第4章-工程地质勘察的理论和方法

1、第4章 工程地质勘察的理论和方法,第1节 基本要求 第2节 工程地质测绘与遥感技术的应用 第3节 工程地质勘探与取样 第4节 物探在工程地质勘察中的应用 第5节 工程地质测试 第6节 工程地质监测与反分析 第7节 工程地质模拟技术 第8节 勘察成果整理与应用,USTC,IGGCAS,工程建设的一般技术程序：,规划选址、选线； 预可行性研究：线、址和方案比较； 可行性研究：方案论证确定； 初步设计或施工图设计； 工程施工。,地质,施工,设计,第1节 基本要求,工程地质学为工程建设服务，是通过工程地质勘察来实现的。 运用地质、工程地质和相关学科的理论，按各类建筑物的要求，在有关规范指引下，采用各种

2、技术和手段，对建筑场地和工程环境进行勘察，获取有关的资料和数据； 在此基础上分析、论证工程地质条件和工程地质问题，做出工程地质评价，给设计和施工或后续勘察工作提供确切的依据。 基本要求：保证建筑物的安全、经济和正常使用以及与环境的协调发展。,一、工程地质勘察的任务,查明区域地质条件和建筑场地的工程地质条件 分析研究与建筑有关的工程地质问题 选择地质条件优良的建筑场址 为拟定改善和防治不良地质作用和现象的方案措施，做出论证和建议 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，提出保护措施的建议,二、工程地质勘察的阶段,水利水电工程地质勘察 规划勘察 可行性研究勘察 初步设计勘察 技施设计

3、勘察 工民建岩土工程勘察 可行性研究勘察（选址勘察） 初步勘察 详细勘察,原则： 范围逐渐缩小（区域到场地、地表到地下） 勘察工作愈益深化（一般性调查到专门性问题研究） 定性到定量,三、工程地质勘察的技术方法,工程地质测绘 基础工作 勘探：物探、钻探、坑探 工程地质测试：室内、原位 现场监测与反分析 工程地质模拟技术 物理模拟、数值模拟 勘察资料整理 总结性文件，包括：技术参数的分析与选定、工程地质分析评价、勘察成果报告及应附的图表,四、工程地质条件复杂程度,一般指的是区域地质条件和工程场地工程地质条件的复杂程度，是一个综合的概念。 工民建工程场地的划分： 简单场地 中等复杂场地 复杂场地 场

4、地工程地质条件愈复杂，所动用的方法愈多，工作量也愈大。,第2节 工程地质测绘与遥感技术的应用,一、工程地质测绘的意义和特点 在可行性研究和初步设计的勘察阶段进行 按研究内容分为： 综合性测绘 专门性测绘 特点： 围绕工程建设的要求研究各种地质现象和地质作用 要求精度较高 常采用大比例尺专门性测绘,二、工程地质测绘的范围、比例尺和精度,范围和比例尺的确定考虑的三个方面： 拟建建筑物的类型和规模 设计阶段 工程地质条件的复杂程度和研究程度 原则上应包括场地及其邻近的地段 工程地质测绘比例尺 小比例尺 1:5万1:10万 中比例尺1:1万1:2.5万 大比例尺 1:1万万,工程地质测绘的精度要求 精

5、度要求即是质量要求 含义2个：对野外各种地质现象观察描述的详细程度；各种地质现象在地形图上表示的详细和准确程度 精度要求必须与测绘比例尺相适应 观测点控制距离25cm 在图上表示的准确程度即是误差问题 水利水电：2mm 工民建 ：3mm,三、工程地质测绘的研究内容,工程地质条件诸要素的研究 地层岩性 地质构造 地形地貌 水文地质条件 不良地质现象 建筑场地内及其附近已有建筑物与地质环境关系调查研究 建筑场地内及其附近人类的某些工程-经济活动，往往会影响场地的稳定性,四、遥感技术在工程地质测绘中的应用,一般是在初期勘察阶段的中、小比例尺工程地质测绘中应用，主要工作是解译遥感图像资料 不同的遥感图

6、像资料解译标志不同： 航片：几何特征解译 卫片：光谱信息解译 热红外图像：含义不同 两方面应用： 工程地质测绘填图 解决某些工程地质问题,近年来，3S技术（RS、GIS、GPS）的应用日益被重视,第3节 工程地质勘探与取样,一、工程地质勘探的任务和特点 运用物探、钻探、坑探等手段了解地下地质情况的一种勘察技术方法。,工程地质勘探的任务主要有： 详细研究建筑场地或地段的岩土体类型、厚度、性质和地质构造； 研究水文地质，进行水文地质试验； 查明地貌和不良地质现象的规模、物质结构和空间分布范围； 岩土取样和提供野外现场试验条件； 提供工程地质监测的条件等。,工程地质勘探特点,勘探范围取决于场地评价和

7、工程影响所涉及的空间，通常限于地下较浅的深度范围内 对勘探所遇与工程建设有关的岩土体，应详细分层或划分岩组，对各层的成分、结构和工程性质详加研究，尤其对其中的软弱破碎夹层给予特别的关注；风化岩体要根据其风化特性进行风化壳垂直分带 为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其天然的结构和湿度，尽量减少人为的扰动破坏。需要采用一些特殊的勘探技术。 应实现综合勘探，以及与取样、现场试验、监测等紧密结合，使勘探工作发挥综合效益。,二、钻探工作,（一）工程地质钻探常用的方法、设备和特殊要求 一般情况下次啊用机械回转式钻进 有些地层，如砂卵石层，采用冲击钻进或振动钻进。 当今工程地质钻探正逐渐

8、朝着全液压驱动，仪表控制和钻探与测试相结合的方向发展。,工程地质钻探要求： 岩芯采取率要求较高 钻孔水文地质观测和水文地质试验是工程地质钻探的重要内容 经常需要采取岩土样,（二）大口径钻进和小口径金刚石钻头钻进在工程地质勘探中的应用 1.大口径钻进 钻孔孔径大多在91168mm 大口径钻孔孔径一般在1000mm左右 1963年丹江口水电站坝址打成了第一口大口径钻孔。 葛洲坝布置了数十个大口径钻孔 代替了施工复杂的竖井工程,2. 小口径金刚石钻头钻进 为能满足试验要求，其终孔直径规定不能小于59mm。 （三）复杂地质体的钻进技术 无泵钻进 金刚石套钻取芯技术 46mm 91mm 深厚砂卵石层钻进

9、新工艺 金刚石钻进、与SM和MY-1型植物胶体作冲洗液,三、坑探工作,直接进入观察 采取原状样 做原位测试 坑探工程： 探槽、试坑、浅井、竖井（斜井）和平硐 前3种为轻型坑探工程，后2种为重型坑探工程。,样品描述和实验方法,香港九龙采样点 石硖尾（SKM） 褐红色中粗粒全风化花岗岩 观塘路（KT） 灰黄色细粒全风化花岗岩,试坑 Trial Pit,四、钻孔取样问题,贯入式取土器 采用击入后压入的方法将取土器贯入土层中采取土样：敞口式和活塞式 回转式取土器,第4节 物探在工程地质勘察中的应用,应用最普遍的是 电法勘探 高密度电阻率法 地震勘探 高频浅层折射法 测井 井中物探 电测井、放射性测井、

10、声波测井 井中无线电波透视 地质雷达 交流电法勘探的一种，浅层地基勘探 地球物理层析成像技术(CT） 利用高密度地震波穿透或无限电波及电阻率透视地质体的资料，经计算反演重建地质体内部的结构图像,恒山隧道斜井EH4大地电磁测深二维反演剖面,孔深400425m,中国的物探工作在工程地质勘察中的应用虽然起到了一定作用，但与发达国家以及与工程勘察的客观需要相比还有一定差距，主要体现在仪器设备和技术方法研究两个方面。 为了能在工程地质勘察中更好地发挥物探的作用，需关注以下几个问题： 运用综合物探手段，以最大限度地发挥各种物探方法的优点，提供可靠的地质资料 尽快实现物探仪器的数字化，研究数据处理技术 继续

11、开展工程物探新方法、新技术的研究 充分发挥物探在地质勘探和岩土体工程性质原位测试两个方面的作用，为此需加强物性与力学的相关研究。,第5节 工程地质测试,工程地质定量评价 提供技术参数 室内实验测试 土工试验 岩石试验 野外原位测试,提取粘粒的移液管,测试岩石波速的ZBL-U520非金属超声检测仪,膨胀率和膨胀力测试的GDG-S4型三联高压固结仪,TAW-2000微机控制电液伺服试验机,土体力学性质原位测试,静力载荷试验 旁压试验 电测静力触探 标准贯入 圆锥动力触探 十字板剪力试验 块体振动试验 动弹性参数测定,岩体力学性质原位测试,变形试验 载荷试验 直剪试验 三轴试验 声波测试 点荷载试验

12、 回弹锤击试验,图18. II标安林高速与魏家营公路桥间的No.5点厚层砾岩中测得钻进速率平均值最大（拍摄时间：2009年7月3日，镜头方向由E向W）,地应力量测,定量确定岩体应力状态的惟一有效途径是在现场进行地应力量测 量测方法较多 按测试部位：表面（壁面）法和孔内法 测试物理量：直接法和间接法 测试原件：机械式、电阻式、电感式 应力改变状态：应力解除法、应力恢复法 石油：水压致裂法、声发射法,各种量测方法都是建立在弹性理论基础上的，而岩体并非理想的弹性体。只有当岩体完整或较完整而应力又不太高时，可以近似地将其视为弹性介质而不致对量测结果带来显著的误差。,岩土渗透性现场测定,抽水试验 注水试

13、验 压水试验 单位吸水量试验 单位吸水量 吕荣试验 透水率,第6节 工程地质监测与反分析,监测是工程地质力学分析、反分析以及地质工程设计的主要信息来源，也是施工安全的重要保证。 反分析则是以某些监测信息为基础，通过反演来顾及对于设计来说十分重要的岩土体力学参数和重要地应力分量等的一种实用方法,一、工程地质监测问题,监测的意义 监测系统设计 监测技术问题 监测信息反馈的及时性 监测信息的分析方法 综合地质信息系统（SGIS） 反分析方法 回归法、灰色系统、时间序列 综合损害度和综合加固度分析 位移时空综合分析法,反分析原理和方法,第7节 工程地质模拟技术,一、工程地质物理模拟 （一）概述 （二）物理模拟的相似原理 （三）工程地质系统特征的模拟 1 地质结构的相似模拟 2 地质体赋存状态的模拟 3 工程