探勘
工程地质勘察的重要方法
探勘又叫做勘探。
方法
在初勘阶段,勘探点的位罝与数量,应在工程可行性研究阶段的勘探基础上,视地质条件的复杂程度及实际需要而定。在详勘阶段,勘探点的数应满足各类工程施工图设计对工程地质资料的需要。具体要求可查阅有关规程、手册等。
工程地质勘探的方法有坑探、钻探、地球物理勘探等几类。下向介绍几种常用的方法。
任务
勘探的任务有以下几个方面。
① 配合工程地质测绘了解露头不良地段的地质结构及岩土性质。
② 研究建筑地区地下岩层的种类、厚度及纵横变化规律。
③ 研究地质构造破碎带及裂隙的发育程度及其随深度的变化、软弱夹层的分布。
④ 査明地下水条件:地下水位、含水层数目和性质,进行水文地质试验及地下水长期观测;必要时,丧明水温的特征和变化规律。
⑤ 研究某些不良地质现象(如滑坡、岩溶等)的发育规律。
⑥ 进行岩土力学性质测试及岩土体改良措施的现场实验(如钻孔波速及灌浆试验等)》
⑦ 研究评价天然建筑材料的质量和数量。
⑧ 采取岩土试样进行室内分析等。
工程布置原则
钻孔、平硐(包括竖井)成本高,勘探费用大,要求每一个钻孔、平硐都能布置在关键地点。勘探工作量的大小,受地形、地质条件复杂程度、工程规模、枢纽布置方案的简繁和工程地质人员的技术水平与经验等因素的影响。勘探工作要着眼于面上的了解与控制,不宜把勘探点过分集中于某一剖面,或没有对面上进行一定的了解就局限地在设计提供的方案上进行布置。由于各个阶段地质工作的重点不同,勘探工作的布置原则也不一样。
勘探工程间距和深度在不同的行业、勘探的不同阶段是不同的,均有相应规范要求。
坑探工程
类型及条件
与钻探工程相比,其特点是:人员能直接进入其中观察地质结构的细节;可不受限制地从中采取原状结构试样,或进行现场试验;较确切地研究软弱夹层和破碎带等复杂地质体的空间展布及其工程性质;以及治理效果检查和某些地质现象的监测等。但是,坑探工程成本高、周期长.所以在勘探中的比重较之钻探工程要低得多。尤其不轻易使用重型坑探工程。
勘探中常用的坑探工程有:探槽、探坑、浅井、竖井和平硐
其中前三种为轻型坑探工程,后两种为重型坑探工程。轻型坑探工程往往是配合工程地质测绘而布置的,剥除地表覆土以揭露基岩地质结构,也经常用来作载荷试验和采取原状土试样。重型坑探工程在水利水电工程中用得较多,一般都是在可行性研究勘察和初步设计勘察阶段在枢纽地段为某一专门目的而布置的。重型坑探工程中最广泛使用的是平硐。一般规定在坝址高陡岸坡地段,两岸应各布置1~3层勘探平硐,尤其是拱坝坝肩部位,每隔30~50m高程必须有平硐控制。用于勘察对坝址比较和坝基(肩)稳定性分析有重大影响的工程地质问题。还经常利用平硐作原位岩体力学性质试验及地应力量测。当坝基河床内地质条件特别复杂时(例如顺河向构造破碎带、贯通性泥化夹层),尚应布置河底平硐。
编录
为了准确、全面地反映坑探工程的第一手地质资料,每一项坑探工程都要及时做好观测编录工作。坑探工程的编录工作主要是绘制展视图,将沿坑探工程的各壁面和顶、底面所绘制的地质断面图,按一定的制图方法将维空间的阁形展开表示于平面上,其比例尺一般为1:25~1:100。
钻探
在工程勘察中,钻探是被最广泛采用的一种勘探手段。由于它较之其他勘探手段有突出的优点,因此不同类细和结构的建筑物,不同的勘察阶段.不同环境和工程
地质条件下,凡是布置勘探工作的地段,一般均需采用此种勘察技术。
钻探与一般矿产资源钻探相比,其特点如下:①钻探工作的布置,不仅要考虑自然地质条件,还需结合工程类塑及其结构特点;②除了深埋隧道、大型水利工程以及为了解专门工程地质问题而进行的钻探外,孔深一般不大;③钻孔多具综合目的,除了查明地质条件外,还要取试样、试验、作长期观测(监测)以及加固处理等;④在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面,均有特殊的要求,如岩芯采取率要求、分层止水、地下水观测、采取原状土试样和软弱夹层、破碎带样品等。
钻孔任务书
钻孔技术任务书主要包括钻孔目的及钻进中应注意的问题;钻孔类型(直孔、斜孔)及孔深;地质要求,如岩芯采取率、取试样、水文地质试验等;钻孔结束后的处理,如封孔,还是长期观测。
钻孔前应根据已有资料作假想钻孔地质剖面,其中对软弱夹层、层间错动带、断层破碎带的位段和厚度的推测应力求准确,以便机组加强这些部位取芯的措施。机组根据地质要求和预测的地层岩性特点编制作业划,确定钻孔结构、钻进工艺等。编制好钻孔任务书,对保证钻孔质量,满足地质要求起着极其重要的作用。
钻孔地质编录
钻探中的编录工作是勘察工作中的一项极其重要的工作,它包括钻探过程中的记录分析、岩芯编录和试验工作。钻孔编录资料是说明工程地质条件和定量评价工程地质问题的主要依据。
(1)岩芯整理与统计
在编录之前,先要根据钻探班报表,对岩芯顺序、深度位置、岩芯长度等进行整理,核对岩芯采取率、计算岩芯获得率。
岩芯采取率是指以本回次所取岩芯总长度和本回次进尺的百分比。取芯总长度包括能够合拢在一起的岩芯长度加上碎块、碎屑一起装入同规格岩芯管里量得的长度。
岩芯获得率是指在本目次取出的岩芯中选取柱状的、能够合成柱状的、圆形片状的三者总长度与本回次进尺的百分比。
(2)钻孔编录和描述
主要是通过岩芯柱的观察、判断、描述分析,研究施钻地段纵向地质特征及其变化规律。编录内容主要有以下几个主要方面。
钻孔施工概况。
孔口高程、钻孔方法与深度、孔斜、冲洗液类型、回水颜色、初见和稳定水位,测试下套管情况,单位时间内钻速变化和卡钻、掉钻、塌孔部位等。并附有钻进过程各项参数曲线。
② 地层岩性与地质构造。
对于第四纪松散层,应将分层界线划清,取出代表性试样,岩性鉴定准确,其中砂卵石应保证颗粒级配正确;对土层、砂层最好有标准贯入试验资料。对坚硬岩石,描述其矿物、颗粒成分、结构和构造,进行岩石定名。了解岩性变化特征和地层组合、分层位置、深度,确定层位的层序,这对于钻孔之间及河床地层相互连接、分析及确定河床部位构造是极为重要的。
可(易)溶岩石地区岩芯编录要根据岩层和岩层组合的化学成分、颗粒结构、完整程度和岩溶的位置、高程、规模、形态、充填程度、遇洞率等进行统计分析。
对断层、挤压破碎带、层间错动,描述其位置、规模、产状、构造岩的特征句空间展布。
对于裂隙,应描述其类型、倾角、裂隙面特征(风化、强度〉、充填物特性(石英脉、方解石脉、风化夹泥、次生塑性夹泥)、间距等。并进行线裂隙间距的统计。
③ 岩体工程技术性质。根据岩芯特征,结合测试进行风化带、透水带的划分。
④ 岩芯质量评价。常用岩芯采取率、岩芯获得率和岩石质量指标(KQD)等指标。岩石质量指标和岩芯获得率有相近之处,只逛标准更高了。它的定义是:7.5mm金刚石双管钻具钻进取得的岩芯,以回次进尺中长度大于10cm的岩芯柱的总长度与回次进尺长度之比表示。
RQD=l、L×100%
试样采取
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。在采取试样过程中应该保持试样的天然结构,如果试样的天然结构已受到破坏,则此试样已受到扰动,这种试样称为“扰动样”。除非有明确说明另有所用,否则此扰动样作废。工程勘察中所取的试样必须是保留天然结构的原状试样。原状试样有岩芯试样和土试样。岩芯试样由于其坚硬性,其天然结构难于破坏,而土试样则不同,它很容易被扰动。因此,采取原状土试样是工程勘察中的一项重要技术。但是在实际钻探过程中,要取得完全不扰动的原状土试样是不可能的。造成土试样扰动的原因有三个:一是外界条件引起的土试样的扰动,如钻进工艺、钻具选用、钻压、钻速、取土方法选择等。若选用不合理,就可能造成其土质的天然结构被破坏。二是采样过程造成的土体中应力条件发生了变化,引起土试样内的质点间相对位置的位移和组织结构的变化,甚至出现质点间的原有黏聚力的破坏。三是采取土试样时,需用取土器采取。但不论采用何种取土器,它都有一定的壁厚、长度和面积。当切入土层时,会使上试样产生一定的压缩变形。壁越厚所排开的土体越多,其变形越大,这就造成土试样更大的扰动。从上述可见,所谓的原状土试样实际上都不可避免地遭到了不同程度的扰动,为此,在采取土试样过程中,应力求使试样的被扰动址缩小,要尽力排除各种可能增大扰动的因素。
按照取试样方法和试验目的,《岩土工程勘察规范》(GB50021—200])对土试样的扰动程度分成如下质量等级。
I级——不扰动,可进行试验项目有土类定名、含水tt、密度、强度参数、变形参数、固结汛密参数。
II级——轻微扰动,可进行试验项目有土类定名、含水量、密度。
III级——显著扰动,可进行试验项目有土类定名、含水量。
IV级——完全扰动,可进行试验项目有土类定名。
作钻孔取试样时,采州薄壁取土器所采得的土试样定为I~II级;对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土试样定为II~III级;对于采用标准贯入器、螺纹钻头或岩芯钻头所采得的黏性土、粉土、砂土和软岩的试样皆定为III~IV级。
取出的土试样应及时用蜡密封,并注明上下,贴上标签.做好记录。应防冻、防晒、防振。
地球物理勘探
地球物理勘探简称物探。凡足以各种岩、土物理性质的差别为基础,采用专门的仪器,观测天然或人工的物观场变化,来判断地下地质情况的方法,统称为物探。
物探的优点是效率高、成本低,仪器和工具比较轻便。物探方法是在自然状态下,地层的各种物评力学指标均末受到破坏的悄况下进行的一种较好的原位测试方法。但是由于不同岩、土可能具存某些相同的物理性质,或同一种岩、土可能存在某些物理性质差异,因此,有时较难得出肯定的结论,必须使用钻孔加以校核、验证,所以物探有一定的适用条件。工程地质勘探中已广泛使用物探。当与调查测绘、挖探、钻探密切配合时,物探在指导地质判断、合理布置钻孔、减少钻探工作量等方面都能取得良好的效果。恰当地运用多种物探方法,互相配合,进行综合物探,也能取得较好的效果。
按工作条件的不同,物探可分为地面物探、井下物探与航空物探、航天物探。按所利用的岩、土物理性质的不同,物探又可分为电法勘探、电磁法勘探、地震勘探、声波勘探、重力勘探、磁力勘探与放射性勘探等。在公路工程地质工作中,较常用的有电法勘探地震勘探、地质雷达勘探和声波勘探等。
地质雷达勘探(属电磁法)
地质雷达(属电磁法勘探)是利用高频电磁脉冲波的反射,探测地层构造和地下埋藏物体的电磁装置,故又称探地雷达。它通过发射大线向地下辐射宽带的脉冲波,在地下传播中遇到不间介质的介电常数和导电率存在差异时,将在其分界面上发生反射,返回地表的电磁波被接收天线接收,根据接收到的回波来判断目标的存在,并计算其距离和位置,可用于空中、地面与井中探测,但主要用于地面。
地质雷达勘探技术广泛应用于隧道等地下工程的超前地质预报,另外,该技术被广泛应用于隧道衬砌质量检测、道路病害检测、城市地下管线探测等众多方面。
地震勘探
地震勘探是根据岩、土弹性性质的差异,通过人工激发的弹性波的传播,来探测地下地质情况的一种物探方法。由敲击或爆炸引起的弹性波,在不同地层的分界面上发生反射和折射,产生可以返回地面的反射波和折射波,利用地震仪记录它们传播到地面各接收点的时间,并研究振动波的特性,就可以确定引起反射或折射的地质界面的埋藏深度、产状及岩石性质等。
地震勘探直接利用岩石的固有性质(密度与弹性),较其他物探方法准确,且能探测很大深度,因此在石油地质勘探等部门得到广泛的应用。地真勘探在工程地质勘探中也日益得到推广使用,主要用于探测覆盖层的厚度、岩层的埋藏深度及厚度、断层破碎带的位置及产状等,研究岩石的弹性,测定岩石的弹性系数等。在公路工程地质勘探中,地震勘探主要应用于隧道的勘探。
按照观测返回地面的波的种类不同,地震勘探分为反射波法与折射波法两种。在工程地质勘探中,由于探测深度不大,要求精度较高,采用折射波法比较适宜。
最新修订时间:2022-08-25 13:14
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