11岩土工程勘察介绍

1第11章岩土工程勘察方法技术11.1概述11.2岩土工程勘察基本要求11.3工程地质测绘11.4工程地质勘探与取样11.5室内土工试验分析11.6现场原位测试概述11.7静力载荷试验11.8静力触探11.9动力触探与标贯11.10十字板剪切试验11.11扁铲侧胀试验11.12旁压试验11.13地球物理勘探11.14波速测试及地脉动11.15现场直剪试验11.16岩体原位应力测试11.17现场监测11.18岩土工程勘察的数据整理与分析11.19岩土工程勘察报告编写11.20岩土工程勘察预决算211.1概述建设工程的程序是勘察、设计、施工、监理。可见，岩土工程勘察(engineeringgeologicalinverstigation)是整个建设工程工作的重要组成部分之一，也是一项基础性的工作。只有进行详细的岩土工程勘察才能对工程项目选择合适的基础形式，并确保工程的安全。因此本章着重介绍了岩土工程勘察的基本要求、工程地质测绘、勘探与取样、室内土工试验分析以及现场原位测试，包括静力载荷试验、静力触探、动力触探与标贯、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、旁压试验、波速测试、现场直剪试验等方法的特点与应用，另外还介绍了现场沉降、位移、水位监测技术、岩土工程勘察的数据整理与分析、岩土工程勘察报告编写、岩土工程分析评价、岩土工程勘察预决算等内容。3学完本章后应掌握以下内容：（1）岩土工程勘察的目的和任务；（2）岩土工程勘察的基本方法；（3）室内土工试验以及现场原位测试的原理与方法；（4）现场监测的主要内容；（5）工程地质勘察报告的内容；（6）岩土工程勘察预决算的内容。学习中应注意回答以下问题：（1）岩土工程勘察的目的和任务是什么？（2）岩土工程勘察的基本方法有哪些？（3）室内土工试验主要有哪些内容？土工试验的成果有哪些？（4）岩土工程勘察中所采用的原位测试方法主要有哪些？各种方法的原理是什么？适用范围是什么？（5）现场沉降、位移、水位监测技术应注意哪些要点？（6）工程地质勘察报告包括哪几部分内容？勘察报告如何进行数据整理与分析？（7）岩土工程勘察预决算包括哪些内容？411.2岩土工程勘察基本要求11.2.1岩土工程勘察分级1.岩土工程重要性等级的划分2.场地等级划分53.地基复杂程度划分4.岩土工程勘察等级划分611.2.2岩土工程勘察阶段的划分1.可行性研究勘察阶段可行性研究勘察阶段，也是选址阶段，该阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价。2.初步勘察阶段初步勘察阶段应对拟建建筑地段的稳定性作出评价.3.详细勘察阶段在初步设计完成之后进行详细勘察，它是为施工图设计提供资料的。711.3工程地质测绘11.3.1概述工程地质测绘的目的是为了研究建筑场地内的地层、岩性、构造、地貌、不良地质现象及水文地质条件,对场地的工程地质条件作出初步评价，并为勘察工作量的布置提供依据。11.3.2测绘的比例尺可行性研究勘察可选用1:5000～1:50000；初步勘察可选用1:2000～1:10000；详细勘察可选用l:500～1:2000；11.3.3观测点的布置、密度、定位11.3.4测绘的内容工程地质测绘主要研究工程地质条件。实际工作中，应根据勘察阶段的要求和测绘比例尺大小，分别对工程地质条件的各个要素进行调查研究。811.3.5工程地质测绘方法1.相片成图法2.实地测绘法1)路线法2)布点法3)追索法3.遥感技术11.3.6测绘资料整理及成果1.检查外业资料2.成果资料工程地质测绘与调查的成果资料一般包括工程地质测绘实际材料图、综合工程地质图或工程地质分区图、综合地质柱状图、工程地质剖面图及各种素描图、照片和文字说明。911.4工程地质勘探与取样工程地质勘探方法主要有钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等。当需查明岩土的性质和分布，采取岩土试样或进行原位测试时，可采用上述勘探方法。勘探方法的选取应符合勘察目的和岩土的特性。11.4.1工程地质钻探1.工程地质钻探的概念工程地质钻探(engineeringgeologicaldrilling)，是获取地表下准确的地质资料的重要方法，而且通过钻探的钻孔采取原状岩土样和做原位试验。钻探是指在地表下用钻头钻进地层，在地层内钻成直径较小，并具有相当深度的圆筒形孔眼（称为钻孔）。2.钻探的方法和适用范围据钻入岩土中的方法可分为冲击钻探、回转钻探、振动钻探和冲洗钻探四种。103.钻探中的工程地质工作1111.4.2土样的采取工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯或原状土试样。按照取样的方法和试验目的，对土样的扰动程度分成四个等级。为满足不同等级土试样的要求，需要按规定的取样方法和工具进行，根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)，不同取样器的适用范围及取样质量见表9-11。1211.4.3工程地质井探、槽探和洞探工程地质勘探中常用的坑、槽探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井和平洞。其中前三种为轻型坑、槽探工程，后二种为重型坑、槽探工程。各种坑、槽探工程的特点和适用条件列于表9-12中。1311.5室内土工试验分析室内试验的方法有很多种，根据大类可分为如下几种：1.土的物理性质试验：砂土：颗粒级配、相对密度(比重)、天然含水量、天然密度、最大和最小干密度。粉土：颗粒级配、液限、塑限、相对密度、天然含水量、天然密度和有机质含量。黏性土：液限、塑限、相对密度、天然含水量、天然密度和有机质含量。2.土压缩、固结试验；3.土的抗剪强度试验：如直剪试验、各种常规三轴试验、无侧限抗压强度试验等；4.土的动力性质试验：如动三轴试验、共振柱试验、动单剪试验等；5.岩石试验：如岩矿鉴定、块体密度试验、吸水率和饱和吸水率试验、耐崩解试验、膨胀试验等。141511.6现场原位测试概述岩土工程原位测试(testsinsitu)是在天然条件下原位测定岩土体的各种工程性质。11.6.1原位测试的优点1.可以测定难以取得不扰动土样的土，如饱和砂土、粉土、流塑状态的淤泥或淤泥质土的工程力学性质。2.影响岩土体的范围远比室内试样大，因而更具有代表性。3.很多原位测试方法可连续进行，因而可以得到完整的地层剖面及物理力学指标。4.原位测试一般具有速度快、经济的优点，能大大缩短勘察周期。11.6.2原位测试方法分类1.岩土力学性质试验，如：载荷试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场剪切试验、岩土原位应力测试、声波测试、点荷载试验等。2.水文地质试验，如：钻孔抽水试验、压水试验、渗水试验等。3.改善岩土性能的试验，如：灌浆试验、桩基承载力试验等，这里着重介绍岩土力学性质试验。1611.7静力载荷试验11.7.1试验装置和工作原理试验设备主要由反力系统、压力系统和沉降量测系统三部分组成(如图9-2)，另外还包括一定形状和规格的承压板。1711.7.2荷载试验方法及基本要求1811.7.3试验成果及应用1.确定承载力2.确定变形模量3.确定基床系数典型的曲线分为三段(图9-3)，第I段为直线变形阶段，土体以压缩变形为主，应力应变关系基本符合虎克定律；第Ⅱ阶段为局部剪切阶段，压缩变形所占分量逐渐减少，剪切变形所占分量逐渐增加；第Ⅲ阶段为破坏阶段，曲线陡降，土体发生整体破坏。这种类型称“陡降型”曲线。但在许多情况下，直线变形段不明显，称“缓变型”曲线。1911.8静力触探11.8.1静力触探试验设备和工作原理静力触探仪，一般由三部分组成：贯入系统，包括加压装置和反力装置，它的作用是将探头匀速、垂直地压入土层中；量测系统，用来测量和记录探头所受的阻力；静力触探头内有阻力传感器，传感器将贯入阻力通过电讯号和机械系统，传至自动记录仪并绘出随深度的阻力变化曲线。20静力触探2111.8.2静力触探试验的基本要求2211.8.3试验成果及应用1.静力触探试验的主要成果2.静力触探成果主要应用在下列几方面：1)划分土层2)估算土的物理力学性质指标3)确定地基土承载力特征值4)预估单桩承载力5)判定饱和砂土和粉土的液化势2311.9动力触探与标贯11.11.1圆锥动力触探试验圆锥动力触探试验(DPT,dynamicpenetrationtest)是利用一定质量的重锤，将与探杆相连接的标准规格的探头打入土中，根据探头贯入土中一定距离所需的锤击数，判定土的力学特性，具有勘探与测试双重功能。1.试验基本原理圆锥动力触探试验中，一般以打入土中一定距离(贯入度)所需落锤次数(锤击数)来表示探头在土层中贯入的难易程度。同样贯入度条件下，锤击数越多，表明土层阻力越大，土的力学性质越好；反之，锤击数越少，表明土层阻力越小，土的力学性质越差。通过锤击数的大小就很容易定性地了解土的力学性质。再结合大量的对比试验，进行统计分析就可以对土体的物理力学性质作出定量化的评估。24钻探与标贯252.试验设备263.试验操作要点274.成果应用1)单孔连续圆锥动力触探试验应绘制锤击数与贯入深度的关系曲线。2)计算单孔分层贯入指标平均值时，应剔除临界深度以内的数值，超前和滞后影响范围内的异常值。3)根据各孔分层的贯入指标平均值，用厚度加权平均法计算场地分层贯入指标平均值和变异系数。4)根据触探击数、曲线形态，结合地质资料可进行力学分层，2811.11.2标准贯入试验标准贯入试验的目的主要是采取扰动土样，鉴别和描述土类，按照颗分试验结果给土层定名。判别饱和砂土、粉土的液化可能性。定量估算地基土层的物理力学参数，如判定黏性土的稠度状态、砂土相对密度及土的变形和强度的有关参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。1.试验基本原理标准贯入试验(SPT)，是用质量为63.5±0.5kg的穿心锤，以76±2cm的落距，将标准规格的标准贯入器自钻孔底部预打15cm，记录再打入30cm的锤击数判定土的力学特性。适用砂土、粉土和一般黏性土，不适用软塑～流塑状态软土。2.试验设备标准贯入试验设备也主要由三部分构成，一是贯入器部分；二是穿心落锤；三为穿心锤导向的触探杆，设备构成如图9-10所示。294.成果应用1)划分土类或土层剖面2)评价地基土的承载力3）判定砂土的密实程度4）估算单桩承载力5)进行饱和砂土和粉土的地震液化势判别3011.10十字板剪切试验十字板剪切试验(VST,vanesheartest)是野外剪切试验的一种，包括钻孔十字板剪切试验和贯入电测十字板剪切试验。其原理是用插入土中的标准十字板探头以一定的速率扭转，量测破坏时的抵抗力矩，测求土的不排水抗剪强度。11.10.1试验基本原理十字板剪切试验是将具有一定高径比的十字板插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。3111.10.2试验仪器设备323311.10.3十字板剪切试验技术要求1.十字板形状宜采用矩形，板的高径比为2，板厚2～3mm。2.十字板头插入钻孔的深度不应小于钻孔或套管直径的3～5倍。3.板头插入试验深度后，应静止2～3min方可进行试验。4.剪切试验时，扭转剪切速率宜采用10～20/10s，并应测得峰值强度后继续测记1min。5.当需测定不排水抗剪强度的各向异性变化时，可以考虑采用不同菱角的菱形板头，也可采用不同径高比板头进行分析。6.在峰值或稳定强度测试完后，顺扭转方向连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。7.对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间的摩擦力的影响。3411.10.4试验成果及应用十字板剪切试验的成果主要有：各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度及其随深度变化曲线；抗剪强度与扭转角的关系曲线等，如图9-12。1.计算软土地基承载力特征值2.估算单桩极限承载力3.估算地基土的灵敏度4.判定软土的固结历史3511.11扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验是用静力(有时也用锤击动力)把一扁铲形探头贯入到土中某一预定深度，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张进行试验，量测不同侧胀位移时的侧向压力，可用于土层划分与定名、