2014工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工程地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院勘察與基礎(chǔ)工程研究所2012年2月20日課程名稱：工程地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)適用范圍：本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書適用于地質(zhì)工程專業(yè)本科生。學(xué)時(shí)安排：實(shí)驗(yàn)課時(shí)為8課時(shí)，總計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^室內(nèi)外試驗(yàn)，掌握工程地質(zhì)、水文地質(zhì)基本試驗(yàn)方法，提高學(xué)生 對(duì)工程地質(zhì)問題分析評(píng)價(jià)的能力，理論和實(shí)踐相結(jié)合，加深對(duì)所學(xué) 知識(shí)的印象。具體內(nèi)容：四個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的和要求、內(nèi)容、基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理 或?qū)嶒?yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式、相關(guān)思考題等內(nèi)容詳見各個(gè)實(shí)驗(yàn)?？己朔绞胶驮u(píng)分方法：通過實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行考核，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占平時(shí)成績(jī) 的三分之二。實(shí)驗(yàn)一常水頭滲透試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康耐辆?/p>

2、有被水透過的性能稱為土的滲透性。滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性質(zhì)，決定土體的強(qiáng)度性質(zhì)和變形、固結(jié)性質(zhì)，滲透問題是土力學(xué)的三個(gè)重要問題 之一，與強(qiáng)度問題、變形問題合成土力學(xué)的主要三大問題。 滲透試驗(yàn)主要是測(cè)定 土體的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以 cm/s作為 單位。二、一般規(guī)定1、滲透試驗(yàn)根據(jù)土顆粒的大小，對(duì)于粗粒土常采用常水頭滲透試驗(yàn)。2、本試驗(yàn)采用的純水，應(yīng)在試驗(yàn)前用抽氣法或煮沸法脫氣。試驗(yàn)時(shí)的水溫宜高 于試驗(yàn)室溫度34° Co3、本試驗(yàn)以水溫20oC為標(biāo)準(zhǔn)溫度，標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：nk20 = （1 1）20式中k 20 標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)試樣的滲透

3、系數(shù)（cm/s）;T C時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)（kPa-s）；320° C時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)(kPas)。粘滯系數(shù)比T % /%。查士工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-1999)表13.1.3。三、試驗(yàn)方法1試驗(yàn)儀器設(shè)備本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備主要由滲水部件和擊實(shí)部分組成(圖4.1) o(1)滲水部件：由筒身、滲水板、刻度板、測(cè)壓管等組成，在刻度板上裝有三個(gè)測(cè)壓管，其間距為100 0.44mm水位的測(cè)讀可由安裝在筒上的刻度板的刻 度讀出，測(cè)壓管接頭內(nèi)均裝有銅絲布以防細(xì)砂粒在試驗(yàn)時(shí)隨水流出。滲水筒下部有一排水孔，松開螺栓即可放出污水。(2)擊實(shí)部分：備有木錘，以擊實(shí)試樣。2主要規(guī)格(1

4、)金屬圓筒內(nèi)徑為1000+0.22mm高400mm當(dāng)使用其他尺寸的圓筒時(shí)，圓筒內(nèi)徑應(yīng)大于試樣最大粒徑的10倍。(2)測(cè)壓管間距離100 0.44mm3試驗(yàn)步驟(1)按本標(biāo)準(zhǔn)圖4.1安裝好儀器，量測(cè)濾網(wǎng)至筒頂?shù)母叨?，將滲水孔與橡 皮管接通，從滲水孔向圓筒注水至齊平濾網(wǎng)頂面。(2)取具有代表性的風(fēng)干土樣34kg,稱重準(zhǔn)確至1g,測(cè)定其風(fēng)干含水量。(3)將風(fēng)干土樣分層裝入圓筒內(nèi)，每層厚23cm根據(jù)要求的孔隙比，控 制試樣厚度，用木錘輕輕擊實(shí)至所需密度為止。當(dāng)試樣中含粘粒時(shí)，應(yīng)在濾網(wǎng)上 鋪2cm厚的粗砂作為過濾層，防止細(xì)粒流失。(4)每層試樣裝完后微開管夾，從滲水孔向圓筒充水，使水緩緩向上滲入， 試樣

5、逐漸飽和(水面不得高出試樣頂面)，注意水流不可過急，飽和后關(guān)上管 夾，飽和時(shí)須注意管子彎曲部分不能存有氣泡。(5)如此繼續(xù)分層裝入試樣飽和，直至試樣高出上測(cè)壓管 34cm止，量 試樣面至筒頂高度與銅絲網(wǎng)至筒頂高度相減， 得試樣高度，并在試樣頂面鋪1-2cm 厚的礫石層(作為緩沖層)。放水高出礫石層面2-3cm,關(guān)上管夾。稱剩余土樣的質(zhì) 量，計(jì)算試樣質(zhì)量(6)移去滲水孔之水源，使水由頂部注入儀器至水面與溢水孔齊平為止。(7)檢查測(cè)壓管水位是否齊平，當(dāng)測(cè)壓管與溢水孔水位不平時(shí)，表示儀器 有漏水或集氣現(xiàn)象。用吸球調(diào)整測(cè)壓管水位，直至兩者水位齊平。(8)降低調(diào)節(jié)管之管口至試樣上部1/3高度處，形成水位

6、差使水滲入試樣， 經(jīng)過調(diào)節(jié)管之管口流出。調(diào)節(jié)供水管止水夾，使進(jìn)入圓筒的水量多于溢出的水量， 溢水孔始終有水溢出，保持圓筒內(nèi)水位不變，試樣處于常水頭下滲透。(9)當(dāng)測(cè)壓管水位穩(wěn)定后，測(cè)記測(cè)壓管水位，并計(jì)算測(cè)壓管 1、2間與測(cè)壓 管2、3間的水位差。(10)開動(dòng)秒表，用量筒自調(diào)節(jié)管取經(jīng)一定時(shí)間的滲水量。接取滲出水量 時(shí)，調(diào)節(jié)管口不得浸入水中，測(cè)量進(jìn)水和出水處的水溫，取平均值。(11)降低調(diào)節(jié)管至試樣的中部和下部1/3處，按本條(9)、(10)款的 步驟重復(fù)測(cè)定滲出水量和水溫，在取得的六個(gè)滲水系數(shù)中較接近的數(shù)，求其平 均值。4常水頭滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：kTQLAHt(12)式中k t 水溫為丁 C

7、時(shí)試樣的滲透系數(shù)(cm/s);9 TT C時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)(kPa-s)；Q時(shí)間t秒內(nèi)的滲出水量(cm3)；L兩測(cè)壓管中/b間的距離(cm)；A試樣的斷面積(cm2)；H 平均水位差(cm),平均水位差H可按(Hi + H 2 ) / 2 公式計(jì)算時(shí)間(s)油支()功粘滯系，5 kPas(10-6)溫度校正值T P溫度()動(dòng)力粘滯系數(shù) kPas(10-6)% /場(chǎng))溫度校正值T P501.5161.5011.178.00.38713731.285.51.4981.4781.198.51.3671.3531.30601.4701.4551.219.01.3471.3341.32651.4491

8、.4351.239.51.3281.3151.347.01.4281.4141.2510.01J101.2971367.51.4071.3931.2710.51.2921.2791.3811.01.2741.2611.4020.50.9980.9881.7811.51.2561.2431.4221.00.9860.9761.8012.01.2391.2271.4421.50.9740.9641.8312.51.2231.2111.4622.00.9680.9581.8513.01.2061.1941.4822.50.9520.9431.8713.51.1881.1761.5023.00.941

9、0.9321.8914.01.1751.1681.5224.00.9190.9101.9414.51.1601.1481.5425.00.8990.8901.9815.01.1441.1331.5626.00.8790.8702.0315.51.1301.1191.5827.00.8590.8502.0716.01.1151.1041.6028.00.8410.8332.1216.51.1011.0901.6229.00.8230.8152.1617.01.0881.0771.6430.00.8060.7982.2117.51.0741.0661.6631.00.7890.7812.251J.

10、01.0611.0501.6832.00.7730.7652.301J.51.0481.0381.7033.00.7570.7502.3419.01.0351.0251.7234.00.7420.73523919.51.0221.0121.7435.007270.7202.4320.01.0101.0001.76圖1.1常水頭滲透裝置1一金屬圓筒；2金屬孔板；3測(cè)壓孔；4測(cè)壓管；5溢水孔；6滲水孔;7調(diào)節(jié)管；8滑動(dòng)支架；9供水管；10止水夾；11溫度計(jì)；12一量杯;13一試樣；14礫石層；15一銅絲篩布濾網(wǎng)；16供水瓶5、標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按式（1 1）計(jì)算。6、常水頭滲透試驗(yàn)的記錄格式見

11、表1.1表1.1常水頭滲透試驗(yàn)記錄工程編號(hào)試樣編號(hào)試驗(yàn)者計(jì)算者校核者試驗(yàn)日期試驗(yàn)經(jīng)過測(cè)壓管水位(cm)水位差水力滲水滲透系數(shù)水溫校正系數(shù)水溫20oC平均滲透次時(shí)InmHiH2平均坡皇 里(cm/s)(oC)時(shí)的滲系數(shù)數(shù)間降(cm)透系數(shù)(cm/s)(cm/s)(7)=(11)(12) =(13)= M(14)=1/2=布(12)+/ 202Q一一/L實(shí)驗(yàn)二變水頭滲透試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康耐辆哂斜凰高^的性能稱為土的滲透性。滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性 質(zhì)，決定土體的強(qiáng)度性質(zhì)和變形、固結(jié)性質(zhì)，滲透問題是土力學(xué)的三個(gè)重要問題 之一，與強(qiáng)度問題、變形問題合成土力學(xué)的主要三大問題。 滲透試驗(yàn)主要是測(cè)定 土體

12、的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以 cm/s作為 單位。二、一般規(guī)定1、滲透試驗(yàn)根據(jù)土顆粒的大小，細(xì)粒土常采用變水頭滲透試驗(yàn)。2、本試驗(yàn)采用的純水，應(yīng)在試驗(yàn)前用抽氣法或煮沸法脫氣。試驗(yàn)時(shí)的水溫宜 高于試驗(yàn)室溫度34° Co3、本試驗(yàn)以水溫20oC為標(biāo)準(zhǔn)溫度，標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：k20 = kT 丁( 2 1 )20式中k 20 標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)試樣的滲透系數(shù)(cm/s);%T C時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)(kPa-s)；上020° C時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)(kPas)。粘滯系數(shù)比T叫/ / 查土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-1999)表13.1.3

13、三、試驗(yàn)方法(1)試驗(yàn)儀器設(shè)備1.旋鈕2.橫梁3.上蓋4.接咀5.密封圈6.環(huán)刀7.套筒8.透水石9.底座10.腳釘變水頭濯透謫驗(yàn)裝置1.接水源N.出水植、500ml 3.水頭忖4、謂喪“進(jìn)水管6.接水海7、用水管 心持(管本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備，應(yīng)符合下列規(guī)定：滲透容器：上蓋、底座、套座、環(huán)刀、透水石、螺桿等組成。環(huán)刀內(nèi)徑 61.8mm高40mm儀器外形尺寸直徑為 力118 (管咀除外)，高度約155mm透水 石的滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3 cm/s) o 變水頭裝置：由滲透容器、變水頭管、供水瓶、進(jìn)水管等組成(圖4.2)。 變水頭管的內(nèi)徑應(yīng)均勻，管徑不大于lcm,管外壁應(yīng)有最小分度為1.0m

14、m的刻度, 長(zhǎng)度宜為2m左右。 參照水電部土工試驗(yàn)規(guī)程SD128-012-84,制備樣?；騾⒄認(rèn)TJ051-93公 路土工試驗(yàn)規(guī)程T0130-93。并應(yīng)測(cè)定試樣的含水率和密度。(2)試驗(yàn)步驟把透水石、密封圈放入底座中，將套筒內(nèi)壁涂一層凡士林，放入土樣環(huán) 刀，刮凈多余凡士林置于底座上。 放上密封圈、透水石、上蓋、旋緊螺桿，要求密封至不漏水不透氣。對(duì) 不易透水的試樣，按土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-1999)第3.2.4條的規(guī)定進(jìn)行抽氣飽和；對(duì)飽和試樣和較易透水的試樣，直接用變水頭裝置的水頭進(jìn) 行試樣飽和。 將滲透容器的進(jìn)水口與變水頭管連接，利用供水瓶中的純水向進(jìn)水管注 滿水，并滲入滲透

15、容器，開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無 氣泡，關(guān)排水閥，放平滲透容器，關(guān)進(jìn)水管夾。 水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度確定，一般不應(yīng)大于200cm待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進(jìn)水管夾，使水通過試樣，當(dāng)出水口有水濫出時(shí)開始測(cè)記變 水頭管中起始水頭高度和起始時(shí)間， 按預(yù)定時(shí)間問隔測(cè)記水頭和時(shí)間的變化， 并 測(cè)記出水口的水溫。 將變水頭管中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變 化，重復(fù)6次以上，當(dāng)不同開始水頭下測(cè)定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。(3)變水頭滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：aL H1kT =2.3log(4-3)A(t2 - ti) %式中A變水頭管的斷面積(cm2

16、;2.3 ln和10g的變換因數(shù)；L滲徑，即試樣高度(cm);t1, t2 分別為測(cè)讀水頭的起始和終止時(shí)間(s)；H, H2_起始和終止水頭。(4)標(biāo)準(zhǔn)溫度下滲透系數(shù)應(yīng)按式(4-1 )計(jì)算。(5)常水頭滲透試驗(yàn)的記錄格式見表4.2。表2.1變水頭滲透試驗(yàn)記錄工程編號(hào)試樣面積試驗(yàn)者試樣編號(hào)試樣高度計(jì)算者儀器編號(hào) 測(cè)壓管面積_校核者試驗(yàn)日期 孔隙比開始時(shí)間終了時(shí)間經(jīng)過時(shí)間開始水頭終了水頭ax L2.3Am (3)igHi h?ToC寸的滲透水溫校正水溫20oC寸的平均滲透ti(s)t2t(s)Hi(cm)H(cm)系數(shù)(0系滲透系系數(shù)(cm/s)C)數(shù)數(shù)(cm/s(cm/s)=二二(11)二-X“

17、TXM/ “20四、注意事項(xiàng)：1、上蓋出水管處橡膠管不宜套至根部，須留出6m械上。以防與套筒受壓。2、每次用完應(yīng)擦凈晾干，密封圈宜抹以滑石粉保存。3、切土環(huán)刀應(yīng)妥善保管，防止刃口碰損。實(shí)驗(yàn)三土的野外鑒別巖土工程勘察、分析和評(píng)價(jià)時(shí)，首先要求對(duì)地表和各類勘探工程揭露的地基 土進(jìn)行鑒別和描述。對(duì)于砂土和碎石土等粗顆粒土， 野外鑒別相對(duì)簡(jiǎn)單一些。對(duì) 于粉土和粘性土等細(xì)顆粒土，野外鑒別難度相對(duì)較大?，F(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范 (GB50021-2001)規(guī)定對(duì)地基土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)描述，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行野外初步 定名和初步確定土的工程性質(zhì)。在提交勘察報(bào)告時(shí)，還需結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)有 關(guān)原位測(cè)試進(jìn)行補(bǔ)充、校核和綜合分

18、析，最終確定地基土類別和工程性質(zhì)。本實(shí) 驗(yàn)即專門針對(duì)一般土的野外鑒別而進(jìn)行。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅罕驹囼?yàn)要求在課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，通過勘察或野外露頭的現(xiàn)場(chǎng)觀察或觀摩學(xué) 習(xí)，以達(dá)到下列目的：1實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際勘探工程進(jìn)行或者在野外地基土露頭進(jìn)行；2學(xué)會(huì)野外進(jìn)行土的觀察；3學(xué)會(huì)野外進(jìn)行土樣的描述；4學(xué)會(huì)野外判別土的密實(shí)程度；5能野外鑒別長(zhǎng)沙市常見的一般地基土類型。二、實(shí)驗(yàn)方法和原理：通過野外觀察土的分布和特性，能初步確定土的成因類型及工程類型。粗粒土描述：顏色、顆粒級(jí)配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、礦物組成、 粘粒含量、腐殖質(zhì)含量、濕度、密實(shí)度等；細(xì)粒土描述：顏色、包含物、濕度、密實(shí)度、光澤反應(yīng)、震搖反應(yīng)

19、、干強(qiáng)度、 韌性、土層結(jié)構(gòu)。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：本試驗(yàn)在學(xué)校附近巖石露頭進(jìn)行，有關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備比較簡(jiǎn)單。主要包括：1)尺：用于測(cè)量粗粒土粒徑。2)地質(zhì)錘和小刀：用于野外鑒別土類型及其軟硬程度的定性觀察和分析； 四、實(shí)驗(yàn)步驟：1 .野外觀察土的分布、厚度;2 .觀察、描述土的特征；3 .判斷土的成因類型；4 .推斷土的形成年代。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理：整理野外觀察記錄，根據(jù)實(shí)際記錄的土的特征確定土的類別六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式：1 .工程概況、實(shí)驗(yàn)日期2 .實(shí)驗(yàn)要求和目的3 .實(shí)驗(yàn)方法和步驟4 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其整理5 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析6 .結(jié)論七、實(shí)驗(yàn)思考題：如何進(jìn)行細(xì)顆粒土和粗顆粒土的分類?實(shí)驗(yàn)四 巖石與巖體工程性

20、質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)鑒別巖土工程勘察時(shí)，要求對(duì)地表和各類勘察工程揭露的巖石和巖體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鑒 別和描述，現(xiàn)場(chǎng)定性確定巖石（體）工程性質(zhì)。對(duì)于巖石來說，現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）規(guī)定，巖石應(yīng) 描述地質(zhì)年代、名稱、地層產(chǎn)狀、風(fēng)化程度、顏色、主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié) 理裂隙及巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD;對(duì)沉積巖石著重描述顆粒大小、形狀、膠結(jié)物成 分和膠結(jié)程度；對(duì)巖漿巖及變質(zhì)巖應(yīng)著重描述礦物結(jié)晶大小和結(jié)晶程度。特殊巖石還要進(jìn)行特殊性質(zhì)的鑒別和描述。對(duì)于巖體來說，現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范 （GB50021-2001）規(guī)定，巖體還應(yīng)描述結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、巖層厚度、結(jié)構(gòu)類型、 巖體基本質(zhì)量等級(jí)等內(nèi)容。巖石（體）

21、工程性質(zhì)的確定，包括野外定性分析和根據(jù)各種測(cè)試結(jié)果定量分 析兩種方法，經(jīng)過綜合分析之后判定不同巖石地基或工程圍巖的工程性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)即專門針對(duì)巖石（體）野外定名和工程性質(zhì)的野外鑒別而進(jìn)行。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅罕驹囼?yàn)要求在課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，通過學(xué)校附近野外巖石（體）露頭的現(xiàn)場(chǎng)觀 測(cè)，以達(dá)到下列目的：1野外鑒別學(xué)校附近巖石名稱、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；2能按照國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室和野外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)對(duì)節(jié)理 和裂隙進(jìn)行觀測(cè)和描述；3能野外定性鑒定巖體風(fēng)化程度；4能野外定性判別巖石軟硬程度；5能野外定性鑒別巖體完整程度；6能初步確定其巖體結(jié)構(gòu)類型和巖體基本質(zhì)量等級(jí)；7能野外初步判別巖石的崩解性能和等級(jí)。8通過上述工作，為將來從事工程勘察打下有關(guān)巖石（體）工程性質(zhì)的確定 的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)原理：巖石是在地球內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，根據(jù)不同成因可以劃分不同的巖石 類別。不同的巖石類別具有不同的成分、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和不同的軟硬程 度和抗風(fēng)化能力。在各種地質(zhì)作用和人類因素影響下， 巖體的風(fēng)化程度不同，由 此造成巖體的工程性質(zhì)也不同，從而