工程地质条件分析.doc

（一）场地的位置、地形、地貌 边形剖面。对高密度电阻率法资料的反演分析方法主要有边界单元法、有限单元法和目标相关算法等三种方法，三种方法各有千秋，可根据岩土层的具体形态选泰安市位于山东省中部的泰山南麓，地理坐标在东经1162011759,北纬35383628。属温带半湿润大陆性季风气候区，年平均气温13，年平均降水量697毫米。拟建场地位于泰安市南部高新技术开发区，地形西高东低，标高在138.5142.5米之间，高差在4.0米左右，地貌属山区低矮丘陵类型。 （二）勘察工作方法，完成工作量及其它 根据岩土工程勘察规范（GB50021-2001），岩土工程勘察等级为丙级，对拟建场地工设计59个钻孔，孔距9.027.0米左右，孔深6.015.0米1）钻探：钻探工作采用DPP1003E型工程钻机回转钻进完成，总过钻探工作查明地基岩土性质、厚度和分布情况，同时保证了各项试验顺利进行。2）标准贯入试验N和动力触探N（63.5）：采用机械提升自由落锤式进行原位测试，其试验结果基本反映了底层性质。3）勘察测绘：坐标采用1980年西安坐标系，高程采用1956年黄海高程系。4）工程物探方法：探与钻探相结合，包括直流电阻法，地质雷达法地震波CT技术工程地质勘查中常用的几种工程物探方法：在工程地质勘查中物探方法和钻探方法各有所长各有所短，将钻探手段和物探方法有机地结合起来往往能取得既快又准的勘查效果，介绍了当前在工程地质勘查中较常用的几种工程物探方法的原理、资料处理技术，并结合工程实例介绍了物探方法和钻探方法相结合在工程地质勘查中的一些应用效果。近年来，随着物探技术的发展，其在工程地质上的应用越来越来广泛。由于物探技术具有经济、快速、效果好等特点，尤其是对探测对象不造成损伤，从而使其显示出强大的生命力。目前，随着计算机技术的发展和各种反演方法的不断创新，物探技术正朝着探测精度更高、探测范围更广、解释更准确的方向发展，表现出前所未有的广阔发展前景，被广泛应用于工程、环境、灾害地质调查等领域，越来越受到人们的关注。 直流电阻法 工程地质勘察中常遇到目的体埋深不大，规模较小的情况，在进行电法勘察时，要求小点距、高密度数据采集，这时用常规电法开展工作就显得施工效率太低且精度不够，当前探测地下岩土体最常用的是高密度电阻率法。高密度电阻率法进行二维地电断面测量，兼具常规剖面与测深法的功能，敷设一次导线后可进行数百至数千个记录点的数据观测，其信息量大、施工效率高而且数据经自动采集系统采集后，可以通过处理软件实现资料的现场实时处理，并根据需要自动绘制和打印各种成果图件。大大提高了电阻率法的智能化程度，很适合一般勘查中对地下目的物的探测；高密度电法野外工作装置形式较多，总电极数与点距可根据场地与勘察深度任意选择。一般固定断面扫描测量，其视电阻率断面为一梯型剖面；变断面连续滚动扫描测量其视电阻率断面为一平行四择。高密度电法勘探的出现使得电法勘探的野外数据采集工作得到了质的提高和飞跃，同时使得资料的可利用信息大为丰富，使电法勘探智能化程度向前迈进了一大步。下面是用高密度电阻率法求取石灰岩基岩面的一个实例：广东平远河披水桥工程地质勘查共簏工钻孔四个，其地层自上而下为砂卵石层、含砾粘土层、二叠系灰岩。其中各孔内砂卵石层厚度变化不大，但灰岩岩面起伏非常明显，左侧钻孔最浅处埋深仅7m，往右依次为92m，1 8m，最右侧钻孔至48m犹未能见到基岩，钻孔中灰岩岩芯完整，未见溶蚀、溶洞现象。后进行桥桩超前孔施工时，发现人岩面相差很大，且见较大溶洞，2基础处水平相距25m，人岩面竞相差10m。为全面了解地下基岩面情况，采用高密度电法测量，共布设四条测线，点距2m，通过已有的钻探资料选取测量参数，并校正深度，最终得出成果图件，可以看出灰岩视电阻率在250300tlm左右，灰岩岩面呈石林状起伏分布，整体呈左高右深趋势，溶洞反映相当明显，在最右侧钻孔未见基岩处，显示基岩面约60m深。后经钻孔证实与实际情况基本吻合。 地质雷达法 地质雷达以其轻便、抗干扰性强、分辨率较其它物探方法高的特点，被广泛地应用于地质勘探、公路质量检测、文物考古等领域。地质雷达的探测深度和分辨率主要与天线的中心频率、天线距离、偶极方向等设备参数及地下介质电性、电磁波在地下介质中的传播速度等岩土层物理性质有关。目前的双天线地质雷达的观测方式主要有两种：剖面法和宽角法。其中剖面法就是发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动，每移动一步便得到一个记录，整条测线的记录就是地质雷达的对地下探测的时间剖面图像，这种记录可以准确的反映正对测线下方的地下物体变化情况。宽角法观测则是一个天线固定不动，而另一天线沿测线移动，通过记录地下不同层面反射波的双程走时而求取地下介质的电磁波传播速度、地下介质的电性参数。地质雷达的资料处理与地震波的处理相似，可应用数字滤波、反褶积、偏移绕射处理、多次叠加等技术手段进行，一般都有专门的处理软件。下面是地质雷达配合钻探在对地下溶洞探测的实例：山东临沂地区某厂区内部分道路及地面出现裂纹和下陷，怀疑地下有溶洞等物体，需进行勘探，由于不知地下物体的具体位置、形状，如果纯粹利用钻探方法，则不仅费时费力，而且还可能劳而无功，拖延处理。河南地球物理协会物探队首先利用LTD-3型地质雷达配以100MHz天线进行探测，通过强反射轴或典型的双曲线特征圈定出地下物体的位置和埋深(地下175m处)。后针对性的采用钻探方法证实地下18m处为溶洞，并进行了灌浆处理，较好地完成了勘查任务。地震波CT技术原理地震波CT技术是利用来自不同方向的地震波(通常是人工激发的地震波)走时来探测对象内部速度结构的成像技术。在不同的地质条件下采用恰当的激发和接收点的排列接收地震波，利用波动走时反演地质体各个单元的弹性波速，从而得到被探测地质体的波速分布图像，这就是地震波CT技术的基本原理。发展和应用地震波CT技术是近年来发展起来的一种重要地球物理方法。该技术大约在20世纪80年代中期起步，最初在石油勘探中开发应用，并获得较好的地质效果。随后，随着计算机技术的进步，该技术逐渐被应用到地质工程领域，取得了显著的效果。陈新球等在对长江三峡永久船闸高边坡卸荷影响带的探测中，运用地震波CT技术成功地调查出了高边坡卸荷影响带的厚度、断层走向及规模等地质问题n。李张明等采用全方位观测地震波层析成像技术，获取了三峡工程永久船闸边坡大尺度岩体地质构造分布及整个区域以细小单元形式给出的波速分布参数，为地质概化模型分析、边坡稳定性分析及变形计算首次提供了完整的力学参数“体”数据。孙党生等把井间地震波CT成像技术应用于深圳罗屋田水库渗漏勘察，确定了主要渗漏通道与渗漏点位置，取得了很好的效果。由此可见，该技术与常规的剪切波速测试相比较，地震波CT技术具有较高的分辨率，能有效地确定岩溶和岩体破碎带，更有利于全面细致的对岩体进行稳定性评价，圈出地质异常体的空间位置，从而为岩体分区及波速成像开拓了新的途径。另外，地震波层析成像技术在研究复杂岩体结构、岩体力学性状与分区及岩体力学参数获取等方面是有效的，值在其他类似工程项目中推广应用。前景由于CT所用仪器为浅层地震仪，因此它涵盖了浅层地震仪在这方面的所有优点，只要地质钻探能达到的场地，CT均可进行有效的剖面测试而不受文化层和地表障碍物的影响。CT探测深度主要受电缆线长度和井深的约束，只要有足够的电缆线和井深，C1、剖面就有足够的深度。CT成图效果好、直观，与工程地质参数关系密切，可为工程设计提供直接依据。所以，CT技术在工程地质中是一项值得大力推广应用的新方法新技术。（三）场地地下水特征 在一些水文地质条件较复杂的地区，由于工程勘察中对水文地质问题研究不深人，设计中又忽视了水文地质问题，经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题，令勘察和设计处于难堪的境地。为提高工程勘察质量，在工程勘察中不仅要求查明与岩上工程有关的水文地质问题，评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响，更要提出预防及治理措施的建议，为设计和施工提供必要的水文地质资料，以消除或减少地下水对岩土工程的危害。 1） 工程地质勘察中水文地质评价内容在以往的工程勘察报告中，由于缺少结合基础设计和施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害，在很多地区已发生多起因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故，总结以往的经验和教训，我认为今后在工程勘察中，对水文地质问题的评价，主要应考虑以下内容：(1) 应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响，预测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施。(2)程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要，查明有关水文地质问题，提供选型所需的水文地质资料。(3)应从工程角度，按地下水对工程的作用与影响，提出不同条件下应当着重评价的地质问题，如：对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性。对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的的建筑场地，应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用。(在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉上时，应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。当基础下部存在承压含水层，应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。在地下水位以下开挖基坑，应进行渗透性和富水性试验，并评价由于人工降水引起土体沉降、边坡失稳进而影响周围建筑物稳定性的可能性。 2）岩土水理性质岩土水理性质是指岩士与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩：匕重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仪影响岩土的强度和变形，而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩：t 的物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却有所忽视，因而对岩土工程地厨 质的评价是不够全面的。岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质，下面首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响，然后再对岩土的几个重要的水理性质及 f 究测试方法进行简单的介绍。(1)地下水的赋存形式：地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种，其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。(2)岩土的主要的水理性质及其测试办法：软化性，是指岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般用软化系数表示，它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时，在地下水的怍用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性上层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。透水性，是指水在重力作片下，岩土容许水透过自身的性能。松散岩上的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示，岩上体的渗透系数可通过抽水试验求取。崩解性，是指岩 浸水湿化后，由于土粒连接被削弱，破坏，使土体崩敞、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大，以广东地区的残积土为例，一般崩解时间 524h，崩解量 17934，以蒙脱石、水云母、高岭土为丰的践积土以散开方式崩解，而以石英为主的残积：多以裂开状崩解为主。给水性，是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水 的性能，以给水度表示。给水度是含水层的个重要水文地质参数，也影响场地疏 f 时间。给水度一般采用实验室方法测定。胀缩性，是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩石的帐缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产牛地裂缝、綦坑隆起的重要原因之一，对地基变形和坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有：膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性、容水性、毛细管性、町塑性等等，在这里不再一一叙述。 3 地下水引起的岩土工程危害地下水引起的岩土工程危害，主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。31 地下水升降变化引起的岩土工程危害地下水位变化可由天然因素或人为因素引起，但不管什么原因，当地下水位的变化达到一定程度时，都会对岩土工程造成危害，地下水位变化引起危害又可分为三种方式：(1)水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的，其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响，有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工程可能造成：土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质现象。一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。 引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂，管涌等现象。地下洞室充水淹没，基础上浮，建筑物失稳。(2)地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的，如集中大量抽取地下水采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝，修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降，常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题，对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。(3) 地下水频繁升降对岩土工程造成的危害。地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，当地下水升降频繁时不仅使岩上的膨胀收缩变形往复，而且会导致岩十的膨胀收缩幅度不断加大，进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替，会将土层中的胶结物?一铁、铝成分淋失，土层失去胶结物将造成土质变松、含水量孔隙比增大，压缩模量、承载力降低，给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。（4）地下水动压力作用引起岩土工程危害地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，一般不会造成什么危害，但在人为工程活动中由于改变-r 地下水天然动力平衡条件，在移动的动水压力作用下，往往会引起一些严重的岩土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。流砂、管涌、基坑突涌的形成条件和防治措施在有关的工程地质文献 已有较详细的论述，这里不再重复. 在拟建厂区范围勘察深度范围内未遇稳定的地下水，据调查，场地稳定地下水位在20.0米左右，年水位变幅值2.0米左右，属基岩裂隙水，受大气降水补给，地下水对基础开挖无影响。 （四）区域地质构造 泰安市区域地质构造属鲁西旋卷构造体系，境内有燕山期多次构造活动形成的四条弧形大断裂。泰安、南留断裂在境内，新泰、肥城断裂部分伸入境内，泰安断裂向南凸出，其它三条断裂均向北凸出。各断裂有内外两条平行断层构成，并有多条直交的横强断层和斜交的扭性断层派生，每断裂弧北侧形成太古界与古生界断块隆起，南侧形成新生界断陷沉降盆地。泰安断裂北侧为泰山凸起，南侧为泰莱盆地；新泰断裂北侧为徂徕山隆起，南侧为楼德、西住盆地；肥城断裂东南收敛段出露本县。 泰安市大地构造位置在断块构造分区上处于华北断块鲁西断块中部，拟建厂区属丘陵地段，厂区内无断裂带。 （五）场地地层结构本次勘察最大揭露深度为15.0米，地层结构单一，主要表土、残积土强风化泥灰岩组成，自上而下公分三层，现分述如下: 表层土：褐黄色，松散，稍湿湿，成分以粘土为主，含植物根及碎石，厂区普遍分布，厚度：0.301.20m，平均0.44m。 层残积土：黄色，具有粘性土的特性，局部风化呈细粉砂状，见强风化碎块，厂区东部分布，厚度：0.50-3.10m，平均1.32m，噌地标高；137.20-140.80m，平均139.19m，层底埋深0.90-3.50m，平均1.77m，标准贯入试验6次，平均14.5击。 层泥灰岩：紫色，紫红色，浅紫色，强风化，夹中风化薄层，成分以方解石为主，白云石，粘土矿物次之，钙质胶结，隐晶质结构，块状构造，具水平层理，岩芯呈碎块状，短柱状，裂隙发育。该层未穿透。动力触探16次，属软岩类，掩体基本质等级为V级。 （六）场地地基土（岩）的分析与评价建筑工程地基岩土的分类： 根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）有关规定，作为建筑地基基础岩土，可以分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。在实际工程建设中，由于工程地址条件复杂多变、岩土的工程性质极为多样，差别很大，对地基岩土进行工程分类十分必要。岩土工程勘察规范（GB50021-2001）附录A：岩土的分类和鉴定，在“定性分类”中规定了锤击难易、回弹程度、吸水反应、野外特征、可挖可钻性等简单易行的的方法，工程技术人员可以直观地对地基岩土进行鉴定和划分。附录A 岩土分类和鉴定表A.0.1 岩石坚硬程度等级的定性分类坚硬程度等级定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎，基本无吸水反应末风化微风化的花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英、砂岩硅质、砾岩硅质石灰岩等较硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，l 微风化的坚硬岩；稍震手，较难击碎，有轻微吸水反应2 未风化微风化的大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等软质岩较软岩锤击声不清脆；无回弹，较易击碎，浸水后指甲可刻出印痕1 中等风化强风化的坚硬岩或较硬岩；2 未风化微风化的凝灰岩、千枚岩、泥灰岩、砂质泥岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎，浸水后手可掰开1 强风化的坚硬岩或较硬岩；2 中等风化强风化的较软岩；3 未风化微风化的页岩、泥岩、泥质砂岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎，浸水后可捏成团1 全风化的各种岩石；2 各种半成岩表A.0.2 岩体完整程度的定性分类完整程度结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型组数平均间距(m)完整12 1.0结合好或结合一般裂隙层面整体状或巨厚层状结构较完整12 1.0结合差裂隙、层面块状或厚层状结构231.00.4结合好或结合一般块状结构较破碎231.00.4结合差裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚层状结构30.40.2结合好镶嵌碎裂结构结合一般中、薄层状结构破碎30.40.2结合差各种类型结构面裂隙块状结构0.2结合一般或结合差碎裂状结构结合很差无序结合很差散体状结构注：平均间距指主要结构面(12组)间距的平均值。表A.0.3 岩石按风化程度分类风化程度野外特征风化程度参数指标波速比Kv风化系数Kf未风化岩质新鲜偶见风化痕迹0.91.00.91.0微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙0.80.9 0.80.9中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进0.60.80.40.8强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进0.40.6 0.4全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进0.20.4-残积土组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性N30为全风化；N30为残积土； 5 泥岩和半成岩，可不进行风化程度划分。表A.0.6 碎石土密实度野外鉴别密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻性松散骨架颗粒质量小于总锹可以挖掘，井壁易坍塌，从井钻进较易，钻杆稍有跳动，孔壁