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第五章 工程地质测绘与调查

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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工程勘探和取样1、概述2、 工程地质测绘和调查的技术要求3、 工程地质测绘前的准备工作4、 测绘方法5、 工程地质测绘与调查的内容6、资料整理及成果7、不同岩、土分布区工程地质测绘与调查要点一、概述我们常见的测绘:地形测绘(地形图)已有结构物、建筑物、构筑物等的测绘(地图)工程地质测绘 是岩土工程勘察的基础工作,一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是 运用地质、工程地质理论,对地表面的地质现象进行观察和描述,分析其性质和规律,并藉以推断地下地质情况,为勘探、测试工作等其他勘察方法提供依据。工程地质图的测制(野外填图)优点 是能在较短时间内查明较大范围内的主要工程地质条件,不需要 复杂设备 和 大量资金 、 材料, 而且效果显著。在地形地貌和地质条件较复杂的场地,必须进行工程地质测绘;但对地形平坦、地质条件简单且较狭小的场地,则可采用调查代替工程地质测绘。另一方面,工程地质测绘和调查也可以大大减少勘探和试验的工作量,从而为合理布置整个勘察工作,节约勘察费用提供有利条件,在 山区 和 河谷等地层出露条件较好的地区,这种方法是最主要的岩土工程勘察方法。工程地质测绘与调查的主要任务在地形地质图上填绘出测区的工程地质条件,其内容应包括测区的所有工程地质要素,即查明拟建场地的地层岩性、地质构造、地形地貌、水文地质条件、工程动力地质现象、已有建筑物的变形和破坏情况及以往建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等多方面,因此它属于多项内容的地表地质测绘和调查工作。( 可利用原有地质测绘资料 )二、工程地质测绘和调查的技术要求① 比例尺和精度的要求工程地质测绘的比例尺一般分为以下三种: 小比例尺 1:50000~1:5000,一般用于 可行性研究勘察阶段, 目的是了解区域性的工程地质条件和为更详细的工程地质勘测工作制定工作方向; 中比例尺 1:10000~1:2000 ,一般用于 初步勘察阶段 ,主要用于新兴城市的总体规划、大型工矿企业的布置、水工建筑物选址、铁路及公路工程选线阶段; 大比例尺 1:2000~1:500 ,一般用于 详细勘察阶段 ,目的在于为最后确定建筑物结构或基础的形式以及选择合理的施工方式服务。需要注意的是,比例尺的规定不是一成不变的,在具体确定测绘比例尺时除了考虑工程地质勘察的阶段外,还应考虑到 建筑物规模及类型、工程地质条件的复杂程度 和 区域研究程度 。为了保证精度要求,要求地质界线、地质点在图上的误差不超过 3填图的底图比提交成图比例尺大一级 。如进行比例尺 1:10000 测绘时,常采用 1:5000的地形图作为野外作业填图的底图,在外业填图完成后再缩小成比例尺的成图。② 测绘及调查范围的要求测绘范围大小应以能 解决工程实际问题 为前提,一般应包括建筑场地及附近地段。对于大、中比例尺的工程地质测绘,多以建筑物为中心,其区域往往为一方形或矩形。如果是线形建筑( 如公路、铁路路基和坝基等 ),则其范围应为一带状。如何确定测绘范围?划定的测区范围是否能够满足查清测区内对工程可能产生重要影响地质结构条件要求。如 某一工程正处于山区山洪泥流的堆积区,此时如仅以建筑物为核心划定测绘调查范围则很有可能搞不清山洪泥石流的发育规律。因此,在这种条件下,即使补给区再远也要将其纳入测绘范围。再如 隧道工程,其测绘范围应随地质构造线(如断层、破碎带等)的不同而采取不同的布置,在包括隧道建筑区的前提下,测区应保证沿构造线有一定范围的延伸。③ 地质观测点布置的要求地质观测点布置必须满足下列要求:在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、标准层位和每个地质单元体均应有地质观测点;地质观测点的密度应根据场地的地貌、地质条件、成图比例尺及工程特点确定,并应具有代表性;地质观测点应充分利用天然或人工露头,当露头少时,应根据具体情况布置一定数量的勘探工作;地质观测点的定位应根据精度要求和地质条件的复杂程度选用 目测法、半仪器法 和 仪器法。目测法 小比例尺 可行性研究勘察 根据地形、地物以目估或步测距离标测;半仪器法 中等比例尺 初步勘察 ,借助于罗盘仪、气压计等仪器测定方位和高度,用徒步或测绳量测距离;仪器法 大比例尺 详细勘察,借助于经纬仪、水准仪等精密仪器。对于有特殊意义的地质观测点,如 地质构造线 、软弱夹层 、 地下水露头 以及对工程有重要影响的 不良地质现象 或为了解决某一 特殊岩土工程问题 时,宜采用仪器法。此外充分利用 天然露头 ( 各种地层、地质单元在地表的天然出露) 和 人工露头 ( 如采石场、路堑、水井等)不仅可以更加准确了解测区地质情况,而且可以降低勘察工作的成本。三、工程地质测绘前的准备工作① 资料收集和研究区域地质资料: 如区域地质图、地貌图、地质构造图、地质剖面图;遥感资料: 地面摄影和航空(卫星)摄影相片;气象资料: 区域内年平均气温、降水量、蒸发量,了解冻结深度;地震资料: 地震发生次数、时间、震级、破坏情况;水文及工程地质资料: 水系分布图、水位、流量等,地下水情况、水质分析资料、岩土的工程性质等;建筑经验: 建筑物的结构、基础类型及埋深、采用的地基承载力等。② 踏勘现场踏勘目的在于了解测区的地形地貌及其他地质情况和问题,以便于合理布置观测点和观测路线,正确选择实测地质剖面位置, 拟订野外工作方法。具体内容和要求如下:根据地形图, 在测区范围内按固定路线进行踏勘,一般采用“ 之” 字形、曲折迂回而不重复的路线,穿越地形、地貌、地层、构造、不良地质作用有代表性的地段;踏勘时, 应选择露头良好、岩层完整有代表性的地段作出野外地质剖面,以便熟悉和掌握测区岩层的分布特征;寻找地形控制点位置,并抄录坐标、标高等资料;访问和收集洪水及其淹没范围等情况;了解测区供应、经济、气候、住宿、交通运输等条件。③ 编制测绘纲要工作任务情况 目的、要求、测绘面积、比例尺等;自然地理条件 位置交通、水文气象、地形地貌等 ;地质概况 地层、岩性、地下水、不良地质现象;工作量、工作方法及精度要求 , 其中工作量包括观测点、勘探点的布置、室内及野外测试工作;人员组织及经费预算 ;材料物资器材及机具的准备和调度计划 ;工作计划及工作步骤 ;拟提供的各种成果资料、图件 。四、测绘方法工程地质测绘方法有两种:相片成图法和实地测绘法。相片成图法 是利用地面摄影或航空( 卫星) 摄影相片, 在室内根据判读标志, 结合所掌握的区域地质资料,将判明的地层岩性、地质构造、地貌、水系和不良地质现象,调绘在单张相片上,并在相片上选择若干地点和路线 ,去实地进行 校对和修正 ,绘成 底图, 最后再转绘成图。优势: 可以迅速给人对测区的地形地貌、地层岩性及地质构造等物理地质现象一个较全面整体的认识。因此与实地测绘工作相结合,能起到减少工作量、提高精度和速度的作用。尤其是在大型工程的初级勘察阶段效果较为显著,如大型水利、铁路公路工程的规划选址阶段,其作用更为明显。实地测绘法 是工程地质测绘的野外工作方法,可细分为三种方法如下:路线法 沿着一定的路线( 应尽量使路线与岩层走向、构造线方向及地貌单元相垂直,并应尽量使路线的起点具有较明显的地形、地物标志,此外,应尽量使路线穿越露头较多、覆盖层较薄的地段 ),穿越测绘场地,把走过的路线正确地填绘在地形图上,并沿途详细观察和记录各种地质现象和标志,如地层界线、构造线、岩层产状、地下水露头、各种不良地质现象,将它们绘制在地形图上。路线法一般适合于 中、小比例尺 测绘。布点法 布点法是工程地质测绘的基本方法,也就是根据不同比例尺预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点。观测点一般布置在观测路线上,但观测点的布置必须有具体的目的,如为了研究地质构造线、不良地质现象、地下水露头等。观测线的长度必须能满足具体观测目的的需要。布点法适合于大、中比例尺的测绘工作。追索法 它是沿着地层走向、地质构造线的延伸方向或不良地质现象的边界线进行布点追索,其主要目的是查明某一局部的工程地质问题。追索法是在路线法和布点法的基础上进行的,它属于一种辅助测绘方法。五、工程地质测绘与调查的内容查明地形、地貌特征,地貌单元形成过程及其与地层、构造、不良地质现象的关系,划分地貌单元;查明岩土的性质、成因、年代、厚度和分布,对岩层应查明风化程度,对土层应区分新近沉积土、特殊性土的分布及其工程地质条件;查明岩层产状及构造类型、软弱结构面的产状及性质,包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带的宽度及充填胶结情况,岩土层的接触面及软弱夹层的特性等,第四纪构造活动的行迹、特点及与地震活动的关系;岩土工程勘察查明地下水的类型、补给来源、排泄条件及井、泉的位置、含水层的岩性特征、埋藏深度、水位变化、污染情况及其与地表水的关系等;收集气象、水文、植被、土的最大冻结深度等资料,调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围;查明不良地质现象的形成、分布、形态、规模、发育程度及其对工程建设的影响;调查人类活动对场地稳定性的影响;收集建筑物的变形沉降资料及其他建筑经验。六、资料整理及成果检查外业资料( 1)检查各种外业记录所描述的内容是否齐全;( 2)详细核对各种原始图件所划分的地层、岩性、构造、地形地貌、地质成因界线是否符合野外实际情况,在不同图件中相互间的界线是否吻合;( 3)野外所填的各种地质现象是否正确;( 4)核对收集的资料与本次测绘资料是否一致,如出现矛盾, 应分析其原因;( 5)整理核对野外采集的各种标本。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。七、不同岩、土分布区工程地质测绘及调查要点基岩分布区在山区或丘陵地区进行大、中比例尺测绘时,其重要内容是对岩性和地质构造方面进行研究。岩石分层 可以按地质年代划分为标准,测区往往只出露一个“统 ” 或一个“ 组 ” 的地层,单纯按地质年代来分层就可能满足不了工程勘察的要求。实际上按 岩性 及 工程地质岩组 来划分。( 1)不同岩类分布区应重点研究的问题侵入岩及深变质岩分布区 岩石以 花岗岩 、 闪长岩 、片麻岩 、 石英岩 为代表。着重研究的内容有:① 侵入岩的形态、产状及其与围岩的 接触关系 ,特别应注意 接触带 的情况,因为接触带常常是 软弱的结构面 ;② 侵入岩体的流线、捕虏体、原生节理面等原生构造情况;③ 岩体的各向异性特征;④ 岩脉与构造断裂及层面的交切关系;⑤ 古风化壳及现代风化壳的厚度、成分及分布规律。喷出岩分布区 岩石以玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩为主。着重研究的内容有:①喷出时代、喷出旋回、喷出间隙的风化情况和沉积物性质,特别应注意易胀缩的岩石(如凝灰岩等)的分布; ②岩石的孔隙性、洞穴和气孔的分布情况,气孔充填物的性质及其化学稳定性;③ 原生节理 的方向、密度及延伸情况;④ 喷出岩与上下围岩的 接触关系 和 接触带 情况;⑤构造破裂性状。沉积岩及浅变质岩分布区 岩石以 砾岩、砂岩、泥岩、页岩 、 板岩、千枚岩 为主。着重研究的内容有:① 岩性及岩石的各向异性特征、颗粒组成、胶结物的成分和性质,特别应注意软弱夹层、泥化夹层和可溶盐(盐岩、石膏、大理岩) 的分布情况;②岩层厚度、产状、层位关系、构造变动和层间错动情况以及层理层面裂隙发育情况;③ 泥质、石膏或钙质胶结的半坚硬岩石的强度及风化、溶蚀程度; ④ 含水层的划分及顶、底板的强度和透水性能。岩溶发育地区 岩石以 石灰岩 为主着重研究:①岩石成分和化学性质,可溶成分的溶解速度,相对隔水层的可靠性。②岩溶发育程度及分布特征、溶洞充填物的性质,特别要注意地下暗河的发育情况;③岩溶发育与地貌、地质构造的关系。( 2)构造的工程地质研究构造条件 是基岩分布区的重要工程地质条件之一,也是各类工程建筑选址的重要依据之一。研究区域构造条件的目的是 判断查明 测绘区的构造体系、构造的发育历史及测区所处的构造部位,从而对 区域稳定性 和 地基的稳定性 作出初步评价,预测施工或工程运行中可能出现的问题。大范围构造条件 小比例尺的工程地质测绘 。重点注意查明测区内 主要构造线 的分布、延伸情况,构造发育史 和 构造应力场 的活动情况, 构造的继承关系 等。调查的方法主要是根据收集的地质资料,充分利用 构造地质学 、 地质力学 、 地层学 等原理,分析编制区域地质图,在此基础上,再辅以必要的 野外现场工作 ,最后弄清 区域地质的全貌 。工作区构造条件 大比例尺的工程地质测绘 。如 褶皱变形 、 断裂变位 和 节理裂隙 等,这种小构造的具体分析,对工程具有重要的意义。因为它是决定岩体完整程度、强度、透水性的主要因素。主要构造 对工程建筑的不利影响褶皱①倒转褶皱常常对抗滑稳定不利;②背斜轴部岩层破碎、风化剧烈、强度较低,对地基强度不利;③褶皱构造中如有软弱层,则容易产生层间错动和顺层断层,形成不利于抗滑稳定的主要软弱面;④褶皱构造中存在刚性与塑性岩层互层时,刚性岩层往往裂隙比较发育而成为较好的裂隙承压含水层,而上、下顶板的塑性岩层会产生泥化现象,使岩体的整体稳定性下降;⑤较薄的塑性隔水层在倒转褶皱区易形成不连续的扁豆体,从而破坏了原隔水层的连续性,并使其力学强度不均一 。(隧道的选址问题)断层① 逆掩断层倾角平缓,上盘尤为破碎,其工程地质条件较差;②断层通过软弱岩层处,特别是多条断层接近或交接处,破碎带的宽度往往很大,岩层破碎程度加剧、风化程度较高,对岩基稳定性不利;③同一区域多条以上断层在其倾向相反或倾角不一致的情况下,特别是当倾角较缓时,往往会形成弧形软弱面或楔形体而影响岩体稳定 。(水库大坝坝基举例)④ 断层带与围岩弹性模量差别较大,可能导致不均匀沉降;⑤断层破碎带中的糜棱岩和断层泥的透水性一般较小,但断层带往往会成为渗漏带或岩溶发育带;在强弱透水带的交界处往往会出现管涌或潜蚀现象;⑥ 断层带易形成河谷深槽,其两侧往往会成为地下水的排泄区,其岩层的风化程度也常常较高。测绘中应着重研究 断层的新老关系 、 断裂带的性质 (尤其是未胶结的破碎带),要 精确测量断层带的产状 , 调查其延伸情况 ,分析 断层性质 、构造岩性 充填物性质 、 胶结物性质 ,并对 断裂的新老关系 和其 再活动性 作出评价。裂隙① 裂隙破坏了岩体的完整性,对岩体的整体稳定不利;②裂隙加剧了岩石风化的速度、使其强度降低;③连通的裂隙是地下水的良好通道,对于水工建筑物和其他需要防水的建筑物会产生不利影响;④层面裂隙,特别是岩层倾角较缓时,易于形成浅层滑动面。工程地质测绘和调查时,应注意研究以下内容:第一,裂隙的产状、宽度、填充物性质和胶结程度,裂隙的规模以及与某些动力地质作用的关系;第二,裂隙的数量统计;第三,裂隙成因分析。第四纪松散沉积物(土)分布区重点应放在以下几个方面:( 1)阶地地貌及微地貌研究。( 2)第四纪沉积物的成因类型及可能的年代。运用地貌学 , 第四纪地质学 基本理论)在进行大比例尺的测绘时,除应确定松散沉积物的成因外,还要注意土质和沉积相的影响。如对冲积土 ,还必须划分出 河床相 、 河漫滩相 及 牛轭湖相 等。( 3)应对具有特殊成分、特殊状态和特殊性质的松散沉积物进行重点测绘和调查。 (特殊土)( 4)注意强烈透水层、隔水层和承压水层的分布和性质。 (基坑工程)
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