岩土工程勘察和测试技术

第三章岩土工程勘察和测试技术,一、岩土工程勘察的重要性二、岩土工程勘察阶段三、岩土工程勘察技术与方法四、岩土工程勘察报告书的编写内容,本章主要内容,1.目的：查明影响工程建筑物的地质因素而进行地质调查研究工作。2.基本原则：坚持为工程服务，有明确的目的性和针对性。3.要求：按勘察阶段的要求，正确反映工程地质条件，提出工程地质评价，为设计、施工提供依据。4.基本方法：工程地质测绘、工程地质勘探与取样、工程地质现场测试与长期观测，工程地质资料室内整理等。,第一节岩土工程勘察的重要性,5.任务：（1）调查工程建设区域的地形地貌；（2）调查工程建设区域的地层条件；（3）调查工程建设区域的地质构造；（4）查明工程建设区域的水文及水文地质条件；（5）确定工程建设区域内有无不良地质现象；（6）测定地基土的物理力学性质指标；（7）在地震设防区划分场地土类型和场地类别；（8）推荐承载力和变形计算参数；,第一节岩土工程勘察的重要性,工程地质勘察阶段,建筑工程地质勘察也称为岩土工程勘察,可行性研究勘察符合选址或确定场地要求；初步勘察符合初步设计或扩大初步设计要求；详细勘察符合施工图设计要求；技术设计与施工勘察场地条件复杂或有特许要求。,各个阶段都有具体任务、应解决的问题、重点工作内容、工作方法、工作量等，遵从规范、手册。,第二节岩土工程勘察阶段,工程地质勘察阶段,可行性研究勘察阶段选址阶段，应对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价，应避开下列地区（地段）：1）不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁；2）地基土性质严重不良的；3）对建（构）筑物抗震危险的；4）洪水或地下水对建（构）筑物有严重不良影响的；5）地下有未开采的有价值矿藏或未稳定的地下采空区的。,第二节岩土工程勘察阶段,工程地质勘察阶段,本阶段要求（内容）：（1）收集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验；（2）在收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、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件；（3）对工程地质条件复杂，已有资料不能符合要求，但其他条件较好且倾向于选取的场地，应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探工作；（4）当有两个或两个以上拟选场地时，应进行比选分析。,第二节岩土工程勘察阶段,初步勘察阶段场地内建筑地段的稳定性做出岩土工程评价（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；（4）对抗震设防烈度大于等于6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。,第二节岩土工程勘察阶段,工程地质勘察阶段,详细勘察阶段密切结合技术设计或施工图设计；按不同建构筑物或建筑群提供详细的工程地质资料和设计所需要的岩土技术参数；对建筑地基作出岩土工程评价；为基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证、结论和建议。,第二节岩土工程勘察阶段,工程地质勘察阶段,技术设计与施工勘察阶段技术设计的勘察任务：主要是针对某些专门性工程性质问题进行补充性的分析；施工勘察工作：主要是解决施工过程中出现的新的工程地质问题，观察开挖过程中揭露的地质现象，检验勘察资料的准确性，并布置工程地质监测工作。,第二节岩土工程勘察阶段,工程地质测绘,综合性地质测绘1.任务：在地形图上填绘出测区工程地质条件。工程地质勘察=测绘+勘探+试验。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质测绘,综合性地质测绘,2.内容及比例尺内容：包括工程地质条件的所有要素：地层、岩性、构造、地貌、水文地质条件、物理地质现象已有建筑物变形破坏、建筑经验、天然建筑材料质量及分布等；比例尺：（1）小比例尺：1：5,000-1：50,000，可研阶段；（2）中比例尺：1：2,000-1：5,000，初勘阶段；（3）大比例尺：1：100-1：1,000，详勘阶段，复杂条件，特殊问题。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质测绘,综合性地质测绘,3.测绘方法：1）像片成图法：航卫片调绘；2）实地测绘法（1）路线法；（2）布点法；（3）追索法。,第三节岩土工程勘察技术与方法,遥感技术在工程地质测绘中的应用,电磁辐射理论-探测技术-接收、传送、处理-卫星照片+航空照片,1.应用方法：（1）初步解译（2）野外踏勘和验证（3）成果成图2.遥感影像资料的比例尺（1）航片比例尺：1：25,000-1：100,000；（2）卫星影像不同时间多波段，1：250,000-1：500,000；（3）热红外图像，不小于1：50,000。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,工程地质勘探工作一般是在测绘工作基本完成后，根据测区内的综合条件，有针对性的布置勘探点、勘探深度的。用勘探工作的成果补充、检验和修改调查测绘工作的成果。常用的勘探方法有三类：坑探、槽探、钻探、触探和地球物理勘探。1.坑探、槽探最简易的勘探方法，常用的有剥土、槽探、坑探等，注意回填。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,2.钻探采用钻探机具对深部的工程地质条件进行揭露的一种工作方法。它分为轻便钻探和钻探两种。轻便钻探利用洛阳铲、锥探和小螺纹钻等进行钻探的方法；钻探一般是利用大型钻机进行钻探的方法，常用的钻机是机械回转钻机。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,2.钻探,钻探过程包括三个基本程序：A破碎岩土：采用人力和机械方法，使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯，破碎一般是借助冲击力、剪切力、研磨和压力来实现的。B采取岩土：用冲洗液（或压缩空气）将孔底破碎的碎屑冲到孔外，或者用钻具（抽筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等）靠人力或机械将孔底的碎屑或样心取出于地面。C保全孔壁：一般采用套管或泥浆来护壁。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,2.钻探,钻进方法有以下四种：A冲击钻进：采用底部圆环状的钻头，将钻具提升到一定高度，利用钻具自重，迅猛放落，钻具在下落时产生冲击动能，冲击孔底岩土层，使岩土达到破碎。B回转钻进：采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进中施加钻压，使钻头在回转中切入岩土层，达到加深钻孔的目的。C振动钻进：采用机械动力所产生的振动力，通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。D综合式钻进：综合冲击回转两种钻进方法；在钻进过程中，钻头克取岩石时，施加一定的动力，对岩石产生冲击作用，使岩石的破碎速度加快，同时由于冲击力的作用使硬质合金刻人岩石深度增加，在回转中将岩石剪切掉。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,3.触探,1）静力触探静力触探探头可分为单桥探头和双桥探头两种。静力触探实验借静压力将触探头压入土层，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,3.触探,2）动力触探动力触探可分为圆锥动力触探和标准贯入实验两种。动力触探一般是将一定质量的穿心锤以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，并以此来判断土的性质。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,4.地球物理勘探,1）电法勘探电法勘探可分为自然电场法和人工电场法两种。工程地质勘探中常采用人工电场法的电阻率法，它主要利用仪器测定岩、土体导电性的差异来识别地质情况的一种方法；,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,4.地球物理勘探,2）弹性波法弹性波法包括地震勘探、声波及超声波探测。它是人式激发振动，来研究地质体中的传播规律，以判定地质情况、岩体状态及特性。,3）地球物理测井地球物理测井是利用地层之间的物性差异，采用不同的物理方法，了解钻井中的地质和水文地质情况的方法。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质勘探,4.地球物理勘探,4）地质雷达地质雷达是一种高频电磁波，利用电磁波在不同介质中的传播规律，探明地质条件的一种方法。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质试验方法,室内实验,现场原位测试,原位测试：在岩土体原有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质。土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层一种土工勘察技术。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质原位测试,工程地质试验方法,室内实验,现场原位测试,室内试验有不足之处：饱和软土层，受到不同程度的扰动；某一深度样，应力状态发生了很大的变化；试验设备性能及操作上的误差；饱和状态的砂质粉土和砂土根本取不上原状试样。所以，为了取得准确可靠的力学计算指标，在工程地质勘察中，必须进行一定的、相应数量的现场原位测试。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质原位测试,原位测试优点：(1)可以测定难以取得不扰动土样(如饱和砂土、粉土、流塑淤泥及淤泥质土层等)的有关工程力学性质；(2)可以避免取样过程中应力释放的影响，(3)原位测试的土体影响范围远比室内试验大(4)可大大缩短地基土层勘察周期。,自钻式旁压仪,第三节岩土工程勘察技术与方法,原位测试不足之处：各种原位测试都有其适用条件，使用不当则会影响其效果；有些原位测试所得参数与土的工程力学性质问的关系往往是建立在统计经验关系上；另外，影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定位的准确判定造成一定的困难；还有，原位测试中的主应力方向往往与实际岩土工程中的主应力方向并不致等。因此，土的室内试验与原位测试，两者各有其独到之处，在全面研究土的各项性状中，两者不能偏废，而应相辅相成。,第三节岩土工程勘察技术与方法,工程地质现场原位测试的主要方法有：静力载荷试验、触探试验、剪切试验、地基土动力特性试验、现场渗透试验等。以实际结构物为对象在现场工程地质条件下按初步设计的荷载条件进行试验，称之为原型试验。,第三节岩土工程勘察技术与方法,土体原位测试方法可以归纳为下列两类：(1)土层剖面测试法：主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验及波速法等。土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。(2)专门测试法：主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、静力触探试验、十字板剪切试验等。土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。其精度超过室内试验的成果。,第三节岩土工程勘察技术与方法,土体原位测试的应用根据不同的测试方法，其应用可归纳为：（1）土层土类划分；（2）求天然地基承载力；（3）测定土的物理力学性质指标；（4）在桩基勘察中的应用；（5）评价砂土和粉土的地震液化；（6）求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等；（7）检验压实填土的质量及强夯效果；（8）进行浅基础的沉降计算；（9）其它。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验的基本原理和意义,静力载荷试验就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验的基本原理和意义,静力载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似，而且直接对天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验。所以，对于建筑物地基承载力的确定，比其他测试方法更接近实际；当试验影响深度范围内土质均匀时，用此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验的基本原理和意义,p-s曲线，三个阶段：第I阶段：从p-s曲线的原点到比例界限压力p0(临塑压力)。直线变形阶段。也称压密阶段。第II阶段：从临塑压力p0到极限压力pu，p一s曲线由直线关系转变为曲线关系，局部剪切阶段。第III阶段：极限压力pu以后，沉降急剧增加。破坏阶段。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验的基本原理和意义,静力载荷试验可用于下列目的：确定地基土的临塑荷载p0、极限荷载pu，为评定地基土的承载力提供依据；估算地基土的变形模量Eo、不排水抗剪强度cu和基床反力系数K。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验的装置,承压板：方形或圆形；加荷装置：压力源（重物加荷、油压千斤顶反压加荷）、荷载台架（反力架）；沉降观测装置：百分表、沉降传感器、水准仪等。,第三节岩土工程勘察技术与方法,1、地基土平板载荷试验可适用于确定地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。2、试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。3、加荷等级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。4、每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定,可加下一级荷载。5、当出现下列情况之一时，即可终止加载：（1）承压板周围的土明显地侧向挤出；（2）沉降S急骤增大，荷载-沉降(P-S)曲线出现现陡降段；（3）在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定；（4）沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。当满足前四种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。,静力载荷试验的基本技术要求,第三节岩土工程勘察技术与方法,主要有以下四种应用：确定地基土的承载力根据p-s曲线，按下列方法综合考虑。(1)强度控制法（拐点法）直线段的拐点所对应的压力p在饱和软土地基中p-s曲线拐点往往不明显。可用lgp-lgs曲线或p-曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限压力或临塑压力p0。,静力载荷试验资料的应用及其有关问题,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验资料的应用及其有关问题,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力载荷试验资料的应用及其有关问题,（2）相对沉降控制法s/b=0.01-0.015，沙土；s/b=0.02，高压缩性土。（3）极限荷载法若p0、pu接近，则地基承载力=pu/k,第三节岩土工程勘察技术与方法,桩载荷试验,单桩水平载荷试验,地基土水平载荷试验,其它类型的载荷试验,通过机械装置将一定规格的金属探头用静力压入土层中，同时量测土层对触探头的贯入阻力，判断、分析、确定地基土的物理力学性质。电传感器，静力触探曲线优点：连续、快速、准确缺点：不能直接观察、鉴别土层；因反力问题，测试深度不能超过80m；不适用于含碎石、砾石土层及密实砂。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力触探试验的主要技术要求,组成：贯入装置（含反力装置），可控制等速压贯入；传动系统（液压、机械）；量测系统（探头、电缆、电阻应变仪）类型：电动机械式静力触探仪、液压式静力触探仪、手摇轻型链式静力触探仪静力触探探头：单桥探头、双桥探头、孔压探头,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力触探的贯入机理,承载力理论分析孔穴扩张理论分析稳定贯入流体理论分析,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力触探试验的目的和适用条件,目的：（1）划分土层；（2）估算土层的物理力学参数；（3）评定地基土的承载力；（4）选择桩基持力层，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。适用条件：粘性土、粉土和砂土，设备的贯入能力必须满足测试土层性质、深度等需要，反力必须大于贯入总阻力。,第三节岩土工程勘察技术与方法,静力触探试验成果的应用,主要成果（1）比贯入阻力-深度曲线；（2）锥尖阻力-深度曲线；（3）侧摩阻力深度关系曲线；（4）摩阻比-深度关系曲线。应用（1）划分土层界线；（2）评定地基土的强度参数；（3）评定土的变形参数；（4）评定地基土的承载力；（5）预估单桩承载力。,第三节岩土工程勘察技术与方法,利用锤击功能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的阻力大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土做出工程地质评价。优点：设备简单、操作方便、工效较高，适应性广，连续贯入，碎石、砂、粉土；缺点：不能直接描述土样，误差较大，再现性差。,第三节岩土工程勘察技术与方法,动力触探的类型和规格,按锤击能量分为轻型、重型、超重型,第三节岩土工程勘察技术与方法,动力触探的技术要求,应采用自动落锤装置；触探杆最大偏斜度不超过1-2（5m）锤击间歇时间，应做记录；贯入15cm，且N1050时，停止试验；当N63.550击时，停止试验，改用超重型；N10和N63.5正常范围为3-50击，N120的正常范围为3-40击。,第三节岩土工程勘察技术与方法,动力触探试验的适用范围和目的,适用条件：强风化、全风化硬质岩石，各类软质岩石和土目的：定性评价：场地土层均匀性；查明土洞、滑动面和软硬土层界面；确定软硬或坚硬土层的分布；检验、评估地基土加固、改良的效果。定量评价：确定砂土的孔隙比、相对密实度、粉土和粘性土的状态、土的强度和变形参数，评定天然地基土承载力或单桩承载力。,第三节岩土工程勘察技术与方法,动力触探试验成果的应用,1.确定砂土和碎石土的密实度；2.确定地基土的承载力和变形模量；3.确定单桩承载力标准值Rk,第三节岩土工程勘察技术与方法,实质上仍属于动力触探类型。其探头为由两个半圆管合成的取土器贯入器。贯入阻力用贯入土层30cm的锤击数N63.5表示标贯击数。本试验对不易取样的砂土和砂质粉土物理力学性质评价具有独特意义。,第三节岩土工程勘察技术与方法,标准贯入试验设备规格,第三节岩土工程勘察技术与方法,标准贯入试验的技术要求,第三节岩土工程勘察技术与方法,标准贯入试验的目的和范围,目的：1）采取扰动土样，鉴别和描述土类，按颗粒分析结果定名；2）根据标贯击数N，利用地区经验，为砂土的密实度和粉土、粘性土的状态，土的强度参数，变形模量，地基承载力等作出评价；3）估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性；4）判定饱和粉沙、砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。适用范围：砂土、粉土和一般性粘土，最适用于N=2-50击的土层。,第三节岩土工程勘察技术与方法,标准贯入试验成果的应用,1.评定砂土的密实度和相对密度Dr；2.评定粘性土的状态；3.评定砂土抗剪强度指标4.评定粘性土的不排水抗剪强度Cu（kPa）；5.评定土的变形模量E0和压缩模量Es；6.确定地基承载力；7.估算单桩承载力8.评定饱和砂土的地震液化问题。,第三节岩土工程勘察技术与方法,十字板剪切试验是快速测定饱和软粘土层抗剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法，通常用以测定饱和黏性土的原位不排水抗剪强度。测得的抗剪强度值相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪强度。理论上，相当于三轴不排水剪的总强度，或无侧限抗压强度的一半。,第三节岩土工程勘察技术与方法,主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。具有下列优点：(1)不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠。(2)野外测试设备轻便，操作容易。(3)测试速度较快，效率高，成果整理简单。其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头。,第三节岩土工程勘察技术与方法,十字板剪切试验的基本技术要求,1.十字板尺寸：高径比（H/D）=2（100/50或150/75），厚度2-3mm；2.钻孔十字板剪切试验，十字板插入孔底以下深度大于5倍钻孔直径；3.十字板插入土中与开始扭剪的间歇时间小于5min；4.控制好扭剪速率：过慢，排水导致强度增长；过快，饱和软粘土凝滞效应导致强度增长；一般1-2/s。测记扭转1的扭矩。出现峰值或稳定值后，要继续测读1min，以确定峰值扭矩或稳定扭矩。,第三节岩土工程勘察技术与方法,十字板剪切试验的基本技术要求,5.重塑土的不排水抗剪强度，应在峰值强度或稳定值强度出现后，顺剪切扭转方向连续转动6圈后测定；6.测定精度应达到1-2kPa；7.测定软粘土不排水抗剪强度随深度的变化，试验点竖向间距取1m，或根据静力触探等资料布置试验点。,第三节岩土工程勘察技术与方法,十字板剪切试验的基本原理,十字板剪切试验,钻孔十字板剪切试验贯入电测十字板剪