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1、第八章 工程地质与水文地质勘察 水工地水工地质质地地质质勘察勘察 本章结构 第一节 概述 第二节 测绘 第三节 勘察与试验 第四节 资料整理与报告编写 水工地质地质勘察 地质勘察:是运用地 质，工程地质理论 和各类技术方法， 为解决工程建设中 的地质问题而进行 的调查研究工作。 概念 水工地质地质勘察 第一节 概述 地质勘察工作是水文地质工程地质人员在设计部门提供的勘 察意向书和任务书的基础上，对区域，场地和一些专门性地 质问题进行调查研究的过程。它在总体上是为工程规划、设 计和施工提供可靠的地质依据和符合要求的地质资料以便充 分利用有利的自然因素避开或改造不利的地质环境条件以保 证工程建筑物
2、的安全稳定，经济合理和正常运用。 水工地质地质勘察 第一节 概述 一、地质勘察的任务 1查明拟建筑区的水文地质工程地质条件（即地质环境调查） 2场地选址即在区域调查基础上，选择最适合建筑的场地位置，以保证有 利条件最多，可能产生的问题最少。 3相关水文地质工程地质问题研究 4对建筑物的型式、施工的方法及建筑的安全运行方式提出建议 5预测工程运用期可能产生的地质问题并提出对策 水工地质地质勘察 第一节 概述 二、地质勘察阶段 划分的依据是工程 建筑的阶段划分 四个阶段 踏勘 勘探 水工地质地质勘察 第一节 概述 1规划阶段的地质勘察可研阶段进行调研与踏勘，俗称“走 走看看”。 2初设阶段的地质勘
3、察工程地质测绘和勘探。 3技施阶段的地质勘察以试验为主，针对基础分布范围展开，在施 工前和施工中都应进行（验槽） 4运行阶段地质勘察发生问题则进行，无问题就可不进行。 水工地质地质勘察 第一节 概述 三、地质勘察方法 1测绘：即地质填图工作，将岩性、构造、第四纪分布、地下水分布、 物理地质现象分布等点绘于地形图上。 2地质勘探：即以物理手段直接或间接揭示地质现象的进下分布特征。 包括钻探、物探和山地工程三类。 3地质试验 室内试验：岩土构成、剪力、压力、张力、水腐蚀性等 原位试验：在钻孔或洞、横巷中原状制作样品进行现场测试 水工地质地质勘察 第二节 地质测绘 地质测绘即水文地质工程地质填图工作
4、，不同勘察阶段， 测绘所用底图（地形地貌图）的比尺是不一样的。 水工地质地质勘察 第二节 地质测绘 一、测绘填图的比尺 踏勘阶段：1:50万1/20万 小比尺测绘：1/10万1/5万用于拟建区重点段测绘 中比尺测绘：1/5万1/1万查明场地工程地质条件 大比尺测绘：1/1万1/1千为选定建筑类型，结构和施工方法而进 行 水工地质地质勘察 第二节 地质测绘 二、测绘工作的内容 目标：形成一张完整的 水文地质工程地质图。 1地形、地貌 2地层岩性 3地质构造 水工地质地质勘察 第二节 地质测绘 4第四纪地质 5物理地质现象 6地表水及地下水 上海市水文地质工程地质图 水工地质地质勘察 第二节 地质
5、测绘 三、测绘范围与精度的确定 1测绘范围确定 应大于建筑区，并按设计阶段，建筑类型、规模、地质复杂程度、研 究程度来定，重点构造区（如断层交汇区）可适当扩大范围。 水工地质地质勘察 第二节 地质测绘 2测绘精度确定 （1）原则：无论比尺大小，图上每cm2应有一个点，天然露头不足时，应 以人工露头来补充。上点时，点与线的误差均应小于0.5mm。 （2）确定程序 图上打网格按网格实地测绘确定人工露头数人工露头制作 、测绘（打网格时，单元最小宽度应大于2mm）。 水工地质地质勘察 测绘成果图 水工地质地质勘察 第三节 地质勘探与试验 地质勘探:是地质勘察的重要方法，它是运用各种工程技术 手段对地表
6、浅层及地下部地质状况进行探寻的方法. 地质试验则紧跟勘探进行，一是在勘探过程中同时作 原位试验，二是通过勘探过程中取样，再用室内试验方法检 验样品。 水工地质地质勘察 一、工程地质勘探 工程地质勘探的具体方法又分为工程地质物探、工程地质钻探和山地工 程方法三类。 第三节 地质勘探与试验 电法勘探设备地质钻探 槽探水工地质地质勘察 1物探方法主要包括电法和地震波（弹性波）方法两类。 （1）电法：常用的是电测剖面法和电测深法。 NB A M 电测剖面法，观测大致同一深度上，电阻率有差异的岩土体沿剖面上的 分布特征。 A-B 供电极 M-N 测电极 M-N在A-B范围内移动。 第三节 地质勘探与试验
7、 水工地质地质勘察 NB A M A-B 供电极 M-N 测电极 电测深法研究的是地下岩土介质电阻率沿垂向变化的规律。 M-N不动，A-B从中心，按1.5倍距离逐次向左、右两侧拉开距离。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 （2）地震波法，指利用地震波的回波波速， 波形变化研究地下地质体的方法，是弹性波 法中最重要的一类，按波源不同，包括地震 波法、声波法、超声波法等 目的：地下岩土分层、场地卓越周 期的研究 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 2工程地质钻探 指用各类钻具向地下打人工孔洞对地下岩土体结构、岩性进行观测的 方法（岩芯、孔壁）。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘
8、察 （1）钻探的分类 按所用工具类型 简单（人工）钻探：如洛阳铲， 适用于工程规模小、粘土小、亚砂 土类、易操作，小土钻（螺纹钻头 ） 机械钻探：如汽车钻、塔钻 第三节 地质勘探与试验 汽车钻 塔钻 土钻 水工地质地质勘察 按钻头取芯与否 岩芯钻：钻头是空心的，可取地下岩土样 非岩芯钻：实心钻头、钻进速度快，用于安置电 测或观测头 按钻进方式 冲击钻：和于松散卵、砂石层、取芯不完整，多 为扰动样。 回转钻：适用范围广，可取芯，也可不取芯。 振动钻：适用于土层及松散碎石层 第三节 地质勘探与试验 冲击钻水工地质地质勘察 （2）钻探的编录工作 指对钻探情况和观测到的地 质现象按次序进行记录和现场分
9、析 判断。 可据编录结果绘制钻孔柱状 剖面图，对地下岩土进行分层。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 序号深度地层岩土名称岩性描述原位试验 10-0.4mQst4素填土 XX X X X XX工程X#钻孔编录 XX工程队 编录人： 负责人： 第三节 地质勘探与试验 编录格式 水工地质地质勘察 3山地工程 指用坑、槽、井、洞等方法来探明地下工程地质条件的方法。 （1）分类 按工程量的大小分为轻型和重型两类。 轻型山地工程：包括探坑、探槽两类（一般h10m）和浅井（15m） 可取原状样，设置原位试验等 第三节 地质勘探与试验 探坑 探槽 水工地质地质勘察 重型山地工程（地下井巷工程） 包括
10、竖井、斜井、平硐三类。 可设置较多的原位试验，如剪切、压缩、弹性模量，取样等。 第三节 地质勘探与试验 竖井 斜井 平硐 勘探点 水工地质地质勘察 （2）编录 主要是进行记录，描述和绘制展视图。 第三节 地质勘探与试验 坑道测绘与编录 水工地质地质勘察 二、地质试验 按试验场所不同，可分为原位（野外）试验和室内试验两类。 1野外试验（原位试验） 伴随钻探，山地工程同时进行的试验，类型主要有 （1）载荷试验 包括原位抗压、抗剪（断）、弹模试验等，主要是确定地基岩土的承 载力。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 （2）钻孔压水试验 即隔离出一段长度的钻孔，向孔内注 水（加压）至渗透流量稳定
11、用以 评价地下岩土体的相对透水性和裂隙 发育（连通性、密度、开口度等）程 度和获得渗透系数值。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 （3）灌浆试验 类似钻孔压水试验，但注入的是水 泥砂浆、素水泥浆或某些化学凝胶物， 结论可为固结灌浆和帷幕灌浆提供设计 依据。 试验的技术参数包括：浆液成份、 稠度、试验钻孔长度（一般为5m）、灌 浆压力、灌浆孔径、钻孔斜度等。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 2室内试验 室内试验是对勘探过程中采集的岩石、土和水样品进行试验和检测的过程 ，主要内容包括： 岩土工程性质试验（见岩土工程勘察规范，GB50021-2001不同样类 ，试验内容不同。 第三
12、节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 岩石样： 单轴极限抗压强度，软化系数，剪切（断）试验等。 土样： 粘性土：粉土、颗分、比重、液塑限、压缩（含湿陷性）、密度、含水等 。 砂土：颗分、比重密度含水率、自然休止角等。 碎石土：颗分、比重、密度、含水率等。 第三节 地质勘探与试验 水工地质地质勘察 地下水、土中水对钢砼、砼的腐蚀性检验。 一般检查S04-2 、侵蚀性CO2 、pH值、Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、NH+等离 子含量。 专门性试验 如模型试验、模拟试验、风洞试验等 ，针对专门性问题开展。 桥梁工程、大型工程中应用最多。 第三节 地质勘探与试验 建筑物风压风洞试验 水工地质
13、地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 地质勘察过程中，外业的测绘、勘探和试验成果资料，应及 时进行归整，并绘制必要的草图。以便随时指导、补充和完 整下一步的野外勘察工作。而在地质勘察工作结束时，则必 须将直接和间接得到的各种资料加以汇总、检查、核对，归 纳总结成为XX工程地质勘察报告提交设计部门作为工程 设计、施工的依据。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 地质勘察报告的编制原则是： （1）资料归纳尽量详尽，格式符 合有关规范的要求。 （2）报告内容应依据勘察任务书 编制。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 一、地质勘察报告的内容 1前言（概述） 主要是介绍一下勘察任务
14、的来源，拟建构建物的基本情况（什么构建物 ，基础类型、埋深、构建物等级、勘察等级等）。具体的勘察任务，勘察 中执行的规范与标准，以及勘察方法和工作量等。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 2通论 实际是场地和区域工程地质情况的客观介绍，包括区域地质、地形地貌、 地质构造、水文地质条件、不良地质现象以及场地基本烈度等。 3专论（重点内容） 主要包括场地岩性及其垂向分层，地基岩土层工程性能的评价，地下水、 土的腐蚀性评价、场地不良地质现象分析与评价（地震、软土层、砂土液 化等）同时，主要针对勘察任务书提出的要求给以明确回答，最 后还要明确指出持力层的位置，建筑的结构类型，基础的类型以及
15、对不良 地质条件的处理措施等。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 4结论 逐条列出对场地的适宜性，地下水状况、场地类型、各地基土层承载力 值、地基处理方案等的判定结论和建议。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 二、地质勘察报告中的附件 一般的地质勘察报告中除文字叙述外，还应包括必须的附图和附表。 附图有： （1）勘察点平面布置图（勘察网格图） （2）工程地质柱状图：一般要求每孔、每坑（槽）一个 （3）工程地质剖面图（勘察线剖面图） 由同一勘察线上若干勘探点的柱状图联结而成，可综合反映地下岩土状 况在剖面上的变化。 水工地质地质勘察 第四节 资料整理与报告编写 附表有：
16、（1）岩土试验成果表 地基土物理力学指标表，包括各地基土层的物理性质指标，水理性质 指标，力学性制裁指标以及相应土层的地基承载力标准值。 （2）地下水、土中水腐蚀性检验成果表 （3）其它专题性研究成果表 如地基土层剪切波速成果表，原位试验成果统计表、黄土湿陷性评价表 、剪切试验成果表、桩承力试验成果表等。 水工地质地质勘察 课程讲授内容 绪论0.5 第五章 岩体的工程地质特性 2 第一章 矿物与岩石5.5第六章 地基与边坡稳定的工程地质 分析 4 第二章 地质构造6第七章 地下建筑的工程地质分析 5 第三章 区域构造稳定性和 地表地质作用 7第八章 工程地质与水文地质勘察2 第四章 地下水及其
17、对工程 的影响 4讲课总计36 水工地质地质勘察 考试形式 一、名词解释 二、选择题 三、填空 四、简答题 五、分析计算题 六、识图作图题 七、论述 水工地质地质勘察 *极射赤平投影原理与应用 极射赤平投影 (Stereographic projection)简称赤 平投影， 主要用来表示线、面的方位，及其相互之间 的角距关系和运动轨迹，把物体三维空间的几何要素 （面、线）投影到平面上来进行研究。 特点：方法简便、直观、是一种形象、综合的定量 图解。在构造地质、工程地质和航海上被广泛地应用 。 水工地质地质勘察 投影要素 1、投影球 2、赤平面:过投影球球心的水平面 3、基圆:赤平面与球面相交
18、的大圆（赤平大圆）。凡过球心的平 面与球面相交的大圆，统称为大圆，不过球心的平面与球面相交 所成的圆统称小圆。 4、极射点: 球上两极发射点，分上半球投影和下球投影 A 吴尔福网 B 施密特网 水工地质地质勘察 一、面和线的赤平投影 （一）投影原理 任何一个过球心的无限伸展的平面（岩层面、断层 面、节理面或轴面等）和线，必然与球面相交成球面 大圆和点。 球面大圆与极射点的连线必然穿过赤平面，在赤平 面上这些穿透点的连线即为该平面的相应大圆的赤平 投影，简称大圆弧。 水工地质地质勘察 1.平面的投影 平面(PGF)产状:SN/90 40,投影到赤平面上为 PHF。PF代表走向，OH代表倾向，DH
19、代表倾角。 2.线的投影 直线(OG)产状：90 40,投影到赤平面上为H点。 OD为直线的倾伏向，HD为倾伏角。 水工地质地质勘察 (二） 投影网：吴尔福网和施密特网 1. 吴氏网的结构及成因原理 吴氏网的结构：基圆、径向大圆弧、纬向小圆弧、东西、南北经纬线，间距 2，误差0.5。 （1）基圆：赤平大圆，代表水平面，0-360方位角刻度。 （2）两条直径：EW，SN。 （3）经向大圆弧：由一系列走向SN的，向东或西倾斜，倾角不同（0 -90），间隔2的投影大圆弧（代表倾斜平面）组成。 （4）纬向小圆“为一系列走向东西、直立小圆的投影小圆弧组成。他们 将SN直径、经向大圆和基圆等分，每小格为2
20、 。 水工地质地质勘察 （1）预备阶段 将透明纸蒙在吴氏网 上， 画“+”中心， 标出E、S、W、N方位 （顺时针）。 吴氏网 2. 一般操作步骤： 水工地质地质勘察 （2）平面的赤平投影 投影步骤(口诀): A、基圆顺钟找倾向； B、东西直径数倾角（由圆周向圆心数）； C、径向圆弧拟平面； D、复原归位定投影。 上例1： 平面产状 12030投影 操作： 水工地质地质勘察 （3）直线的赤平投影 步骤同1、2即可。 例2：线理产状 33040投影如上。 水工地质地质勘察 （4）法线的投影 关键：法线和平面垂直，倾向相反（90），倾角互余。 例3: 产状为90 40 平面的法线投影。 水工地质地质勘察 二、极射赤平投影的应用 例4: 求220 35 和 300 55 两平面的交 线的产状（右图)。 S2 S1 H O S1 S S2 2 1.求两平面交线的产状。 水工地质地质勘察 例5: 线理LI 产状 为120 36， L2 产状为 180 40所决 定的平面产状。 2. 求两相交直线所决定的平面产状。 水工地质地质勘察 4. 求两面夹角及角平分线的产状 两相交平面的公垂面和两平面的投影大圆弧相交，其间的 夹角为所求的夹角，角的一半为平分线。 例例7:7:有两个平面有两个平面 245 245 3030145145 4848 水工地质地质勘察