻力大小，一般可以以锤击数来表示。,ch6- 53,锤重：63.5kN,落距：760mm,动力触探试验,动力触探：一定质量穿心锤自一定高度自由下落，将触探头贯入土层内一定深度，以相应锤击数判明土的性质。,锤重、落距、贯入度,试验参数,ch8- 55,2） 动力触探试验设备,导向杆、穿心锤、锤座、探杆以及探头等五部分组成,ch6- 55,ch6- 56,圆锥动力触探类型,ch6- 57,3）动力触探成果的应用,成果主要是锤击数和锤击数随深度的变化曲线,圆锥动力触探试验指标和地区经验，可将试验成果应用于： （1）划分土层 （2）确定砂土和碎石土的相对密实度 （3）确定土的变形模量 （4）确定地基承载力 （5）确定单桩承载力,锤击数随深度的变化曲线,ch6- 58,4）标准贯入试验,ch6- 59,（1）标准贯入试验原理 利用一定的锤击动能，将一定规格的贯入器打入钻孔孔底的土层中，根据打入土层中所需的能量来评价土层和土的物理力学性质。标准贯入试验中所需的能量用贯入器贯入土层中30cm的锤击数N63.5来表示，一般写作N，称为标贯击数。,ch6- 60,（2） 标准贯入试验设备规格,ch6- 61,（3） 标准贯入试验成果应用,具体应用在以下几方面： 评定砂土的密实度； 评定黏性土的稠度状态； 评定砂土抗剪强度指标； 评定黏性土的不排水抗剪强度cu； 确定地基承载力； 评定土的变形模量E0和压缩模量ES； 估算单桩承载力； 地基土的液化判别。,ch6- 62,6.3.3 井探、槽探和洞探（合称坑探、掘探）,坑探是用人工或机械掘进的方式来探明地表以下浅部的工程地质条件，主要包括：探坑、探槽、浅井、斜井、竖井、平洞等。坑探的特点是使用工具简单，技术要求不高，运用广泛，揭露的面积较大，可直接观察地质现象，不受限制地采取原状结构试样，并可用来做现场大型试验。但勘探深度受到一定限制，且成本高，周期长。,ch6- 63,井、槽、洞探类型,ch6- 64,槽探与井探,作用：,了解构造线、破碎带宽度；,直观岩土特性与分层；,取原壮土样。,适用：地质条件复杂地区,探井,12m,1.52m,岩土分层面,探坑,山地勘探工程类型示意图,ch6- 66,平洞展示图,ch6- 67,6.3.4 地球物理勘探,简称物探，即用地球物理的方法来探测地层岩性地质构造等地质问题。（物理特性：导电性、磁性、弹性、湿度、密度、天然放射性等）,方法：,电法勘探： 地震勘探： 重力勘探： 磁法勘探： 声波探测：,钻探前了解隐蔽的地界线、界面或异常点、异常带等以便合理制定钻探方案； 用做钻探辅助手段，在钻孔间设物探点，修正和补充钻孔成果。,作用：,(1)电测深法,电测深法是在地表以某一点为中心(此点称为常测点)，用不同供电极距测量不同深度岩层的视电阻率值，以获取该点处的地质断面的方法。当测点沿勘探线布置时，可得出地质剖面情况。电测深法根据极距装置形式可分为对称四极测深、三极测深、偶极测深和环形测深四种方法。,2.地震勘探方法简介,(2)电剖面法,电剖面法是测量电极和供电电极的装置不变，而测点沿某一方向移动，来探测某深度内岩层视电阻率值的水平变化规律的方法。,电法勘探（电阻率法）示意图,电测深法及电剖面法的应用,2.地震勘探方法简介,地震勘探也是广泛用于工程地质勘探的方法之一。它是利用地质介质的波动性来探测地质现象的一种物探方法。基本原理是利用爆炸或敲击方法向岩体内激发地震波，地震波以弹性波动方式在岩体内传播。根据不同介质弹性波传播速度的差异来判断地质现象。按弹性波的传播方式，地震勘探又分为直达波法、反射波法和折射波法。地震勘探可以用于了解地下地质构造，如基岩面、覆盖层厚度、风化层、断层等。,某坝址物探,地震勘探,6.3.4 工程地质测试,在人类工程活动的范围内，了解岩石和土的物理力学性质特征，查明其物理力学性质指标，是人类从事各种工程活动、进行各种工程设计与建筑的基本前提。岩石和土的物理力学性质指标的测试包括室内试验及原位测试。 1. 室内试验,ch6- 80,1）土的室内实验,岩土工程勘察规范(GB500212001)规定各类工程均应测定下列土的分类指标和物理性质指标。砂土：颗粒级配、比重、天然含水量、天然密度、最大和最小密度。粉土：颗粒级配、液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。黏性土：液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。所以，土的室内物理性质试验通常包括：土的颗粒分析试验，含水量试验，比重试验，密度试验，液、塑限试验，有机质含量试验，渗透试验和击实试验。,ch6- 81,土的室内力学性质试验,土的室内力学性质试验包括为计算沉降变形提供压缩曲线及压缩系数、压缩模量等参数的土的压缩固结试验，用于为确定地基承载力和分析边坡稳定等提供抗剪强度参数（c、）的直接剪切试验、三轴剪切试验和无侧限抗压强度试验等，以及用于为分析砂土液化等提供土的动强度和为计算土体位移、速度、加速度和应力等随时间的变化提供剪切模量和阻尼比等参数的的振动三轴试验和共振柱试验等。,ch6- 82,2）岩石的室内实验,岩石的室内物理性质实验包括岩石颗粒密度试验（比重瓶法）、岩石的块体密度试验（量积法、水中称量法或蜡封法）、岩石含水率试验（烘干法）、岩石吸水性试验（含岩石吸水率试验（自由浸水法）和岩石饱和吸水率试验（煮沸法或真空抽气法）、岩石膨胀性试验（包括岩石自由膨胀率试验、岩石侧向约束膨胀率试验和岩石膨胀压力试验）、岩石耐崩解性试验、岩石抗冻性实验、岩石软化性实验、岩石透水性实验和岩石溶解性实验等。,ch6- 83,岩石的室内力学性质试验,岩石的室内力学性质试验主要有：单轴压缩变形试验、单轴抗压强度试验、抗拉强度试验、直剪试验和点荷载强度试验等。 单轴压缩变形试验的主要试验目的是测定岩石在静荷载作用下的弹性模量、变形模量和泊松比，为岩石力学计算提供计算参数。,ch6- 84,2. 土体原位测试方法简介,土体原位测试的主要方法有静力载荷试验、触探试验（静力触探试验和动力触探试验等）、剪切试验（十字板剪切试验及大型剪切试验等）、旁压试验、扁铲侧胀试验和地基土动力特性试验（波速测试等）。,ch6- 85,ch8- 86,现场大型直剪试验,旁压试验,1 将囊状探头放入钻孔（预钻式）；或者自己钻入（自钻式）地基；,2 通过探头的体积变化水压力关系确定地基土的模量和强度。,扁铲侧胀试验(DMT),扁铲侧胀试验（简称扁胀试验,dilatometer test）是用静力把一扁铲形探头贯入土中，达到试验深度后，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张进行试验，它可作为一种特殊的旁压试验。它的优点在于简单、快捷、重复性好而且较为经济。 扁胀试验适用于软土、一般黏性土、粉土、黄土、松散中密砂土等。,1)试验仪器,仪器设备主要有：扁铲形探头，其尺寸为长230240mm、宽9496mm、厚1416mm。铲前缘刃角为1216，在扁铲的一侧面为一直径60mm的钢膜。探头可与静力触探的探杆或钻杆连接。,扁铲侧胀仪,2)试验成果及应用,通过扁铲试验可取得以下指标：侧胀模量ED；侧胀水平应力指数KD；侧胀土性指数ID；侧胀孔压指数UD。 可以根据侧胀模量ED、侧胀水平应力指数KD、侧胀土性指数ID和侧胀孔压指数UD 划分土层、判定土类及确定静止侧压力系数、超固结比、不排水抗剪强度及变形参数等。,3. 长期观测（ 现场监测）,主要监测内容包括： (1)对岩土所受到的施工作用和各类荷载的大小，以及在这些荷载作用下岩土反应性状的监测。比如，土与结构物之间接触压力的量测，岩土体中的应力量测，岩土