岩土工程勘察 第三章.ppt

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1、工程勘探的含义及目的工程勘探的任务及特点工程物探钻探工程掘挖工程取样技术勘探工作的布置和施工顺序,第三章 工程勘探与取样技术,上一章所论述的工程地质测绘，主要是调查建筑场地工程地质条件在地表的特征，并藉以推断地下的情况。岩土工程勘探是在地壳表层某一深度范围内进行的，确切查明地下的地质情况。工程勘探 在工程地质测绘的基础上，利用各种设备、工具直接深入地下岩土层，查明地下岩土性质、结构构造、空间分布、地下水条件等内容的勘察工作，是探明深部地质情况的一种可靠的方法。,1 工程勘探的含义及目的,工程地质勘探目的：进一步查明地表以下工程地质情况。应根据场地的特点、勘察的目的和岩土的特性，选择相应的勘探方

2、法，可多种手段配合使用。布置勘探工作时应考虑勘探对工程自然环境的影响，防止对地下管线、地下工程和自然环境的破坏。钻孔、探坑、探井完工后应回填。,1 工程勘探的含义及目的,物探（间接勘探手段）,钻探（半直接勘探手段）,坑探（直接勘探手段）,勘探方法,快速、高效,真实、可靠,在不同的勘察阶段，勘探手段的使用应有所侧重。在一般情况下，选址勘察阶段主要进行工程地质测绘，勘探起辅助作用，较多采用物探手段，钻探和坑探主要用于检验物探成果和取得基准剖面。随着勘察级别的提高，对各工程地质问题的研究更加深入，需进行确切的分析、评价，钻探和坑探将成为主要勘察手段，而物探则作为辅助手段。,1 工程勘探的含义及目的,

3、可行性研究勘察阶段的任务，是对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，主要进行工程地质测绘，勘探往往是配合测绘工作而开展的，而且较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。初步勘察阶段应对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，勘探工作比重较大，以钻探工程为主，并利用勘探工程取样，作原位测试和监测。在详细勘察阶段，须提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，并应对基础设计、地基处理以及不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议，以满足施工图设计的要求。因此须进行直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试工作。,1 工程勘探的含义及目的,1、岩土工程勘探的任务（1）探明建筑场地的岩

4、性及地质构造a、各地层的厚度、性质及其变化；b、划分地层并确定其接触关系；c、了解基岩的风化程度、划分风化带；d、了解岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化情况；e、了解褶皱、断裂、破碎带及其它地质构造的空间分布和变化。,2 工程勘探的任务及特点,（2）探明水位地质条件，即含水层、隔水层的分布、埋藏厚度、性质及地下水位。（3）探明地貌及不良地质现象a、河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构；b、岩溶的规模及发育程度；c、滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。（4）采取岩土样及水样，提供对岩土特性进行鉴定和各种试验所需的样品，并提供野外试验条件。（5）提供检验与监测的条件，即利用勘探工程布置岩

5、土体性状、地下水和不良地质现象的监测、地基加固与改良和桩基础的检验与监测。,2 工程勘探的任务及特点,2、岩土工程勘探的特点(1)勘探范围取决于场地评价和工程影响所涉及的空间，除了深埋隧道和为了解专门地质问题而进行的勘探外，通常限定于地表以下较浅的深度范围内。(2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，大多数工程都位于第四系土层或基岩风化壳上。为了工程安全、经济和正常使用，对这一部分地质体的研究应特别详细。(3)为了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岩土的天然结构和天然湿度，尽量减少人为的扰动破坏。为此需要采用一些特殊的勘探技术。(4)为了实现地质、水文地质、岩土工程性质的

6、综合研究，以及与现场试验、监测等紧密结合，要求岩土工程勘探发挥综合效益，对勘探工程的结构、布置和施工顺序也有特殊的要求。,2 工程勘探的任务及特点,勘探工作量的合理安排工程的勘探工作量与下列因素有关：1、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度；2、工程地质问题的研究深度；3、规划设计方案的变化；4、管理体制和目的性方面的缺陷；5、规划设计单位的变更。勘察费用/工程建设费用=14%，与地质条件及工程重要性有关，简单场地0.51%，复杂场地2%，地下工程3%，重大工程复杂条件4%。,2 工程勘探的任务及特点,1、工程物探的原理及作用基本原理：不同的地质单元、不同的地层岩性，具有不同的物理性质（导电性

7、、弹性、磁性、密度、放射性等）和不同的物理状态（含水率、空隙率、固结程度等），在地下半无限空间呈现出不同的物理场分布；通过利用自然物理场或人工物理场对岩土体的电阻率、波速、场度、振动大小、频率和阻尼变化、放射强度等进行分析评价，从而获得岩土体的结构、密度、抗压强度、抗剪强度等方面的特征，进而研究工程地质的条件，解决相应的岩土工程问题。,3 工程物探,1、工程物探的原理及作用工程物探：利用专门的仪器来探测各种地质体（或岩土体）物理场的分布情况，对其数据及绘制的曲线进行分析解释，从而划分地层、判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的一种勘探方法，又称地球物理勘探。物探作用：a、作为钻探的先行

8、手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点；b、作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；c、作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、土对金属的腐蚀性等参数。,3 工程物探,1、工程物探的原理及作用物探工程主要解决问题：a、测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；b、追溯断层破碎带和裂隙密集带；c、研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和泊松比；d、划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。,3 工程物探,2、工程物探的特点及分类工程物探特点：速度快、设备轻便、效率高、成本低、探测范围广；勘探密度、深度和勘探线网具有可变性，能根据不

9、同要求构成多方位数据阵，具有立体透视性的特点；易受非探测对象的干扰且仪器测量精度有限，分析结果较为粗略。应用工程物探应具备条件：被探测对象与周围介质之间具有明星的物理性质差异；被探测对象具有一定的埋藏深度、规模和足够的强度；能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号；在有代表性地段进行方法的有效性试验。,3 工程物探,2、工程物探的特点及分类,3 工程物探,电法勘探,地震勘探,重力勘探,电磁波勘探,波速勘探,声波勘探,放射性勘探,地球物理测井,2、工程物探的特点及分类（1）电法勘探,3 工程物探,电磁学和电化学性质的差异,电场大小及电场的分布规律,深处地质体分布状况和特征,电阻率剖面法,电阻率测探法,

10、高密度电阻率法,充电法,激发极化法,自然电场法,2、工程物探的特点及分类（2）地震勘探,3 工程物探,地震波在弹性介质传播规律,工程有关地质、构造特征、物理力学特征,评价建筑场地与建筑物的适应性,直达波法,反射波法,折射波法,2、工程物探的特点及分类（3）重力勘探 主要用于探查地下洞室。,3 工程物探,围岩存在密度差异,引起周围重力异常,地质体空间位置、大小和形状,地质构造矿产分布,2、工程物探的特点及分类（4）电磁法勘探,3 工程物探,观测电磁场分量变化,工程地质条件、存在的隐患,解决岩土工程问题,频率测深法,电磁感应法,甚低频法,地质雷达法,地下电磁波法,2、工程物探的特点及分类（5）波速

11、测试 适用于测定岩土体压缩波、剪切波、瑞利波的波速，对应方法为孔中法（单孔法、跨孔法）、地表法（直达波法、折射波法、瑞利波法）。,3 工程物探,人工激发弹性波,测定波速确定相关岩土参数,场地类型划分、地震安全评价,检验加固改良效果,2、工程物探的特点及分类（6）声波探测,3 工程物探,人工激振发射声波,观察分析波速、振幅、频率,解决岩土工程问题,2、工程物探的特点及分类（7）放射性勘探 根据放射性元素衰变特性，利用辐射仪、射气仪，测量放射性元素射线强度或射气浓度，了解有关地质问题。,3 工程物探,2、工程物探的特点及分类（8）地球物理测井 在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以

12、辨别地下岩石和流体性质的方法；主要有钻孔电磁波法、电测井、声波测井、放射性测井、井下电视等。,3 工程物探,2、工程物探的特点及分类（8）地球物理测井 在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法；主要有钻孔电磁波法、电测井、声波测井、放射性测井、井下电视等。,3 工程物探,3、电阻率法 依靠人工建立直流电场，在地表测量某点垂直方向或水平方向的电阻率变化，从而推断地表下地质体性状的方法。,3 工程物探,A、B为供电电极，M、N为测量电极,3、电阻率法电阻率法主要可解决问题：a、确定不同的岩性，进行地层岩性的划分；b、探查褶皱构造形态，寻找断层；c、探查覆盖

13、层厚度、基岩起伏及风化壳厚度；d、探查含水层的分布情况、埋藏深度及厚度，寻找充水断层及主导充水裂隙方向；e、探查岩溶发育情况及滑坡体的分布范围；f、寻找古河道的空间位置；,3 工程物探,3、电阻率法电阻率法使用条件：a、地形平坦，具有便于布置极距的必要范围；b、被探查地质体的大小、形状、埋深和产状，必须在人工电场可控制的范围之内；c、被探查地质体电阻率相对稳定，并与围岩背景值具有较大电性差异；d、场内应有电性标准层存在，该标准层的电阻率在水平和垂直方向上均保持稳定；e、有明显厚度，倾角不大于20度，埋深不太大；f、被探查地质体上部无屏蔽层存在；g、场地内无不可排除的电磁干扰。,3 工程物探,4

14、、地震折射波法 又称浅层折射波法，利用地震波的折射原理，对浅层具有波速差异的地层或构造进行探测的一种地震勘探方法。在工程地震勘探中，由于地震折射波法简便、经济，在精度要求不高的情况下，可采用此法为工程地质提供浅层地层起伏变化资料 浅层折射波法只能测深度在100m内的地质体。,3 工程物探,波速测试,4、地震折射波法 地震折射波法主要可解决问题：a、确定基岩上覆盖层厚度，探测基岩起伏情况；b、测定基岩风化层厚度；c、勘察地下构造情况，如断层破碎带、裂隙带位置和分布等；d、探测岩性分界面；e、探测滑动面位置；f、探测含水层埋深、厚度及其分布；g、测量潜水水面位置。,3 工程物探,4、地震折射波法

15、地震折射波法勘探效果影响因素：地震折射波法是用条件：a、地形起伏较小；b、地质界面较平坦和断层破碎带少，且界面以上岩石均一，无明显高阻层屏蔽c、界面上下或两地质体有较明显的波速差异,3 工程物探,仪器、震源等技术条件,客观存在的地质情况和地表因素的复杂程度,1、钻探的目的和任务 钻探是指用一定的设备、工具（钻机）来破碎地壳岩土体，从而在地壳中形成一个直径较小，深度较大的钻孔的过程。最常用的一种勘探手段，可以在各种环境下进行，不受地形、地质条件的限制；能直接观察岩心和取样，勘探精度较高；可用于原位测试和监测工作，充分发挥综合效益；勘探深度大，效率高。钻探的目的是为解决与建筑物有关的岩土稳定问题、

16、变形问题、渗漏问题提供资料。凡是布置勘探工作的地段，均需采用此勘探手段。,4 钻探工程,1、钻探的目的和任务 勘察阶段不同钻探的任务也不同，综合如下：（1）探查地层岩性，岩石厚度变化情况；（2）查明软弱层性质、厚度、层数、空间分布；（3）了解基岩风化带深度、厚度、性质；（4）探明断裂带位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度的变化情况；（5）查明地下含水层层数、深度、水文地质参数；（6）利用钻孔进行原位测试；（7）利用钻孔进行地下水文长期观测。,4 钻探工程,2、钻探的特点和要求 与一般矿产资源钻探相比，特点如下：（1）综合考虑自然地质条件、工程类型及其结构特点，确定钻孔数量、位置、深度、孔

17、径及采样要求。（2）孔深一般十余米至数十米，常用小型、轻便的钻机；（3）钻孔具有综合目的，除查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等，需妥善处理进尺与测试的关系；（4）钻机方法、钻孔结构、钻进过程的观测编录均有特殊要求。,4 钻探工程,2、钻探的特点和要求 为了完成勘探工作的任务，岩土工程钻探有以下几项要求：（1）钻探口径和钻具应符合国标规定；（2）成孔口径应满足取样、测试、钻进工艺要求；（3）钻进深度和岩土分层深度精度值在5cm内；（4）非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取心的回次进尺应控制在2m以内；（5）岩心采取率，对完整和较完整体80%，较破碎和破碎岩体65%；（6）特

18、殊土应根据土体特性选用特殊的钻进方法；,4 钻探工程,2、钻探的特点和要求 为了完成勘探工作的任务，岩土工程钻探有以下几项要求：（7）在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进；（8）岩土取样时，坚硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施；（9）为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土样，还需使用特制的取土器。,4 钻探工程,3、钻探的步骤及方法,4 钻探工程,破碎土样,采取或排除土样,保全孔壁,钻探方法,冲击钻探,回转钻探,振动钻探,冲

19、洗钻探,3、钻探的步骤及方法（1）冲击钻探（锤击钻探）此法底部采用圆环状钻头。钻进时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，使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。适用于多种土类及岩层，卵石、漂石、块石也适宜；但该法对孔壁、孔底的扰动较大。,4 钻探工程,钻杆冲击钻探,钢绳冲击钻探,钻杆冲击钻探,钢绳冲击钻探,3、钻探的步骤及方法（2）回转钻探 此法底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头。通过钻杆旋转力矩传递至孔底钻头，同时施加一定的轴向压力实现钻进。在土质地层中钻进，有时为有效地完整地揭露标准地层，还可以采用勺形钻钻头钻进。适用于土层和岩层，对卵石、漂石、块

20、石等地层效率较低。,4 钻探工程,岩心钻探,无岩心钻探,螺旋钻探,3、钻探的步骤及方法（2）回转钻探 此法底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头。通过钻杆旋转力矩传递至孔底钻头，同时施加一定的轴向压力实现钻进。在土质地层中钻进，有时为有效地完整地揭露标准地层，还可以采用勺形钻钻头钻进。适用于土层和岩层，对卵石、漂石、块石等地层效率较低。,4 钻探工程,岩心钻探,无岩心钻探,螺旋钻探,3、钻探的步骤及方法（3）振动钻探 通过钻杆将振动器激发的高速振动传到孔底管状钻头周围土中，使土坑剪阻力急剧下降，同时在一定的轴向压力下将钻头贯入土层中。该法效率高，且易获得代表性的鉴别土样。适用于粉土、砂土、较小粒径的碎

21、石层以及黏性不大的黏性土层。对孔底扰动较大，往往影响土样采取的质量。,4 钻探工程,3、钻探的步骤及方法（4）冲洗钻探 利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流程孔外，是一种简单快速成本低廉的钻进方法。适用于砂层、粉土层和不太坚硬的黏性土层。靠水流直接冲洗，无法对土体结构及其相关特性进行观察鉴别；且冲出的粉屑为混合物，无代表性，不利于土层的准确划分。,4 钻探工程,3、钻探的步骤及方法（5）冲击回转钻探（综合式钻探）在钻进过程中，钻头钻取岩石时，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，破坏粒度比回转剪切粒度增大。同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩

22、石深度增加，在回转中将岩石剪切掉，如此大大提高了钻进的效率。适用于地质岩心钻探，工程地质钻探。,4 钻探工程,4、钻探方法的选用及要求,4 钻探工程,钻探方法的适用范围,注：+适用，+部分适用，-不适用。,4、钻探方法的选用及要求 根据大量工程实践经验，岩土工程勘察中，工程钻探应优选选择回转钻探，其次是冲击回转钻探、冲击钻探、冲洗钻探。（1）钻探方法选用原则：a、选择符合土层特点的有效钻进方式；b、能可靠地鉴别地层，鉴定土层名称、天然重湿度状态，准确判定分层深度，观测地下水位；c、尽量避免或减轻对取样段的扰动。,4 钻探工程,4、钻探方法的选用及要求（2）钻探方法的要求：一般要求 a、要求鉴别

23、地层和取样的钻孔，应采用回转钻探；b、卵石、漂石、碎石、块石等地层不宜用回转钻探时，可改用振动回转钻探；c、地下水位以上应采用干钻；d、钻进岩层宜用金刚石钻头，软质或弱风化破碎岩石应采用双层岩心管钻头，测定岩石质量指标时其外径为75mm；e、湿陷性黄土采用螺旋钻探，亦可用薄壁钻头锤击钻进。,4 钻探工程,4、钻探方法的选用及要求（2）钻探方法的要求：对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施；踏勘调查、基坑检验等可采用小口径螺旋钻、小口径勺钻、洛阳铲等进行简易钻探；螺旋钻探分回次提取扰动土样，回次进尺1m，主持力层或重点研究处0.5m，并满足20cm薄层的要求；,4 钻探工程,套管护壁,泥浆护壁,浅部

24、填土松散土层,水位下软黏土、粉土、砂土,破碎岩层,4、钻探方法的选用及要求（2）钻探方法的要求：水下粉土、砂土钻探，可用对分式取样器间断取样，间距1m；岩层钻探回次进尺小于岩心管长，软质岩层2m 岩心采取率，对完整和较完整体80%，较破碎和破碎岩体65%；工程建筑物应重点查明软弱夹层、断层破碎带、滑坡滑动带等地质体和地质现象；钻探深度数据应丈量，误差为5cm；钻探时遇地下水，应停钻测初见水位；,4 钻探工程,4、钻探方法的选用及要求（2）钻探方法的要求：水位允许误差1cm；钻孔深度范围内含两含水层时，应分层测量；因采用泥浆影响水位观测时，可另外布置专用孔观测，该孔可采用套管护壁。,4 钻探工程

25、,停钻时间,砂类30min,粉土1h,黏性土24h,5、钻孔设计书的编制（1）钻孔附近地形、地质概况及钻孔的目的（2）钻孔的类型、深度及孔身结构（3）工程地质要求，包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等要求（4）钻探结束后，钻孔留作长期观测或封孔等处理意见。,4 钻探工程,6、钻孔观测与编录 钻孔观测与编录是钻进过程的详细文字记载，也是岩土工程钻探最基本的原始资料。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。（1）岩心观察、描述和编录 包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面。不同类型的岩土其岩性描述的内容为：a、碎石土：颗粒级配；

26、粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。,4 钻探工程,6、钻孔观测与编录 b、砂类土：颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度；密实度；层理特征。c、粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。d、岩石：颜色；矿物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬程度；节理、裂隙发育情况，裂隙面特征及充填胶结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统计。必要时作岩心素描。岩土心样为文字记录辅助资料，应妥善保存，现一般用岩心彩色照片代替实物。,4 钻探工程,6、钻孔观测与编录 岩心采取率岩心获得率岩石质量指标 每回次岩心按顺序

27、排列、编号、装箱、保管，并注明所取原状土样、岩样的数量和取样深度。,4 钻探工程,岩心统计指标,岩心采取率,岩心获得率,岩石质量指标RQD,所取岩心总长度与本回次进尺百分比,比较完整岩心长度与本回次进尺的百分比,在取出岩心中，选长度大于10cm的柱状岩心长度与本回次进尺百分比,6、钻孔观测与编录（2）钻孔水文地质观测 对钻孔中地下水文及动态、含水层的水文标高、厚度、地下水温、水质、钻进中冲洗液消耗量等，要作好观测记录。（3）钻进动态观察与记录 在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。国内水利水电勘察单位使用的钻孔摄影和钻孔电

28、视，可以对孔内岩层裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、岩溶洞穴和软弱泥化夹层等，获取较为清晰的照片和图像，以此提高钻探工作的质量和钻孔利用率。,4 钻探工程,7、钻探资料整理（1）钻孔柱状图 钻孔柱状图是钻孔观测与编录的图形化，它是钻探工作最主要的成果资料。土层钻孔和岩层钻孔的钻孔柱状图图形不同。该图是将每一钻孔内岩土层情况按一定的比例尺编制成柱状图，并作简明的描述。在图上还应在相应的位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、孔中特殊情况、代表性的岩土物理力学性质指标以及取样深度等。（2）钻孔操作及水文地质日志图。（3）岩心素描图及其说明。,4 钻探工程,勘探孔平面布置

29、图,钻孔柱状图,1、掘探工程的特点 用人工或机械方式进行挖掘坑、槽、井等，直接观察岩土层的天然状态及各地层间接触关系，并进行原状结构土取样的勘探方法，又称坑探工程、井巷工程。优点：地质人员可直接观察地质结构，准确可靠，且便于素描；原状土样的采取不受限，且便于做原位测试；对软弱夹层、破碎带的空间分布特点和岩土工程性质等的研究意义重大。缺点：探查深度较浅；受自然地质条件限制；成本高、周期长，特别是重型坑探工程不轻易采用。,5 掘探工程,2、掘探工程的类型及适用条件,5 掘探工程,探槽,试坑,浅井,竖井（斜井）,平硐,石门（平巷）,轻型坑探工程,重型坑探工程,2、掘探工程的类型及适用条件（1）探槽

30、在地表深度小于35m的长条形槽子。适用：剥除地表覆土，揭露基岩，划分地层岩性，研究断层破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构。,5 掘探工程,2、掘探工程的类型及适用条件（2）试坑 从地表向下铅直的、深度35m的圆形或方形小坑 适用：局部剥除 覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，取原状土样,5 掘探工程,2、掘探工程的类型及适用条件（3）浅井 从地表向下，铅直的、深度515m的圆形或方形井 适用：确定覆盖层及风 化层的岩性及厚度；作载荷试验，取原状土样（4）竖井（斜井）形状与浅井相同，但深度大于15m，有时需支护 适用：了解覆 盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层分布、断层破碎带及岩溶发

31、育情况、滑坡体结 构及滑动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段,5 掘探工程,2、掘探工程的类型及适用条件（5）平硐 在地面有出口的水平坑道，深度较大，有时需支护 适用：调查斜坡地质结 构，查明河谷地段的地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力学试验及地 应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段（6）石门（平巷）不出露地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，平巷平行 适用：了解河底地质结构，作试验等,5 掘探工程,3、掘探工程设计书的编制、坑探工程的观测与编录(一)坑探工程设计书的编制 坑探工程设计书是在岩土工程勘探总体布置的基础上编制的。其主要内容包括：(1)坑探工程

32、的目的、类型和编号。(2)坑探工程附近的地形、地质概况。(3)掘进深度及其论证。(4)施工条件(5)岩土工程要求,5 掘探工程,(二)坑探工程的观察、描述 坑探工程观察和描述，是反映坑探工程第一性地质资料的主要手段；观察、描述的内容包括：(1)地层岩性的划分；(2)岩石的风化特征及其随深度的变化，作风化壳分带。(3)岩层产状要素及其变化，各种构造形态；注意断层破碎带及节理、裂隙的研究；断裂的产状、形态、力学性质；破碎带的宽度、物质成分及其性质；节理裂隙的组数、产状、穿切性、延展性、隙宽、间距(频度)，有必要时作节理裂隙的素描图和统计测量。(4)水文地质情况。,5 掘探工程,(三)坑探工程展视图

33、 展视图是坑探工程编录的主要内容，也是坑探工程所需提交的主要成果资料。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开在平面上。坑探工程根据其规模和场地地质条件的复杂程度不同，展视图的编制方法和表示内容有所不同，其比例尺一般采用125-1100。,(三)坑探工程展视图（1）探槽展视图 首先，确定探槽中心线方向及其各段变化；而后，测量水平延伸长度、槽底坡度、绘制四壁地质素描。一般只画底和一壁，有时也将两侧壁画出。如果槽长且方向、坡度有转折时，可分段画出，使壁与底保持水平。,(三)坑探工程展视图（2）试坑（浅井、竖井）展视图 首先，先进行形态测量；然后，

34、作四壁和坑(井)底的地质素描。,四壁辐射展开法,四壁连续平行排列法,试坑展图,浅井展图竖井展图,四壁辐射展开法,四壁连续平行排列法,(三)坑探工程展视图（3）平硐展视图 最先画出硐底中线（平硐宽度、高度、长度、方向及各种地质界线和现象，都以该中线为准）；中心有弯曲时，于弯曲凸出侧的硐壁裂一叉口，以调整该壁内侧与外侧的长度；若弯曲较大可分段；硐底的坡度用高差曲线表示，该展视图五个硐壁面全面绘出，平行展开。,取样是不可少的环节，主要取土样和水样；除了在地面工程地质测绘调查和坑探工程中采取试样外，主要是在钻孔中采取的。根据勘察设计要求，不同试样的用途是不一样的。例如，有的试样主要用于岩土分类定名；有

35、的主要用于研究其物理性质；而有的除上述外，还要研究其力学性质。为了保证所取试样符合试验要求，必须采用合适的取样技术。,6 采取土样,试样的代表性,试样的大小,一、土样的质量等级 土样的质量实质上是土样的扰动问题。土样扰动表现在原位应力状态、含水率、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前，取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中。土样扰动对试验成果的影响也是多方面的，使之不能确切表征实际的岩土体。从理论上讲，除了应力状态的变化以及由此引起的卸荷回弹是不可避免的之外，其余的都可以通过适当的取样器具和操作方法来克服或减轻。实际上，完全不扰动的真正原状土样是无法取得的。,有的学者从实用观点

36、出发，提出对不扰动土样或原状土样基本质量要求是：(1)没有结构扰动。(2)没有含水率和孔隙比的变化。(3)没有物理成分和化学成分的改变。,6 采取土样,由于不同试验项目对土样扰动程度有不同的控制要求，因此许多国家的规范或手册中都根据不同的试验要求来划分土样质量级别。,6 采取土样,二、钻孔取土器及其适用条件 取土器是影响土样质量的重要因素，所以勘察部门都注重取土器的设计、制造。对取土器的基本要求是：尽可能使土样不受或少受扰动；能顺利切入土层中，并取上土样；结构简单且使用方便。(一)取土器基本技术参数 取土器的取土质量，首先取决于取样管的几何尺寸和形状。目前国内外钻孔取土器有贯入式和回转式两大类

37、，其尺寸、规格不尽相同。以国内主要使用的贯入式取土器来说，有两种规格的取样管.1、取样管直径(D)目前土试样的直径多为50mm或80mm,考虑到边缘的扰动，相应地宜采用内径(De)为75mm及100mm的取样管。对于饱和软粘土、湿陷性黄土等某些特殊土类，取样管直径还应更大些。,6 采取土样,2、面积比(Ca),Ca值愈大，土样被扰动的可能性愈大。一般采取高质量土样的薄壁取土器，其Ca10%，采取低级别土样的厚壁取土器Ca值可达30%。3、内间隙比（Ci）,6 采取土样,Ci的作用是减小取样管内壁与土样间因摩擦而引起对土样的扰动，Ci的最佳值随着土样的直径的增大而减小。国内生产的各种取土器Ci值

38、为0-1.5%。,4、外间隙比（C0）,C0的作用是减小取样管外壁与土层的摩擦，以使取土器能顺利入土。国内生产的各种取土器C0值为0-2%。,6 采取土样,5、取样管长度(L)取样管长度要满足各项试验的要求。考虑到取样时土样上、下端受扰动以及制样时试样破损等因素，取样管长度应较实际所需试样长度要大些。关于取样管的直径与长度，有两种不同的设计思路。一种主张短而粗，一种主张长而细；二者优缺点互补。目前国际比较通用的是长而细的一种，它能满足更多试验项目的要求。,6、刃口角度()也是影响土样质量的重要因素。该值愈小则土样的质量愈好。但是过小，刃口易于受损，加工处理技术和对材料的要求也更高，势必提高了成

39、本。国内生产的取土器值一般为50-100。,6 采取土样,三、取土器的性能(一)贯入式取土器 贯入式取土器取样时，采用击入或压入的方法将取土器贯入土中。,6 采取土样,敞口取土器,活塞取土器,厚壁式,薄壁式,束节式,固定活塞,水压活塞,自由活塞,1）敞口取土器 敞口取土器是最简单的取土器，其优点是结构简单，取样操作方便，缺点是不易控制土样质量，土样易于脱落。,6 采取土样,2）活塞取土器 在敞口取土器的刃口部装一活塞，在下放取土器的过程中，使活塞与取样管的相对位置保持不变，即可排开孔底浮土，使取土器顺利达到预计取样位置；回提取土器时，可以防止土样失落而又不至于像上提活阀那样出现过分的抽吸。,6

40、 采取土样,三、取土器的性能(二)回转式取土器 贯入式取土器一般只适用于软土及部分可塑状土，对于坚硬、密实的土类则不适用，对于这些土类，必须改用回转式取土器；可分为单动三重管取土器和双动三重管取土器两类。单动型三重管取土器适用于软塑坚硬状态的粘性土和粉土、粉细砂土，土样质量-级。双动三重管型取土器适用于硬塑坚硬状态的粘性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩，土样质量亦为-级。,6 采取土样,三、不扰动采取土样的方法(一)钻孔不扰动采取土样方法1、击入法 用人力或机械力操纵落锤，将取土器击入土中的取土方法；按锤击次数分为轻锤多击法和重锤少击法；按锤击位置又可分为上击法和下击法。经过取样试验比较认为

41、：重锤少击法取样质量优于轻锤多击法，下击法优于上击法。2、压入法 1）慢速压入法。用钻机自身重量或油压千斤顶等缓慢地不连续地加压，将取土器压入土层中进行取样，在取样过程中对土样有一定程度的扰动。2）快速压入法。将取土器快速、均匀地压入土中。快速加压法对土试样的扰动程度最小，目前普遍使用的是活塞油压筒法。3、回转法 使用回转式取土器取样，取样时内管压入取样，外管回转削切周围土层，并利用钻机冲洗液将削切下来的废土带出孔口，仅适用于地下水位以下的土层，对地下水位以上的土层不宜采用。,三、不扰动采取土样的方法(二)探井、探槽不扰动土样的方法 探井、探槽中不扰动土样的采取多采用在探井（槽）壁上或底部人工

42、刻切块状或柱状土样。由于人工刻切对整体土样施加的外力相对较小，因此取土质量相对较高。人工采取土样时，应首先注意尽量减小对土体原来状态的破坏，同时要尽量减少切削土样的时间并迅速将土样密封，防止太阳暴晒导致水分蒸发。土样密封多采用取土盒或土样外围缠绕纱布后蜡封。,四、钻孔取样的操作 土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。(一)钻进要求(1)使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。(2)在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋入套

43、管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。(3)应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。,(二)取样要求(1)到达预计取样位置后，要仔细清除孔底浮土。孔底允许残留浮土厚度不能大于取土器废土段长度。清除浮土时，需注意不致扰动待取土样的土层。(2)下放取土器必须平稳，避免侧刮孔壁。取土器入孔底时应轻放，以避免撞击孔底而扰动土层。(3)贯入取土器力求快速连续，最好采用静压方式。如采用锤击法，应做到重锤少击，且应有导向装置，以避免锤击时摇晃。饱和粉、细砂土和软粘土，必须采用静压法取样。(4)当土样贯满取土器后，在提升

44、取土器前应旋转2至3圈，也可静置约10min，以使土样根部与母体顺利分离，减少逃土的可能性。提升时要平稳，切忌陡然升降或碰撞孔壁，以免失落土样。,(三)土样的封装和贮存(1)、级土样应妥善密封。密封方法有蜡封和粘胶带缠绕等。应避免暴晒和冰冻。(2)尽可能缩短取样至试验之间的贮存时间，一般不宜超过3周。(3)土样在运输途中要避免震动。对易于震动液化和水分离析的土样应就近进行试验。,7 勘探工作的布置与施工顺序,一、勘探工作的布置 布置勘探工作总的要求，应是以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料。为此，作勘探设计时，必须要熟悉勘探区已取得的地质资料，并明确勘探的目的和任务。将每个勘探工程都布置在

45、关键地点，且发挥其综合效益。在工程地质勘察的各个阶段中，勘探坑孔的合理布置，坑孔布置方案的设计必须建立在对工程地质测绘资料以及区域地质资料充分分析研究的基础上。,(一)勘探工作布置的一般原则 1、勘探总体布置形式（1）勘探线 按特定方向沿线布置勘探点（等间距、不等间距），了解沿线工程地质条件，绘制工程地质剖面图。用于初勘阶段、线形工程勘察、天然建材初查。（2）勘探网 勘探网选布在相互交叉的勘探线及其交叉点上，形成网状。（方格状、三角状、弧状等）用于了解面上的工程地质条件，绘制不同方向的剖面图，场地地质结构立体投影图。适用于基础工程场地详勘，天然建材详查阶段（3）结合建筑物基础轮廓 一般工程建筑

46、物设计要求，勘探工作按建筑物基础类型、型式、轮廓布置，并提供剖面及定量指标。桩基 每个单独基础有一个钻孔；筏片、箱基 基础角点、中心点应有钻孔；拱坝按拱形最大外荷载线布置孔,2、布置勘探工作时，应遵循以下几条原则：(1)勘探工作应在工程地质测绘基础上进行。(2)无论是勘探的总体布置还是单个勘探点的设计，都要考虑综合利用。(3)勘探布置应与勘察阶段相适应。一般地说，从初期到后期的勘察阶段，勘探总体布置由线状到网状，范围由大到小，勘探点、线距离由稀到密。(4)勘探布置应随建筑物的类型和规模而异。,道路、隧道、管线,房屋建筑与构造物,勘探线,方形、长方形、工字形、丁形勘探网,2、布置勘探工作时，应遵

47、循以下几条原则：(5)勘探布置应考虑地质、地貌、水文地质等条件。一般勘探线应沿着地质条件等变化最大的方向布置。勘探点的密度应视工程地质条件的复杂程度而定，而不是平均分布。(6)在勘探线、网中的各勘探点，应视具体条件选择不同的勘探手段，以便互相配合，取长补短，有机地联系起来。总之，勘探工作一定要在工程地质测绘基础上布置。勘探布置主要取决于勘察阶段、建筑物类型和岩土工程勘察等级三个重要因素。还应充分发挥勘探工作的综合效益。,3、勘探坑孔布置原则 按工程地质条件布置坑孔的基本原则A、地貌单元及其衔接地段 勘探线应垂直地貌单元界限，每个地貌单元应有控制坑孔，二个地貌单元之间过渡地带应有钻孔。B、断层

48、在上盘布坑孔，在地表垂直断层走向布置坑探，坑孔应穿过断层面。C、滑坡 沿滑坡纵横轴线布孔、井，查明滑动带数量、部位、滑体厚度。坑孔深应穿过滑带到稳定基岩。D、河谷 垂直河流布置勘探线，钻孔应穿过覆盖层并深入基岩5m以上，防止误把漂石当作基岩。E、查明陡倾地质界面，使用斜孔或斜井，相邻两孔深度所揭露的地层相互衔接为原则，防止漏层。,(二)勘探坑孔间距的确定 各类建筑勘探坑孔的间距，是根据勘察阶段和岩土工程勘察等级来确定的。初期勘察阶段的主要任务是为选址和进行可行性研究，对拟选场址的稳定性和适宜性作出岩土工程评价，由于有若干个建筑场址的比较方案，勘察范围大，勘探坑孔间距比较大。中、后期勘察阶段，要

49、对场地内建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，确定建筑总平面布置，进而对地基基础设计、地基处理和不良地质现象的防治进行计算与评价，以满足施工设计的要求。此时勘察范围缩小而勘探坑孔增多了，因而坑孔间距是比较小的。坑孔间距的确定原则：（1）勘察阶段。初期间距大，中后期逐渐加密；（2）工程地质条件的复杂程度。简单地段少布，间距放宽，复杂地段、要害部位间距加密；（3）参照有关规范。,(三)勘探坑孔深度的确定 确定勘探坑孔深度包括两个方面：一是确定坑孔深度的依据；二是施工时终止坑孔的标志。勘探坑孔深度应根据建筑物类型、勘察阶段、岩土工程勘察等级以及所评价的岩土工程问题等综合考虑。除上述原则外尚应考虑以下各点

50、（1）建筑物有效附加应力影响范围；（2）与工程建筑物稳定性有关的工程地质问题的研究的需要；如坝基可能的滑移面深度、渗漏带底板深度。（3）工程设计的特殊要求；如确定坝基灌浆处理的深度、桩基深度、持力层深度等。（4）工程地质测绘及物探对某种勘探目的层的推断，在勘探设计中应逐孔确定合理深度，明确终孔标志。对于规范不应机械执行，应结合实际地质条件灵活运用。,二、勘探工程的施工顺序 勘探工程的合理施工顺序，既能提高勘探效率，取得满意的成果，又节约勘探工作量。为此，在勘探工程总体布置的基础上，须重视和研究勘探工程的施工顺序问题，即全部勘探工程在空间和时间上的发展问题。,由于勘探工程不可能同时全面施工，必须