第九章知識資料工程地質(zhì)勘察

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁9工程地質(zhì)勘察一、總論㈠工程地質(zhì)勘察目的獲取建設(shè)場地的地質(zhì)資料，為工程建設(shè)的計劃、設(shè)計、施工提供根據(jù)，保證建造物安全穩(wěn)定、經(jīng)濟合理和正常使用。同時使興建工程有利于保護天然環(huán)境，防止惡化地質(zhì)環(huán)境甚至引起地質(zhì)災(zāi)害（如滑坡、流石、地震、泥石流等）。㈡勘察任務(wù)⑴查明場區(qū)工程地質(zhì)條件（含有利、不利條件）。⑵分析與建設(shè)有關(guān)的工程地質(zhì)問題，并作出定性、定量評價，提出設(shè)計施工根據(jù)。⑶鄰選地質(zhì)條件較好的建造場地。⑷提出建造物類型、結(jié)構(gòu)及施工主意的建議。⑸為改善和防治不良地質(zhì)現(xiàn)象提供地質(zhì)根據(jù)。⑹預(yù)測工程興建之后對地質(zhì)環(huán)境造成的影響，制定保護環(huán)境的措施。㈢勘察階段劃分：（普通）⑴可行性研究勘察階段——選址、決定場地，評價場地穩(wěn)定性、相宜性。搜集資料：區(qū)域地質(zhì)地形地貌、地震、建造經(jīng)驗等。踏勘：了解場地地層、構(gòu)造、土性、水文、不良地質(zhì)現(xiàn)象等條件。場地條件復(fù)雜的應(yīng)作測繪和補勘。⑵初步勘察階段——對場地內(nèi)建造地段穩(wěn)定性作評價。搜集資料：可行性報告、場址地形圖、工程情況、規(guī)模等。初步查明地層、構(gòu)造、土性、地下水條件、不良地質(zhì)現(xiàn)象成因、分布及影響，按照需要作測繪、勘探及測試。⑶詳勘階段：結(jié)合施工圖設(shè)計提供詳細地質(zhì)資料和設(shè)計所需巖土參數(shù)對地基舉行評價。對基礎(chǔ)設(shè)計、地基處理、不良地質(zhì)現(xiàn)象防治等計劃作出論證、建議和結(jié)論。二、勘察主意包括工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)勘探、巖土測試與觀測、資料分析收拾。㈠工程地質(zhì)測繪——在野外地質(zhì)體現(xiàn)象舉行看見描述，將其表示在有關(guān)圖表上，反映地面地質(zhì)現(xiàn)象，并預(yù)測地下地質(zhì)情況，為勘探工作布置提供根據(jù)。是勘察的基本主意，是其它勘察工作的基礎(chǔ)與根據(jù)。*測繪內(nèi)容：野外地表填圖，配合少量輕型勘探、實驗主意完成。工程地質(zhì)條件的所有要素，即均地層、巖性、構(gòu)造、地貌、水文等。1、測繪范圍、比例——工民建造為場地范圍，復(fù)雜地區(qū)應(yīng)適當(dāng)擴大。比例尺：與勘察階段、建造類型、等級、規(guī)模、場地復(fù)雜程度有關(guān)。普通工民建造：踏勘：1∶50000～1∶200000可行性勘察：1∶5000～1∶50000初勘：1∶2000～1∶5000詳勘：1∶100～1∶10002、測繪精度：普通反映在圖上大于2mm的一切地質(zhì)現(xiàn)象。3、測繪主意：主要為實地測繪法（還有像片成圖法）。⑴路線法；⑵布點法；⑶追蹤法。㈡工程地質(zhì)勘探：——主要查明地下工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況。主意：工程地質(zhì)物探（地球物理勘探）、鉆探、坑探1、物探：——用專門儀器探測地殼表層各種地質(zhì)體的場（電、磁、重力場等）。通過測的場特性及差異制明地下各種地質(zhì)現(xiàn)象和參數(shù)。2、鉆探：——勘探主要手段，從鉆孔中抽取巖土樣舉行鑒別定名，取樣分析測出土工參數(shù)。編制鉆孔地質(zhì)柱狀圖，比例1∶100～1∶500。圖中標(biāo)示地質(zhì)年代、土層埋深、土層厚度、標(biāo)高、巖土描述、水位等。如圖10－2所示。3、坑探：直接開挖槽坑看見巖土層，天然狀態(tài)及地層間接觸關(guān)系。4、觸探：勘探布置：平面上：以測繪、物探為基礎(chǔ)，布置數(shù)量、精度與勘探階段相適應(yīng)：即可行性——初勘——詳勘沿基礎(chǔ)軸線布置；總體布置勘探點——線——網(wǎng)沿地質(zhì)條件變化大的方向布勘線；范圍：大——??；點線：由稀——密。深度：據(jù)工程性質(zhì)、地質(zhì)條件考慮，符合規(guī)范和設(shè)計需要及地質(zhì)評價需要。如穿過可能的滑動面（滑坡穩(wěn)定問題）、達到相應(yīng)隔水層（壩基滲漏問題），到達壓縮層以下2～3倍基底寬、樁基之下一定深度等。㈢巖土測試與持久觀測：1、測試：了解巖土物、力性質(zhì)，獲巖土參數(shù)。分為原位（臨近實際）、室內(nèi)（容易、價低、但結(jié)果與實際有差距）原位測試——載荷實驗（如圖10－8所示），十字板剪切、靜力觸探、動力觸探。室內(nèi)測試——含水量、重度、強度實驗等。2、持久觀測：為檢驗測繪、勘探的準(zhǔn)確性，尋找動力地質(zhì)作用的邏輯（隨時光變化），預(yù)測、防治不良地質(zhì)問題、災(zāi)害和工程興建后浮上的工程地質(zhì)問題。內(nèi)容：①地下水動態(tài)觀測——評價地基承載力、基坑穩(wěn)定性等。②不良地質(zhì)現(xiàn)象觀測——了解變化動態(tài)、發(fā)展階段和速度（滑坡、崩塌等），找出緣故和因素。③工程興建后的觀測——如地基沉降、差異沉降等。㈣勘察資料收拾：總算成績——勘察報告書、圖件。1、工程地質(zhì)報告——闡明場區(qū)工程地質(zhì)條件，分析存在的工程地質(zhì)問題，作出工程地質(zhì)評價與結(jié)論。2、工程地質(zhì)圖——含平面圖、剖面、柱狀圖等。⑴綜合工程地質(zhì)平面圖——標(biāo)出場地各種地質(zhì)條件如地形地貌、地層巖性、構(gòu)造、水文、不良地質(zhì)現(xiàn)象等并對場區(qū)舉行綜合評價。⑵勘探平面圖——標(biāo)出勘探點位置、標(biāo)高、工程輪廓、場地位置等。⑶工程地質(zhì)剖面圖——據(jù)各勘探點成績作出，反映構(gòu)造、巖性、分層、地下水、各分層巖土物力指標(biāo)等。⑷地層綜合柱狀圖——據(jù)鉆孔資料作出，反映場地地層變化，描述各層地質(zhì)特征及各巖土層物力性質(zhì)指標(biāo)?？梢苑从炽@孔點個深度處的巖石性質(zhì)、巖層界線、基巖面高程、斷層等構(gòu)造線高度、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀等。⑸土工實驗圖表：抗剪強度曲線、壓縮曲線。⑹原位測圖件：載荷實驗等。三、建造工程的工程地質(zhì)勘察任務(wù)及主要工程地質(zhì)問題：（一）各階段的勘察主要任務(wù)：建造工程地質(zhì)勘察階段通?？煞譃榭尚行匝芯靠辈祀A段、初步勘察階段和詳細勘察階段。（1）可行性研究勘察階段，又稱選址階段，該階段應(yīng)對擬建場地的穩(wěn)定性和相宜性作出評價。（2）初步勘察階段應(yīng)對場地內(nèi)建造地段的穩(wěn)定性作出巖土工程評價。（3）詳細勘察應(yīng)密切結(jié)合技術(shù)設(shè)計或施工圖設(shè)計，按不同建(構(gòu))筑物或建造群提出詳細工程地質(zhì)資料和設(shè)計所需的各項巖土技術(shù)參數(shù)，對建造地基作出巖土工程分析評價，為基礎(chǔ)設(shè)計、地基處理、物理地質(zhì)現(xiàn)象的防治等詳細計劃作出論證、結(jié)論和建議。（二）主要工程地質(zhì)問題：1、地基穩(wěn)定性問題：⑴承載力；⑵變形。2、基礎(chǔ)埋深與持力層的決定3、基礎(chǔ)開挖施工條件問題4、地下水對基礎(chǔ)的侵蝕問題（水質(zhì)問題）四、路橋工程的勘察淺性、表層建造物，穿過不同復(fù)雜地質(zhì)條件與地貌，不良地質(zhì)現(xiàn)象對其影響大。（一）道路：路基（堤、塹）——主體橋隧（涵）防護建造物（擋墻、護坡等）1、內(nèi)容：⑴線路勘察；⑵異常地條、不良地質(zhì)現(xiàn)象；⑶路基路面；⑷橋梁；⑸隧道；⑹筑路材料2、主要工程地質(zhì)問題：⑴選線：①河谷線；②山脊線；③山坡線；④越嶺線；⑤跨谷線。⑵路基工程：①邊坡穩(wěn)定；②路基穩(wěn)定；③凍害。3、道路工程勘察要點：⑴選線——跨越大分山嶺、長隧、大河、大規(guī)模不良地質(zhì)可行性階段。⑵路線、路基初勘。⑶詳勘。（二）橋梁主要工程地質(zhì)問題：⑴橋墩、橋臺地基穩(wěn)定性。⑵橋臺偏心受壓（側(cè)土、動載等）。⑶墩臺地基的沖刷。勘察要點（略）五、地質(zhì)勘察報告的閱讀（一）工程地質(zhì)勘察報告粗讀：1、了解的主要任務(wù)與內(nèi)容，包括①工程概況；②與建造有關(guān)的工程地質(zhì)問題評價；③④擬建建造物的類型、結(jié)構(gòu)、規(guī)模；⑤施工主意的建議；⑥工程興建工程地質(zhì)環(huán)境評價。2、所屬勘察階段3、所采用的工程地質(zhì)勘察主意4、工程地質(zhì)勘察的布置5、建造地區(qū)和場地的工程地質(zhì)條件（包括有無不良地質(zhì)現(xiàn)象）；巖土類型、地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件、地形地貌條件、水文地質(zhì)條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象、天然建材條件（二）工程地質(zhì)勘察報告的精讀1、正文：（1)勘察任務(wù)要求及勘察工作概況；（2）區(qū)域天然地理概述；（3）場地的地層分布、巖石和土的勻稱性、物理力學(xué)性質(zhì)、地基的承載力和其他設(shè)計計算指標(biāo)；（4）地下水的埋藏條件和侵蝕性以及土層的凍結(jié)深度（5）綜合評價2、圖件勘察點平面布置圖、鉆孔綜合拄狀圖、工程地質(zhì)剖面圖、持力層頂面埋深圖、巖土芯照片3、附表土工實驗成績表、巖石抗壓強度表、水質(zhì)分析表（三）閱讀勘察報告要達到的目的1、全面仔細閱讀后，了結(jié)場地的工程地質(zhì)條件2、按照工程要求，核對鉆孔位置、孔深、取樣數(shù)量是否合乎規(guī)范要求3、復(fù)核土工實驗成績是否確切、合理，參數(shù)是否齊全4、核對地下水的埋藏條件、水質(zhì)(是否具有腐蝕性）、水位及地下水的變化邏輯（周圍的條件及補給和水位變化）5、仔細分析報告中的結(jié)論和建議，判斷其合理性，在此基礎(chǔ)上提出地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工的最佳計劃的建議。五、地質(zhì)圖的閱讀和分析(一)目的與要求學(xué)會閱讀地質(zhì)圖的普通步驟和主意；控制各種巖層產(chǎn)狀、接觸關(guān)系在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征；控制褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、巖漿巖體在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征。（二)主要內(nèi)容地質(zhì)圖的普通知識及讀圖主意步驟；在地質(zhì)圖上分析巖層產(chǎn)狀、接觸關(guān)系、褶皺、斷裂構(gòu)造等。(三)儀器用品地質(zhì)圖、放大鏡、筆記本等。(四)原理主意1．地質(zhì)圖的普通知識地質(zhì)圖是反映各種地質(zhì)現(xiàn)象的圖件。它是用規(guī)定的符號、色彩將各種地質(zhì)資料按比例投影到平面上，故是一種平面圖。地質(zhì)圖可以表示出一個地區(qū)的巖性、地層、地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布等地質(zhì)內(nèi)容，是指導(dǎo)地質(zhì)工作的重要圖件，同時也是研究天然地理的基本資料之一，充足利用地質(zhì)圖有助于了解一個地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造與各種天然地理因素之間的關(guān)系。圖例是不可缺少的部分，普通地質(zhì)圖的圖例是用各種規(guī)定的色彩和符號來表示巖石的時代和性質(zhì)、巖漿巖和各種構(gòu)造要素等。圖例都是畫成大小為0．8～l.2cm的長方形格子，通常放在圖框外的右邊或下方。地層圖例的順序是自上而下由新到老羅列(若圖例在圖框下方，則是從左至右由新到老羅列)，在方格左面注明時代，右面注明巖石性質(zhì)，方格內(nèi)涂上或畫上與地質(zhì)圖上同層位地層的相同色譜或符號。巖漿巖圖例放在沉積巖之后，按時代及酸性程度羅列。地質(zhì)構(gòu)造圖例則放在巖石圖例之后，普通是用不同符號來代表。地質(zhì)圖上各種界線的色彩也是規(guī)定的，地層界線用黑色，斷層線用紅色，河流用淺藍色，等高線用棕色，城鎮(zhèn)和交通網(wǎng)用黑色等等。2．不同產(chǎn)狀的巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)(1)水平巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征1)地質(zhì)界線與地形等高線平行或重合(圖1)2)正常情況下，老巖層出露在地形低處，新巖層出露在地形高處。3)巖層頂面與底面界線的標(biāo)高差，即為該水平巖層的厚度。4)巖石露頭的寬度與巖層厚度成正比，與地面坡度成反比。即當(dāng)?shù)孛嫫露纫恢聲r，巖層厚度大的，其露頭寬度大；當(dāng)巖層厚度相同時，地形坡度愈大，其露頭寬度愈窄。(2)傾斜巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征1)地質(zhì)圖上普通都用產(chǎn)狀符號標(biāo)出傾斜巖層的產(chǎn)狀，其符號為／30，長線方向表示走向(二個方向)，短線指向為傾向(一個方向)，數(shù)字代表傾角。2)在地形崎嶇地區(qū)，傾斜巖層的界線，在地質(zhì)圖上基本呈平行線狀分布，沿著傾斜方向普通出露新巖層。圖1水平巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征3)在地形高低起伏地區(qū)，傾斜巖層的界線在地質(zhì)圖上則與地形等高線相交，并在山坡和山谷處彎曲成“V”字形，有一定的邏輯(稱“V”形法則)，其邏輯受巖層傾角大小、巖層傾向及地面坡度的關(guān)系所決定。a．巖層傾向與地面坡度相反時，巖層界線的“V”形彎曲頂端在山谷處指向上游，在山坡處指向下坡(圖2-1)。b．巖層傾向與地面坡向一致，而巖層傾角大于地面坡角時，巖層界線的“V”形尖端在山溝處指向下游，在山坡處指向上坡(圖2-2)。c．巖層傾向與地面坡向一致，而巖層傾角小于地面坡角時，巖層界線“v”形尖端在山溝處指向上游、山坡處指向下坡，但地層界線比a更為狹窄(圖2-3)。圖2-1圖2-2圖2-3圖2傾斜巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)特征圖2-1巖層傾向與圖地面坡向相反；圖2-2巖層傾向與地面坡向一致，巖層傾角大于地面坡角；圖2-3巖層傾角與圖地面坡角一致巖層傾角小于地面坡角(3)豎立巖層在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)，無論地形崎嶇或高低起伏與否，其巖層界線皆呈直線延伸，不受地形影響。3．巖層接觸關(guān)系在地質(zhì)圖上的表現(xiàn)(1)整合接觸在地質(zhì)圖上表現(xiàn)為巖層時代延續(xù)，產(chǎn)狀一致，巖層界線彼此平行延伸。(2)平行不整合接觸表現(xiàn)為上下兩套巖層產(chǎn)狀一致，巖層界線平行羅列，其間有地層缺失，即巖層時代不延續(xù)。(3)角度不整合接觸上下兩套巖層產(chǎn)狀不同，地層時代不延續(xù)，其間有地層缺失。在圖上常表現(xiàn)為較老的一套巖層界線被不整合線切割，而新的一套巖層的界線則與不整合線大致平行延伸(圖3)。圖3角度不整合在平面和剖面圖上的表現(xiàn)上圖：平面圖；下圖：沿AB線的剖面圖4．在地質(zhì)圖上分析褶皺構(gòu)造的主意(1)區(qū)別背斜和向斜橫穿巖層延伸方向，在某一巖層的兩側(cè)依次對稱浮上新巖層者為背斜，反之為向斜。即從該巖層軸部(核部)，向兩側(cè)(兩翼)逐漸出露新巖層為背斜，反之軸部為新巖層，向兩翼逐漸出露老巖層為向斜(圖4)(2)褶皺類型的判讀（1)按照褶曲兩翼的產(chǎn)狀：兩翼傾向相反，傾角基本相等，則稱為豎立褶皺(又稱對稱褶皺)；兩翼傾向相反，而傾角不等，則稱為傾斜褶皺；兩翼向同一方向傾斜(一翼為倒轉(zhuǎn)翼)，而傾角較大，則為倒轉(zhuǎn)褶皺；若兩翼向同一方向傾斜，且兩翼傾角很小(小于10‘，即近于水平)稱為平臥褶皺(參閱《土木工程地質(zhì)學(xué)》32頁圖3-5)。（2)按照褶曲軸的長短：在地質(zhì)圖上各巖層轉(zhuǎn)折端頂點的連線即為軸線。軸向方向代表該褶皺的延伸方向，軸線的長短表示褶曲的長短。倘若褶曲軸延伸很長，表現(xiàn)為一系列背斜向斜相連，是為線形褶皺；倘若褶曲軸較短，在地質(zhì)圖上該褶曲形狀為長圓形(長寬比例相差較小)，則為長圓形褶皺(又稱短軸褶皺)；若褶曲軸更短，褶曲形狀近似渾圓形，則為渾圓形褶皺(又稱穹窿或構(gòu)造盆地)。（3)按照樞紐的產(chǎn)狀：若褶曲樞紐是水平的，其兩翼巖層界線大致沿走向延伸，則為平行褶皺(又稱水平褶皺)；若樞紐是傾伏的，其核部必呈封閉曲線，兩翼巖層不平行且逐漸呈弧形轉(zhuǎn)折相交，背斜的弧形凸出方向為傾伏方向，向斜的弧形凸出方向為揚起方向，若幾個傾伏背斜向斜相連，在圖上的巖層界線往往表現(xiàn)為“之”字形轉(zhuǎn)折彎曲(圖4)。(3)褶皺形成時代的決定主要是按照地層的角度不整合關(guān)系來決定，即按照不整合面上下兩套巖層的相對時代來決定。褶皺形成于不整合面以下的一套巖層(又稱下構(gòu)造層)中最新的地層時代之后，不整合面以上的一套巖層(稱上構(gòu)造層)中最老的地層時代之前。如圖4尖峰地質(zhì)圖中組成該區(qū)褶皺是晚古生代的T1和P2兩個時代的地層，圖幅西邊還有中生代K地層，K與Tl、P2為角度不整合接觸，其不整合線就是K地層的底界線，故K可稱為上構(gòu)造層，T1和P2組成下構(gòu)造層。因此該區(qū)褶皺的形成時代是在T13之后、K之前，以構(gòu)造運動階段來說明的話，則褶皺是形成于印支運動(T2末期)或燕山運動(T2末期)。5．在地質(zhì)圖上分析斷層的主意(1)斷層面產(chǎn)狀的判讀1)斷層線是斷層面在地面的出露線，因此它和傾斜巖層露頭線一樣，可用“V”形法則來判斷其斷層面的產(chǎn)狀；2)普通在地質(zhì)圖上斷層線都會用箭頭符號標(biāo)示其傾向，斷層線(紅長線表示斷層走向，箭頭表示斷層傾向，數(shù)字表示斷層傾角)。(2)斷層兩盤相對位移及斷層性質(zhì)的決定1)走向斷層或縱斷層(斷層走向與巖層走向或褶皺軸向大體一致)，它可造成巖層的重復(fù)或缺失現(xiàn)象。在斷層線上隨意指定一點，則浮上較老巖層一側(cè)為升高盤，浮上較新巖層一側(cè)為下降盤。但有一個例外，即斷層面傾向與巖層傾向一致而斷層傾角小于巖層斜角時，在浮上較老巖層一側(cè)為下降盤，較新巖層一側(cè)為升高盤。斷層兩盤相對位移情況決定后，再按照斷層面的傾向即可決定是正斷層或逆斷層。2)橫向斷層或斜向斷層(斷層走向與巖層走向或褶皺軸向垂直或斜交)，它可造成巖層或褶皺的中斷或錯開現(xiàn)象。(i)當(dāng)橫向或斜向斷層切割傾斜巖層時，地質(zhì)圖上都表現(xiàn)為巖層界線的錯移，而且?guī)r層界線向該巖層傾斜方向移動的一盤為相對升高盤(即浮上較老巖層)。如圖5顯示，斷層F把D、C地層切割，以D為標(biāo)志層可看出，斷層的東南盤D地層向東北方向錯移，而D為向東北方向傾斜的地層，故此斷層的東南盤為升高盤，西北盤為下降盤。(ii)當(dāng)橫向或斜向斷層切過褶皺時，則會使褶皺核部(或軸部)在斷層兩側(cè)發(fā)生寬窄的變化，背斜核部變寬或向斜核部變窄的一盤為升高盤，反之為下降盤。同理，斷層相對位移情況決定后，再按照斷層面的傾向，即可決定該橫向或斜向斷層是正斷層還是逆斷層。如圖5斷層(F)向西北傾，其東南盤升高，則此斷層為正斷層。(iii)若橫向或斜向的斷層切割褶皺時，斷層兩盤核部惟獨位置的錯移而無寬窄的變化，則為平移斷層。按照斷層的互相切割關(guān)系或斷層與巖體的互相關(guān)系來判定。被切割者時代較老，切割者時代較新。（五）讀圖步驟首先要看圖名、圖幅代號、比例尺、出版年代等，圖名、圖幅代號告訴我們圖幅所在的地理位置，比例尺告訴我們地質(zhì)現(xiàn)象在圖上能夠表示出來的精度。第二是分析圖例，這是讀圖的基礎(chǔ)，可以搞清圖上采用的各種符號和色彩所代表的意思，控制該圖幅所出露的地層時代、巖石類型、接觸關(guān)系等地質(zhì)情況。分析圖內(nèi)的地形特征，因為巖層在地面上出露情況，與地形起伏密切相關(guān)。普通是通過水平分布或地形等高線來了解其地形特點和山川大勢。然后逐步閱讀分析地質(zhì)內(nèi)容。普通要閱讀分析的項目有：地層與巖石的類型、產(chǎn)狀、時代、分布及其接觸關(guān)系；褶皺和斷層的類型、特點、規(guī)模、分布邏輯及其形成時代等。總之，一幅地質(zhì)圖所反映的地質(zhì)內(nèi)容是很豐盛的，必須仔細地逐一分析，然后把各種地質(zhì)現(xiàn)象綜合起來，總觀其邏輯。六、地質(zhì)勘察報告的閱讀（一）工程地