岩土工程地质勘察第十一章

1、 第十一章第十一章 天然建筑材料的岩土工程勘察天然建筑材料的岩土工程勘察 第一节第一节 概述概述 一、意义一、意义 修建各种类型的修建各种类型的 工程建筑物一定数量和质量的天然建筑材料，如石料、砂工程建筑物一定数量和质量的天然建筑材料，如石料、砂料和土料等。这些建筑材料都是料和土料等。这些建筑材料都是 地质历史的产物，一般需要加工，主要成分石地质历史的产物，一般需要加工，主要成分石花在开采和运输方向。建筑越大花在开采和运输方向。建筑越大 ，所需材料越多。特别是大型水利工程建筑物，所需材料越多。特别是大型水利工程建筑物，常需数以百万立方米计的天然建筑材料。在建筑场地附近是否有数量足够、质量常需数

2、以百万立方米计的天然建筑材料。在建筑场地附近是否有数量足够、质量符合要求的天然建筑材料，不仅影响着建筑物的造价，有时还会影响建筑物类型符合要求的天然建筑材料，不仅影响着建筑物的造价，有时还会影响建筑物类型和结构选择。因此，在为这类建筑物进行岩土工程勘察时，就更有必要进行天然和结构选择。因此，在为这类建筑物进行岩土工程勘察时，就更有必要进行天然建筑材料的普查与勘探。建筑材料的普查与勘探。 二、天然建材的分类与作用二、天然建材的分类与作用 1、条石：是从采石场人工凿出来的形状比较规则的条形石块。广泛的用于条石、条石：是从采石场人工凿出来的形状比较规则的条形石块。广泛的用于条石重力坝和条石拱坝、地下

3、建筑衬砌等方面。重力坝和条石拱坝、地下建筑衬砌等方面。 2、块石：亦称片石，使用作堆石坝和堆石围堰的主要材料，也用于砌筑圬工基、块石：亦称片石，使用作堆石坝和堆石围堰的主要材料，也用于砌筑圬工基础和础和 桥梁墩台、挡土墙以及铺砌排水建筑物等；当卵砾石料桥梁墩台、挡土墙以及铺砌排水建筑物等；当卵砾石料 缺乏时，也用块石缺乏时，也用块石作为制造碎石的原料，某些具有特殊成分的块石如石灰岩、白云岩、泥灰岩和泥作为制造碎石的原料，某些具有特殊成分的块石如石灰岩、白云岩、泥灰岩和泥岩等又是制造水泥的原料。岩等又是制造水泥的原料。第二节第二节 天然建筑材料的质量要求天然建筑材料的质量要求一、堆石坝和砌石坝所

4、用的块石和条石一、堆石坝和砌石坝所用的块石和条石 堆石坝，砌石坝所需用的块石，条石应是坚硬的岩石，其抗风化堆石坝，砌石坝所需用的块石，条石应是坚硬的岩石，其抗风化( (在北方还包在北方还包括抗冻括抗冻) )性强，在水的作用下不致软化或膨胀。经过专门试验后，再结合坝型和坝性强，在水的作用下不致软化或膨胀。经过专门试验后，再结合坝型和坝高的要求来确定其是否适用。高的要求来确定其是否适用。二、用作混凝土骨料的卵砾石和砂二、用作混凝土骨料的卵砾石和砂 混凝土是以水泥、砂、砾石混凝土是以水泥、砂、砾石( (或碎石或碎石) )加水搅拌后凝固而成的人造石，其中砂、加水搅拌后凝固而成的人造石，其中砂、砾石是骨

5、架，而水泥则为胶结材料，为了保证胶结牢固而又不浪费水泥、凝固后砾石是骨架，而水泥则为胶结材料，为了保证胶结牢固而又不浪费水泥、凝固后的混凝土有较高的强度，用作骨料的卵砾石和砂，在成分和性质方面应分别符合的混凝土有较高的强度，用作骨料的卵砾石和砂，在成分和性质方面应分别符合下述要求。下述要求。( (一一) )卵砾石或碎石卵砾石或碎石 组成卵砾石或碎石的岩石应坚硬，软弱岩石的碎块含量应少于组成卵砾石或碎石的岩石应坚硬，软弱岩石的碎块含量应少于5 5，不得含有，不得含有粘土团块，砾石表面不得附有粘土膜，蛋白石与胶体状硅化物的含量不得超过粘土团块，砾石表面不得附有粘土膜，蛋白石与胶体状硅化物的含量不得

6、超过8 8，硫酸盐及硫化物含量硫酸盐及硫化物含量( (换算成换算成SOSO3 3) )应小于应小于1 1，应尽可能不含有机质成分。松散密，应尽可能不含有机质成分。松散密度应大于度应大于1.61.6X10X103 3Kg/mKg/m3 3 。 为了节约水泥用量，要求砾石间的孔隙体积很小，因此砾石应是混粒的，通为了节约水泥用量，要求砾石间的孔隙体积很小，因此砾石应是混粒的，通常用一套标准筛来测定砾石的颗粒级配。标准筛由孔径为常用一套标准筛来测定砾石的颗粒级配。标准筛由孔径为8080、4040，2020、1010、5mm5mm的的筛组成筛组成。图图6 61 1中的斜线中的斜线部分为符合要求的级配。部

7、分为符合要求的级配。 砾石的粒度模数可按下式计算：砾石的粒度模数可按下式计算： 式中，式中，M MT T为砾石的力度模数；为砾石的力度模数；A A8080、A A4040、A A2020、A A5 5分别为孔分别为孔径为径为8080、4040、2020，5mm5mm筛上各累积筛余百分数，筛上各累积筛余百分数，5 5为孔径为孔径小于小于5mm5mm的各筛上累积筛余百分数的总和。的各筛上累积筛余百分数的总和。( (二二) )砂砂 拌混凝土的砂不能拌混凝土的砂不能过细过细也不能也不能过过粗，而宜用混合砂。粗，而宜用混合砂。通常是采用一套通常是采用一套专门筛进专门筛进行行筛筛分来分来评评价混合砂的价混

8、合砂的级级配是配是否适宜。否适宜。这这套套专门筛专门筛是由孔径是由孔径为为5.05.0、2.52.5、1.21.2、0.60.6、0 03 3和和0.15mm0.15mm的的筛组筛组成。通成。通过过某一某一筛筛和不能通和不能通过过某一某一筛筛的的颗颗粒含量粒含量应应符合符合图图6 62 2的的要求，图中有斜线的部分即要求，图中有斜线的部分即为符合要求的级配。为符合要求的级配。 砂料是否符合要求，还可用粒度模数和平均粒径来表示。符合要求的砂料其砂料是否符合要求，还可用粒度模数和平均粒径来表示。符合要求的砂料其粒度模数为粒度模数为2.52.53.53.5，若小于，若小于2 2则不宜采用，平均粒径则

9、以则不宜采用，平均粒径则以0.350.350.45mm0.45mm为宜。为宜。砂料的粒度模数可按下式计算：砂料的粒度模数可按下式计算： 式中，式中，M Mn n表示砂料的粒度模数，表示砂料的粒度模数，A A2.52.5、A A1.21.2、A A0.60.6、A A0.30.3和和A A0.150.15分别系孔径为分别系孔径为2.52.5，1.21.2、0.60.6、0.30.3和和0.15mm0.15mm各筛上的累积筛余百分数。各筛上的累积筛余百分数。三、用于反滤层的砂和砾石三、用于反滤层的砂和砾石 反滤层的作用是预防潜蚀，它必须顺利地排水以降低孔隙水压，又必须能阻反滤层的作用是预防潜蚀，它

10、必须顺利地排水以降低孔隙水压，又必须能阻止细颗粒通过反滤层的孔隙随水流走。所以它必须具有较强的渗透性而又不被溶止细颗粒通过反滤层的孔隙随水流走。所以它必须具有较强的渗透性而又不被溶解和自行淤塞。解和自行淤塞。 其具体要求是：卵砾石应未经凤化且耐风化、坚硬、不易为水所软化和溶解，其具体要求是：卵砾石应未经凤化且耐风化、坚硬、不易为水所软化和溶解，渗透性大，其渗透系数至少应为被保护土渗透系数的渗透性大，其渗透系数至少应为被保护土渗透系数的5050一一100100倍，有机质含量和倍，有机质含量和可溶盐的含量与坝体土料的要求相同；砾石、卵石应有较高的抗冻性，卵砾石本可溶盐的含量与坝体土料的要求相同；砾

11、石、卵石应有较高的抗冻性，卵砾石本身的孔隙率最好不超过身的孔隙率最好不超过4 43 3砂和砾石中粒径小于砂和砾石中粒径小于0 0。lmmlmm的颗粒的颗粒( (即含泥量即含泥量) )不应大不应大于于5 5，且不应含有大量粒径小于，且不应含有大量粒径小于0.05mm0.05mm的粉土和粘土颗粒，如含量超过上述要的粉土和粘土颗粒，如含量超过上述要求，应进行淘洗和过筛分选。求，应进行淘洗和过筛分选。四、用于道渣材料的砾石及砂四、用于道渣材料的砾石及砂 最好韵道渣材料是碎石。天然产出的卵砾石经过筛选并掺入适量碎石也可作最好韵道渣材料是碎石。天然产出的卵砾石经过筛选并掺入适量碎石也可作为较好的道渣材料，

12、要求的技术指标如表为较好的道渣材料，要求的技术指标如表6 66 6和表和表6 67 7所示。所示。五、用于土坝的土料五、用于土坝的土料 ( (一一) )均质土坝均质土坝 ( (二二) )非均质土坝非均质土坝第三节第三节 天然建筑材料的储量计算天然建筑材料的储量计算一、储量计算的精度和数量要求一、储量计算的精度和数量要求 不同勘察阶段，对计算储量与实际储量间误差的要求是不同的，计算储量数不同勘察阶段，对计算储量与实际储量间误差的要求是不同的，计算储量数与超过设计需要量的倍数也是不同的。与超过设计需要量的倍数也是不同的。 踏勘阶段一般只提出踏勘阶段一般只提出C C级储量，由于此时勘探资料较少，误差

13、较大，但不应级储量，由于此时勘探资料较少，误差较大，但不应超过产地实际储量的超过产地实际储量的40405050。勘探储量不得少于设计需要的。勘探储量不得少于设计需要的3 3倍。倍。 初查阶段应提出初查阶段应提出S+CS+C级储量，其误差应不超过级储量，其误差应不超过4040，勘探储量应为设计需要，勘探储量应为设计需要量的量的2.52.53 3倍。倍。 详查阶段要提出止详查阶段要提出止+Z+Z级储量，误差不得超过级储量，误差不得超过1515。勘探储量与设计需要量的。勘探储量与设计需要量的比率为：土料比率为：土料1 15 52 2倍，混凝土用的砂砾石料倍，混凝土用的砂砾石料2 22 25 5倍，块

14、、条石料倍，块、条石料2 23 3倍。倍。 二、储量计算的依据条件二、储量计算的依据条件( (一一) )可采层界限的确定可采层界限的确定 可采层的界限可分为上、下限和侧限。上限一般以上复剥离层的底板为界；可采层的界限可分为上、下限和侧限。上限一般以上复剥离层的底板为界；下限则以可采层的下界面为止，当可采层的厚度较大，一部分又处在地下水位以下限则以可采层的下界面为止，当可采层的厚度较大，一部分又处在地下水位以下时，则可分为水上储量和水下储量，两者的界限一般以枯水期的地下水位为准，下时，则可分为水上储量和水下储量，两者的界限一般以枯水期的地下水位为准，此界面及其以下直到可能开采的最大深度为止即为水

15、下储量的上下限，侧限则根此界面及其以下直到可能开采的最大深度为止即为水下储量的上下限，侧限则根据可采层的延伸情况结合周围地形和已有建筑物情况进行考虑。对可采层范围内据可采层的延伸情况结合周围地形和已有建筑物情况进行考虑。对可采层范围内的无用夹层，应按其实际厚度划出，计算时应从可采层中扣除。的无用夹层，应按其实际厚度划出，计算时应从可采层中扣除。 ( (二二) )分类储量计算分类储量计算 如果可采层的各个部分，天然建筑材料的性质有较大变化如果可采层的各个部分，天然建筑材料的性质有较大变化( (特别是在垂直方特别是在垂直方向上向上) )时，统一计算会影响成果的准确性，也会影响材料的质量，故应按材料

16、性时，统一计算会影响成果的准确性，也会影响材料的质量，故应按材料性质进行粗略地分类，分别计算出各类的储量。若可采层的厚度不大，也可不必分质进行粗略地分类，分别计算出各类的储量。若可采层的厚度不大，也可不必分类。类。 ( (三三) )划出圈定范围内的非开采地段划出圈定范围内的非开采地段这主要是指具有以下情况的地段：这主要是指具有以下情况的地段： 1 1可采层厚度小于极限可采厚度；可采层厚度小于极限可采厚度； 2 2剥离层或无用夹层过厚；剥离层或无用夹层过厚； 3 3可采层质量降低乃至不符合质量要求。可采层质量降低乃至不符合质量要求。 三、三、储储量量计计算的方法算的方法 ( (一一) )平均厚度

17、法平均厚度法 当地形平坦，可采当地形平坦，可采层层厚度比厚度比较稳较稳定、勘探点布置均匀定、勘探点布置均匀时时，采用此法很容易用，采用此法很容易用算算术术平均平均值法求得可采层的平均厚度，乘以根据可采层的界限而确定的计算面积，值法求得可采层的平均厚度，乘以根据可采层的界限而确定的计算面积，即可得到体积。即可得到体积。 ( (二二) )平行断面法平行断面法 当可采层稍有倾斜，勘探坑孔布置基本为互相平行的勘探线时，即可用勘探当可采层稍有倾斜，勘探坑孔布置基本为互相平行的勘探线时，即可用勘探断面来控制储量计算。根据各断面可采层的长度和厚度，即可算出各断面上可采断面来控制储量计算。根据各断面可采层的长

18、度和厚度，即可算出各断面上可采层的面积层的面积F F1 1、F F2 2，相邻断面间距上：，相邻断面间距上：L L1 1、L L2 2是知道的，这样就可逐个算出是知道的，这样就可逐个算出相邻两断面间可采层的体积相邻两断面间可采层的体积V V1 1、V V2 2, ,即：即：把把V Vl l、V V2 2相加，即可得到该产地某一可采层体积之总和。相加，即可得到该产地某一可采层体积之总和。( (三三) )三角形法三角形法 当当产产地的地形高差地的地形高差变变化化较较大，可采大，可采层层厚度不厚度不稳稳定，勘探坑孔定，勘探坑孔间间距不等或勘探距不等或勘探线线不不够规则时够规则时，可将各勘探点相互，可

19、将各勘探点相互连连成三角形成三角形酽酽h h各个三角形的面各个三角形的面积积乘其三个乘其三个顶顶点的可采点的可采层层平均厚度，即可分平均厚度，即可分别别求得各三角形范求得各三角形范围围内可采内可采层层的体的体积积，然后逐一相，然后逐一相加即可得到可采加即可得到可采层层的的总总体体积积。( (四四) )等等值线值线法法 当勘探坑孔的数量很多，足以精确地画出开采当勘探坑孔的数量很多，足以精确地画出开采层层的等厚的等厚线时线时，用等，用等值层间值层间的的面面积积乘以相乘以相应应的可采的可采层层厚度，即可逐步厚度，即可逐步计计算出可采算出可采层层的体的体积积。第四节第四节 天然建筑材料的开采、及运输条

20、件的研究天然建筑材料的开采、及运输条件的研究 研究开采条件时，首先应考虑开采层厚度和剥离层厚度之比，它直接影响开研究开采条件时，首先应考虑开采层厚度和剥离层厚度之比，它直接影响开采的难易程度和经济合理性。一般认为二者之比大于采的难易程度和经济合理性。一般认为二者之比大于4 4：1 1时，则开采该天然建筑时，则开采该天然建筑材料在经济上是合理的。开采层的厚度最好不小于材料在经济上是合理的。开采层的厚度最好不小于3m3m，过薄则不易开采、不经济。，过薄则不易开采、不经济。剥离层的厚度主要取决于开采层的产状和地形特征，其次应研究水文地质条件，剥离层的厚度主要取决于开采层的产状和地形特征，其次应研究水

21、文地质条件，在地下水位以下开采非常困难，开采工作的成本也因此而显著提高，甚至使得开在地下水位以下开采非常困难，开采工作的成本也因此而显著提高，甚至使得开采工作不符合经济合理的原则。与开采层有联系的地表水位对开采条件也很重要，采工作不符合经济合理的原则。与开采层有联系的地表水位对开采条件也很重要，在选择产地时也应考虑在选择产地时也应考虑 。 研究加工条件研究加工条件时时，主要，主要应应考考虑虑海洗条件，因此开采海洗条件，因此开采场场与取水地的配合非常与取水地的配合非常重要重要 在研究运在研究运输输条件条件时时，既要比，既要比较较运送距离的运送距离的远远近，也要比近，也要比较较运送的方式。如运送的

22、方式。如有无运有无运输输干干线线，能否采用溜索或，能否采用溜索或缆车缆车，能否采用浮运等。，能否采用浮运等。第五节第五节 天然建筑材料的勘察要点天然建筑材料的勘察要点一、天然建筑材料的普查一、天然建筑材料的普查( (一一) )石料的普查工作石料的普查工作 应以应以1 1：10000100001 1：2500025000的地质岩性图为依据，如不具备此条件，在普查时的地质岩性图为依据，如不具备此条件，在普查时应配合进行地质测绘工作。调查工作主要沿沟谷进行，若沟谷是垂直岩层走向发育应配合进行地质测绘工作。调查工作主要沿沟谷进行，若沟谷是垂直岩层走向发育的就更理想。在已发现的石料露头带首先应确定其技术

23、性质，并研究其产状看是否的就更理想。在已发现的石料露头带首先应确定其技术性质，并研究其产状看是否可以采用露天开采。可以采用露天开采。( (二二) )松散材料的普查工作松散材料的普查工作 应以详细韵第四纪地质图为依据，若无此类图件，在普查中应同时进行详细应以详细韵第四纪地质图为依据，若无此类图件，在普查中应同时进行详细的第四纪地质和地貌测绘。由于这些材料主要产于河漫滩和河阶地上，因此首要的的第四纪地质和地貌测绘。由于这些材料主要产于河漫滩和河阶地上，因此首要的工作是寻找开阔的河漫滩和阶地，研究其宽度、结构、疏松土石的厚度，并初步鉴工作是寻找开阔的河漫滩和阶地，研究其宽度、结构、疏松土石的厚度，并初步鉴定材料的质量。定材料的质量。 二、天然建筑材料的勘探二、天然建筑材料的勘探( (一一) )石料产地的勘探石料产地的勘探 勘探石料产地时，应探明剥离层的厚度及其变化、开采层性质的变化，并