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主要内容勘探岩土取样第6章工程地质勘探与取样概述岩土工程实践是在地壳表层某一深度范围内进行的，因此须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。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。工程地质勘探是在工程地质测绘基础上，为进一步查明地表以下工程地质情况，如岩土层的空间分布及变化情况、地下水的埋深和类型以及对岩土参数开展原位测试时需要进行的工作。6.1勘探（1/22）岩土工程勘探的手段岩土工程勘探常用的手段有钻探、井探、槽探、洞探、触探、坑探以及地球物理勘探等多种方法。钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段，普遍应用于各类工程的勘探；由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。坑探工程勘探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，且具有立体透视性的优点。但其勘探成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限。6.1勘探（2/22）钻探概念：钻探是指用一定的设备、工具（即钻机）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大者又称为钻井）的过程。意义：岩土工程勘察的基本手段，其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础资料。目的：解决与建筑物（构筑物）有关的岩土体稳定问题、变形问题、渗漏问题提供资料。6.1勘探（3/22）钻探的任务随着勘察阶段的不同而不同：探察建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、厚度、层数、产状和空间分布；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩（土）的相关结构的稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。6.1勘探（4/22）钻探的基本程序（三个基本程序）①破碎岩土钻进过程中采用人力或机械力（绝大多数情况下采用机械钻进），以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进”。钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进”。②采取岩土芯或排除破碎岩土分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体（泥浆、清水、乳化液或空气）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。6.1勘探（5/22）③加固孔壁：防止孔壁坍塌。加固的方法有三种：一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、黏土，化学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；三是用金属或非金属的套管下人钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。6.1勘探（6/22）钻探钻进方法①冲击钻进：利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土并使其产生破坏，从而达到在岩土层中钻进之目的。它又包括冲击钻探和锤击钻探。②回转钻进：此法采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力，使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。③振动钻进：采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，由于振动力的作用使钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。适合于在土层中，特别是颗粒组成相对细小的土层中采用。④冲洗钻进：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出孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。6.1勘探（7/22）6.1勘探（8/22）SH-30-2A型钻机6.1勘探（9/22）钻探方法的适用范围浅部土层可采用下列方法钻探：小口径麻花钻钻进；小口径勺形钻钻进；洛阳铲钻进。6.1勘探（10/22）洛阳铲6.1勘探（11/22）钻孔口径及规格要求钻孔口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，应当满足取样、原位测试的要求。对要采取原状土样的钻孔，口径不得小于91mm;对仅需鉴别地层岩性的钻孔，口径不宜小于36mm;在湿陷性黄土中的钻孔，钻孔口径不宜小于150mm.在确定了钻孔口径后，可根据教材P67表6-2确定钻具的规格。6.1勘探（12/22）钻进方法的要求①对要求鉴别地层和取样的钻孔，均应采用回转钻进（钻头以旋转方式全面或环状切削岩土体的钻进方法）以取得岩土样品。遇到卵石、漂石、碎石、块石等不适合回转钻进的土层时，可改用振动回转方式钻进。②在地下水位以上土层中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水，但可采用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样③钻进岩层宜采用金刚石钻头，对软质岩层及风化破碎带应采用双层岩芯管钻头钻进。需要测定岩石质量指标RQD时应采用外径75mm的双层岩芯管钻头④在湿陷性黄土中必须采用螺旋钻头钻进取芯钻头螺旋钻头6.1勘探（13/22）钻孔护壁对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施：在浅部填土及其他松散土层中可采用套管护壁；在地下水位以下的饱和软粘土土层、粉土层及砂层中宜采用泥浆护壁；在破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。冲洗液严重漏失时，应采取充填封闭等堵漏措施6.1勘探（14/22）钻探的其它一些技术要求：1.钻孔垂直度控制2.进尺控制3.孔深与分层控制4.岩芯采取率要求5.水位观测等6.1勘探（15/22）名称特点用途试坑深数十厘米的小坑，形状不定局部剥除地表覆土，揭露基岩浅井从地表向下垂直，断面呈圆形或方形，深5-15m确定覆盖层及风化层的岩性及厚度，取原状土样，进行载荷试验、渗水试验等探槽在地表垂直岩层走向或构造线方向挖掘成深度不大（小于3-5m）的长方形槽子追索构造线、断层、探察残积坡积层及风化岩层的厚度和岩性竖井形状与浅井相同，但深度可超过20m，一般在平缓山地、漫滩、阶地等岩层较平缓的地方，有时需要进行支护了解覆盖层的厚度及性质、构造线、岩石破碎情况，岩溶、滑坡等，对岩层倾角较缓时效果较好岩土工程勘探中常用的坑、槽、洞类型及特点6.1勘探（16/22）名称特点适用条件平洞在地面有出口的水平坑道，深度较大，适用于岩层产状较陡的基岩岩层探察调查斜坡地质构造，对查明地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层效果较好，也可以进行取样或作原位试验续：岩土勘探中常用的坑、槽、洞类型及特点6.1勘探（17/22）地球物理勘探概念：地球物理勘探简称物探,它是基于不同的地层岩性、不同的地质单元具有不同的物理学性质的特点，以地球物理的方法来探测地层的分界线、面及地质构造线面以及异常点(区域)的探察方法。基本原理：由于地质体具有不同的物理性质(导电性、弹性、磁性、密度、放射性等)和不同的物理状态(含水率、空隙性、固结程度等),它们为利用物探方法研究各种不同的地质体和地质现象提供了物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理状态差异愈大,就愈能获得比较满意的结果。工程物探：应用于岩土工程勘察中的物探6.1勘探（18/22）物探的种类及其适用范围具体方法有很多种，主要可分为以下几大类：电法勘探、磁法勘探、重力勘探、地震勘探、放射性勘探、井中地球物理测量（也叫地球物理测井）以及地球物理遥感测量等。在岩土工程勘察中运用最普遍的是电阻率法和地震折射波法。此外,近年来地质雷达和声波测井的运用效果也较好。电阻率法是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,从而推断地质体性状的方法。地震勘探是通过人工激发的地震波在地壳内传播的特点来探查地质体的一种物探方法。在岩土工程勘察中运用最多的是高频（＜200～300Hz）地震波浅层折射法,可以研究深度在100m以内的地质体。6.1勘探（19/22）地质雷达是交流电法勘探中的一种方法。基本原理：沿用对空雷达的原理,由发射机发射脉冲电磁波,其中一部分是沿着空气与介质(岩土体)分界面传播的直达波,经过时间t0后到达接受天线,为接收机所接收。另一部分传入介质内,在其中若遇电性不同的另一介质体(如其他岩土体、洞穴等)，就发生反射和折射,经过时间ts后回到接收天线,称为回波。根据所接收到两种波的传播时间来判断另一介质体的存在并测算其埋藏深度。优点：分辨能力强,判释精度高。它对探查浅部介质体,如覆盖层厚度、基岩强风化带埋深、溶洞及地下洞室和管线位置等,效果尤佳。6.1勘探（20/22）声波测井概念：利用岩土的传送声波速度或其他声学特性来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。基本原理：声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相同。应用：可以充分利用已有的钻井,结合地质调查查明地层岩性特征,进行地层划分；确定软弱夹层的层位及深度；了解基岩风化壳的厚度和特征,进行风化壳分带；寻找岩溶洞穴和断层破碎带；6.1勘探（21/22）物探方法的综合应用各种物探方法的使用都有一定的局限性,而大多数勘察场地又都存在着显示相同物理场的多种地质体并存的条件,用单一的物探方法解释异常比较困难。可在同一剖面、同一测网中用两种以上的物探方法共同工作,将数据资料相互印证,综合分析,就有利于排除干扰因素,以提高解释的置信度。6.1勘探（22/22）取样是为给岩土特性进行鉴定和各种室内试验提供所需要的样品而进行的工作。关于试样的代表性：从取样角度来说，需考虑取样的位置、数量和技术问题。岩土体一般为非均质体，其性状指标是一定空间范围的随机变量。因此取样的位置在一定的单元体内应力求在不同方向上均匀分布，以反映趋势性的变化。样本的数量：关系到总体特性指标(包括均值、方差及置信区间)估计的精确度和可靠度。考虑到取样的成本，需要从技术和经济两方面权衡，合理地确定取样的数量。岩土样品的用途：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。6.2岩土取样（1/19）土样的扰动问题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。“原状土样”与“扰动土样”：是指能保持原有的天然结构未受破坏的土样为“原状土样”。相应地，如果试样的天然结构已遭受破坏，则称为“扰动土样”。6.2岩土取样（2/19）级别扰动程度试验内容Ⅰ不扰动土类定名、含水率、密度、压缩变形、抗剪强度Ⅱ轻微扰动土类定名、含水率、密度Ⅲ显著扰动土类定名、含水率Ⅳ完全扰动土类定名土样质量等级划分•按照取样方法和试验目的的不同，《岩土工程勘察规范》对土样质量作出了定性的四级划分，并规定了各级土样能够进行的试验项目此外，还要考虑土层特点、操作水平和地区经验，来判断所取土样是否达到了预期的质量等级。6.2岩土取样（3/19）土样扰动程度的确定具有一定难度，需要综合多方面的因素进行；一般而言，可根据下列几个方面来确定：①现场外观检查:观察土样是否完