巖土工程勘察與地基土評價

第十三講巖土工程勘察與地基土的巖土工程評一、內(nèi)容提要本講主要講述勘探分級、各類巖土工程勘察基本要求、勘探、取樣、土工參數(shù)的統(tǒng)計分析；地基土的巖土工程評價。二、重點、難點一、巖土工程勘巖土工程問題的勘察、設(shè)計、處理和監(jiān)測密切結(jié)為的專業(yè)體制—巖土工程體務(wù)于工程建設(shè)的全過程。實踐證明，巖土工程體制是可以實施的、是行之有效的，受到建設(shè)、設(shè)計、施工單位的歡迎，巖土工程專業(yè)體制已成為我國勘察行業(yè)的【例題1】按照我國的基本建設(shè)程序，應(yīng)堅持的原則為（）先勘察、后設(shè)計、再施先設(shè)計、后勘察、再施邊勘察、邊設(shè)計、邊施(一)巖土工程勘察的基本任巖土工程勘察要通過工程地質(zhì)與測繪、勘探與巖土取樣、原位測試技術(shù)、室內(nèi)試驗、等)作出，并提出相應(yīng)的防治措施和合理的施工方法。 勘探與取原位測室內(nèi)試(二)巖土工程勘察的分巖土工程勘察的分級應(yīng)根據(jù)巖土工程的安全等級、場地的復(fù)雜程度和地基的雜程度劃分巖土工程安全等嚴(yán)重性，按表16-7-1分為三個等級。對于房屋建筑物與構(gòu)筑物，按“建筑地礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”分級，屬于重要的工業(yè)與民用建筑物、20層以上的建筑、體型復(fù)雜的14層以上建筑、對地基變形有特殊要求的建筑物、單樁承受的荷載在4000kN以上的建筑物劃為一級的其他巖土工程有有特殊要求的深基開挖及支護工程有強16-7-安全等破工程類二三不嚴(yán)一般工次要工不屬于一、二級巖土工程的其他工程則劃為三級巖土工程【例題3】某學(xué)校擬建二層教學(xué)樓，該工程的安全等級應(yīng)定為 ）一二場地復(fù)雜程度分根據(jù)場地復(fù)雜程度，按下列規(guī)定劃分為三個場地等級工程的多層水、巖溶裂隙水或其他水文地質(zhì)條件復(fù)雜而需專門研究的場地。符合下列條件之一者為二級場地(中等復(fù)雜場地①對建筑抗震不利的地段②不良地質(zhì)作用一般發(fā)育③地質(zhì)環(huán)境已經(jīng)或可能受到一般破壞④地形地貌較復(fù)雜；⑤基礎(chǔ)位于水位以下的場地符合下列條件者為三級場地(簡單場地①抗震設(shè)防烈度等于或小于6度或?qū)ㄖ拐鹩欣牡囟微诓涣嫉刭|(zhì)作用不發(fā)育③地質(zhì)環(huán)境基本未受破壞④地形地貌簡單⑤水對工程無影響。①從一級開始，向二級、三級推定，以最先滿足的為準(zhǔn)②對建筑抗震有利、不利和地段的劃分，應(yīng)按現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011)的規(guī)定確定【例題4】某場地內(nèi)土洞強烈發(fā)育，則該場地的復(fù)雜程度應(yīng)為 ）一二地基等根據(jù)地基的復(fù)雜程度，可按下列規(guī)定分為三個地基等級注①從一級開始，向二級、三級推定，以最先滿足的為準(zhǔn)【例題5】某場地地基土為膨脹土，該地基等級為 ）一二三答案 巖土工程勘察等甲級，在工程重要性、場地復(fù)雜程度和地基復(fù)雜程度等級中，有一項或多項為一級乙級，除勘察等級為甲級和丙級以外的勘察項目丙級，工程重要性、場地復(fù)雜程度和地基復(fù)雜程度等級均為三級注：建筑在巖質(zhì)地基上的一級工程，當(dāng)場地復(fù)雜程度等級和地基復(fù)雜程度等級均為三級時，巖土工程勘察等級可定為乙級。 甲乙丙對于乙級巖土工程勘察，由于為無不規(guī)則或反常荷載的常規(guī)結(jié)構(gòu)物，往往可以采用標(biāo)準(zhǔn)的常用的基礎(chǔ)形式(如擴展基礎(chǔ)、筏式基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等)，可使用常規(guī)的設(shè)計與施工方法，需要定量的巖土工程勘察，由具有適當(dāng)工程經(jīng)驗資歷的工程師參加。巖土工程勘察采用常規(guī)的室內(nèi)試驗和原位測試方法，即可獲得所需的定量的地基土條件，有時也可能要進行某些特殊的勘測項目。(三)各類巖土工程勘察基本要求建筑工程地質(zhì)勘察的基本要求房屋建筑與構(gòu)筑物各個工程地質(zhì)勘察階段的基本要求與內(nèi)容如下可行性研究勘察階可行性研究勘察階段，也是選址階段，該階段應(yīng)對擬建場地的穩(wěn)定性和適宜做出評價。為此，在確定建筑場地時，在工程地質(zhì)條件方面，宜避開下列地區(qū)或地段不良地質(zhì)作用發(fā)育且對場地穩(wěn)定性有直接危害或潛在的地基土性質(zhì)嚴(yán)重不良的對建(構(gòu))筑物抗震的洪水或水對建(構(gòu))筑場地有嚴(yán)重不良影響的搜集區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、、礦產(chǎn)和附近地區(qū)的工程地質(zhì)資料及當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗。初步勘察階搜集本項目的可行性、場址地形圖、工程性質(zhì)、規(guī)模等文件資料初步查明地層構(gòu)造巖土性質(zhì)水埋藏條件凍結(jié)深度不良地質(zhì)現(xiàn)象的對抗震設(shè)防烈度大于或等于7度的場地，應(yīng)初步判定場地和地基效應(yīng)詳細(xì)勘察與施工勘察階施工勘察主要是與設(shè)計、施工單位相結(jié)合進行的地基驗槽，樁基工程與地基處理的質(zhì)量和效果的檢驗，施工中的巖土工程監(jiān)測和必要的補充勘察，解決與施工有關(guān)的巖土工程問題，并為施工階段地礎(chǔ)設(shè)計變更提出相應(yīng)的地基資料，具體內(nèi)容視工程要求而定【例題7】巖土工程勘察階段劃分中不包括 ）可行性研究勘初步勘詳細(xì)勘道路工程勘察基本要在可行性研究階段的工程地質(zhì)勘察工作是收料、現(xiàn)場核對和概略了解地質(zhì)條件，為此著重介紹初步勘察階段和詳細(xì)勘察階段的工作內(nèi)容。并示于表16-7-3。初步勘察階沿線的工程地質(zhì)條件。工程地質(zhì)測繪是這一階段中的一項重要?？辈旆秶芈肪€兩【例題8】按照道路工程勘察要求，在初步勘察階段，勘察范圍沿路線兩側(cè)的寬度各 ）答案詳細(xì)勘察階橋梁工程勘察基本要橋梁是公路建筑工程中的重要組成部分由正橋引橋和導(dǎo)流等工程組成橋【例題9】對于橋梁工程而言，工程地質(zhì)條件所涉及的主要的工程地質(zhì)問題當(dāng)中包 ）橋墩臺地基穩(wěn)定性問場地穩(wěn)定性問地基土滲透穩(wěn)定性問其勘察要點為初步勘察階位處進行工程地質(zhì)或測繪、物探、鉆探、原位測試，進一步查明工程地質(zhì)條件的優(yōu)避繞。工程地質(zhì)測繪比例尺用1：500～1：10000編制，范圍包括橋軸線縱向的河床和谷坡或階地(約500～1000m)，以及橫向河流上、下游各200～500m。 詳細(xì)勘察階在初步設(shè)計階段勘察測繪基礎(chǔ)上進行補充、修正。查明橋梁墩臺地礎(chǔ)巖體風(fēng)化和軟合基礎(chǔ)類型做出定量評價。隨著二級以上公路的發(fā)展，在上以及跨海的公路應(yīng)針對與橋梁墩(臺)、錨固基礎(chǔ)、引道、調(diào)治構(gòu)造物等處巖體進行大比例尺工程地質(zhì)繪(或進行專題研究)，所以把塔墩錨錠部位作為勘察重點。并采用綜合勘測，進行鉆探、原位測試(靜探、標(biāo)貫、旁壓試驗、板剪切試驗)、聲波測井及抽水、壓力試驗等。查明地礎(chǔ)的承載力、極限摩阻力，給設(shè)計提供可選擇的基礎(chǔ)類型和施工方案，勘察重點是查明橋位區(qū)地層巖性、地層構(gòu)造、不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布及工程地質(zhì)特性探明橋梁墩臺和調(diào)治構(gòu)造物地基的覆蓋層及基巖風(fēng)化層的厚度、墩臺基礎(chǔ)巖體的風(fēng)化及構(gòu)造破碎程度、軟弱夾層情況和水狀況。對邊坡及地基的穩(wěn)定性不良地質(zhì)的危害程度和水對地基的影響程度做出價對地質(zhì)復(fù)雜的橋基或特大的塔墩、錨錠基礎(chǔ)應(yīng)采用綜合勘探隧道工程勘察基本要求測繪。當(dāng)水對隧道影響較大時，應(yīng)進行水動態(tài)觀測，并計算隧道涌水量。下面介紹隧道勘察中的一些主要工程地質(zhì)問題(1)隧道位置選擇的一般原選擇地質(zhì)構(gòu)造簡單地層單一巖性完整無軟弱夾層工程地質(zhì)條件較好地段，在傾斜巖層中，以隧道軸線垂直巖層為宜選擇水影響小、無有害氣體、無礦產(chǎn)資源和不含放射性元素的地層通過。而這些問題的發(fā)生有一個漫長變化的過程，在一般勘察階段的短短幾個月中是難以對這些問題有深入的了解，所以對其變化規(guī)律的認(rèn)識和它的發(fā)展，需要安排超前工程地質(zhì)和水文地質(zhì)工作。對等級公路，往往受路線等級的限制，不可避免地經(jīng)過各種不良地質(zhì)現(xiàn)象地段。在不良地質(zhì)現(xiàn)象區(qū)選擇隧道位置總的原則是：①盡量避讓，以免對隧道造成性、破壞性影響②盡量選擇在影響范圍小，影響距離短，影響時間短的地段③通過各方面因素綜合發(fā)現(xiàn)考慮，把不良地質(zhì)的影響減少到最低限度(2)洞口位置選工構(gòu)造物、地表和水體對隧道的影響等因素綜合考慮。有以下幾點：確保洞口、洞身的穩(wěn)定，不留地質(zhì)危害便于施地布置，便于和棄渣處理，少占或不占可耕地洞口外接線工程數(shù)量少、里程短、工程造價化程度、圍巖組合特征及水作用等因素?！纠}10】在初步設(shè)計階段，隧道工程勘察地質(zhì)評價的主要內(nèi)容是 ）圍巖分圍巖的強圍巖的風(fēng)化程其勘察要點為初步勘察階通過大量的野外露頭或人工簡易等來發(fā)現(xiàn)、不良地質(zhì)現(xiàn)象的存在，找根據(jù)對各種勘察資料進行的綜合分析、論證，按比選結(jié)果隧道最佳方案詳細(xì)勘察階的地質(zhì)問題，三是對初勘重大地質(zhì)問題做深入細(xì)致的。具體做法是：地質(zhì)與測繪的范圍測點物探網(wǎng)的點線范圍和布設(shè)物探方法的運用和鉆點程地質(zhì)條件。港口工程勘察基本要港區(qū)，要頭、船塢、船臺、倉庫、道路、車間、辦公樓等建筑。由于海港工程建筑一般規(guī)行的勘察。選址勘地質(zhì)及少量的勘探工作，了解候選港址的地形、地貌、地層、構(gòu)造、、潛在災(zāi)初步勘因類型、風(fēng)化程度、埋藏條件及露頭產(chǎn)狀、水類型、水位變化和補給條件，以及與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造，潛在地質(zhì)因素的分布范圍、發(fā)育程度和可能的成因。然后根據(jù)上述勘察成果，分析場地各區(qū)段工程地質(zhì)條件，判斷潛在地質(zhì)因素對工程建設(shè)的影響，并適宜的地段和基礎(chǔ)持力層。般采用1：2000～1：5000。勘探工作應(yīng)在充分考慮港址特點，建筑物類型，已有工程地詳細(xì)勘埋藏情況及其物理力學(xué)性質(zhì)、水類型、水文地質(zhì)條件及對施工和運行中建筑物的影響，建筑物附近潛在地質(zhì)因素的影響范圍及其危害程度，并取得對其防治及建筑物(四)勘工程地質(zhì)勘探是在工程地質(zhì)測繪的基礎(chǔ)上，為了進一步查明地表以下工程地質(zhì)問題，得深部地質(zhì)資料而進行的，勘探的方法主要有坑、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法，在選用時應(yīng)符合勘察目的及巖土的特性。【例題11】勘探的方法很多，下列不屬于其中的方法是 ）探鉆物坑、槽坑、槽探就是用人工或機械方式進行挖掘坑、槽，以便直接觀察巖土層的天然狀態(tài)以及各地層之間接觸關(guān)系等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并能取出接近實際的原狀結(jié)構(gòu)土樣，它的缺點是可達的深度較淺，且易受自然地質(zhì)條件的限制。在工程地質(zhì)勘探中用的槽探主要有洞等幾種類型16-7-4。16-7-類型 試坑深數(shù)十厘米的小坑，形狀不局部剝除地表覆土，基淺井從地表向下垂直，斷面呈圓形或方形，確定覆蓋層及風(fēng)化層的巖性及厚度取原樣，載荷試驗，滲水試探槽在地表垂直巖層或構(gòu)造線挖掘成深度不的(小于3～5m)長條形槽迫索構(gòu)造線、斷層、探查殘積坡積層，風(fēng)巖石的厚度和巖形狀與淺井同，但深度可超過20m以上了解覆蓋層厚度及性質(zhì)構(gòu)造線巖石破夾層、破碎帶、風(fēng)化巖層時，效果較好可取樣或作原位試鉆工程地質(zhì)鉆探的概500mm以上的鉆孔稱為鉆井。鉆孔的要素如圖16-7-1所示。鉆孔上面口徑較大，越往下越小，呈階梯狀。鉆孔的上口稱孔口；底部稱孔底；四周側(cè)部稱孔壁。鉆孔斷面的直徑稱孔徑；由大孔徑改為小孔徑稱換徑。從孔口到孔底的距離稱為孔深鉆探過程和鉆進方鉆探過程中有三個基本程序而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象，這叫做破碎巖土。巖土之所以被破碎是借助沖擊力、剪切力、研磨和壓力來實現(xiàn)的。工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式，鉆進方法有以下三種壓，使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層，達到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進，有時為有效地、完整地標(biāo)準(zhǔn)地層，還可以采用勺形鉆鉆頭或提土鉆鉆頭進行鉆進。在地層鉆進中的優(yōu)點，以達到提高鉆進效率的目的。其工作原理是：在鉆進過程中，鉆頭克取巖石時，施加一定的動力，對巖石產(chǎn)生沖擊作用，使巖石的破碎速度加快，破碎粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻人巖石深度增加，在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大地提高了鉆進的效率。【例題12】在鉆探中采用的螺旋鉆進方法屬于（）沖擊鉆回轉(zhuǎn)鉆振動鉆【例題13】按照規(guī)范要求，在水位以上的土層中鉆進采用的方法為 ）干作業(yè)螺旋鉆泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆沖擊鉆上述各種鉆進方法的適用范圍列于表16-7-5中鉆進方法的適用范 表16-7-鉆進方鉆進地勘察要粘土粉土砂土碎土巖石直觀鑒別，采取擾動試直觀鑒別，采擾動試不要求直觀鑒別采取試螺紋探OΔΔ——OOO無巖鉆OOOΔO——O巖芯探OOOΔOOOO沖擊探—ΔOOΔ——O錘擊探ΔΔΔΔ—ΔOO振動鉆OOOΔ—ΔOO注：O代表適用；Δ代表部分情況適用；—代表不適用鉆孔地質(zhì)柱狀鉆孔地質(zhì)柱狀圖是表示該鉆孔所穿過的地層而 圖表表示。圖中表示有地質(zhì)年代土層埋藏深度、土層厚度、土層底部的絕對標(biāo)高、巖土的描述、柱狀圖、地面絕對標(biāo)高 水水位和測量日期、巖土樣選取位置等。柱狀圖的比例尺一般為1：100～1：500【例題14】在鉆孔地質(zhì)柱狀圖中的比例尺一般為 ）原狀土樣的概【例題15】在鉆探過程中采取土試樣時，造成土試樣擾動的原因不包括 ）外界條件引起的土試樣的擾采樣過程造成的土體中應(yīng)力條件發(fā)生了變化，引起土樣內(nèi)的質(zhì)點間的相對位置的位移和組織結(jié)構(gòu)的變化，甚至出現(xiàn)質(zhì)點間的原有粘聚力的破壞取土器對土樣的影按照取樣方法和試驗?zāi)繋r土工程勘察規(guī)范對土試樣的擾動程度分成如下的質(zhì)等級I級—不擾動可進行試驗項目有土類定名含水量密度強度參數(shù)變形參固結(jié)壓密參數(shù)II級—輕微擾動，可進行試驗項目有：土類定名、含水量、密度III級—顯著擾動，可進行試驗項目有：土類定名、含水量IV級—完全擾動，可進行試驗項目有：土類定名厚壁取土器所采得的土試樣定為II—III；對于采用標(biāo)準(zhǔn)貫入器、螺紋鉆頭或巖芯鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖的試樣皆定為III—IV級【例題16】對于IV級土試樣，可進行的試驗項目有 ）土樣定含水密變形參答案【例題17】對于以泥漿護壁采用巖芯鉆頭所采得的砂土試樣，土工試驗時所得指標(biāo)哪一 含水巖密 減少土試樣擾動的注意事為保證土樣少受擾動，采取土試樣的前后及過程中應(yīng)注意如下事項選用首先應(yīng)著眼于確?？椎讛M取土樣不被擾動。這一點幾乎對任何種土類都適用，而(2)以泥漿護可以減少擾動注意在孔中保持足夠的靜止因孔位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動或涌起孔壁的間隙。鉆孔應(yīng)保持孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁取土深度和進土深度等尺寸，在取土前都應(yīng)丈量準(zhǔn)確取土過程中如提升取土器拆卸取土器等每個操作工序均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥以免成擾動取出的土應(yīng)及時用蠟密封，并注明上下，貼上，做好記錄另外(即除了鉆探過程的問題以外)在土樣封存和開土做試驗時都應(yīng)注意(六)土工參數(shù)的統(tǒng)計分才能確定有一定可靠性的設(shè)計參數(shù)，才能對性狀做出概率的土工參數(shù)的不確定性來源于土層本身固有的空間變異性取樣的擾動測試時的應(yīng)力條件、應(yīng)變條件和排水條件與實際的不一致引起的差異試驗誤差尺寸效應(yīng)、時間效應(yīng)等對待土工參數(shù)不確定性的方法有兩種。一種是采用“平均”的土性值，在設(shè)計中假定土為具有這種平均性質(zhì)的均勻材料，并采用一定的安全系數(shù)，保證工程的安全。這樣的方法稱為定值法，在確定安全系數(shù)時，考慮到土的變異性、計算模式的簡化、荷載的不確定性等。要憑經(jīng)驗作出判斷。由于定值法數(shù)學(xué)處理比較簡單，所以它為工程技術(shù)廣泛采用另一種是考慮土的不確定性的分析方法土工參數(shù)采用隨量概率模型描述，土工參數(shù)的概率分布函數(shù)和特征值，以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用參數(shù)估計和概率分布的假設(shè)檢驗方法確定。在設(shè)計中用破壞概率的概念會代替單一值的安全系數(shù)。這樣的方法稱為概率分析法分析時，當(dāng)置信水平達到95%時，所需同一土層的土試樣數(shù)量至少為（）件。A.B.C.D.答案【例題19】按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）的規(guī)定，采用概率理論對測試數(shù)據(jù)進行處理根據(jù)概率理論置信水平Ps需要達到的最小置信概率精度要求 答案描述試驗數(shù)據(jù)的特征參數(shù)包括位置特征參數(shù)離散性特征參數(shù)分布特性參數(shù)相關(guān)特征參數(shù)位置特征參常用的位置特征參數(shù)有：平均值、極大值、極小值、眾數(shù)和中位數(shù)等(1)平均值有算術(shù)平均值幾何平均值和調(diào)和平均值計算平均值是最般 表示整理時，于上下限各舍去總數(shù)的10％25％后，再確定試驗數(shù)據(jù)的變化范圍。對于對稱的分布曲線，算術(shù)平均值、眾數(shù)和中位數(shù)是相同的。對于非對稱的分布曲線，算術(shù)平均值、眾數(shù)和中位數(shù)就不一致?！纠}20】對于對稱的分布曲線，下列各項位置特征參數(shù)的關(guān)系正確的是 ）算術(shù)平均值＝眾數(shù)＝中位算術(shù)平均值＞眾數(shù)＝中位算術(shù)平均值＜眾數(shù)＝中位算術(shù)平均值＝眾數(shù)＞中位 答案離散性特征參(1)極極差RX是最簡單的離散特性參數(shù)(3)變異系數(shù)對于不同組的試驗數(shù)據(jù)，要比較它們的離散程度，不能單看均方差的絕對值，而應(yīng)比較均方差與平均值的比值即變異系數(shù)V，才比較合理。變異系數(shù)V既反映了土性參數(shù)的固有變異性，也反映了取土技術(shù)和試驗方法等對土性數(shù)的試驗誤差。一般來說，變異系數(shù)越大，反映試驗結(jié)果的可靠性越差【例題21】下列各項中不屬于離散特征參數(shù)的是 ）算術(shù)平均極標(biāo)準(zhǔn)【例題22對于不同組的試驗數(shù)據(jù)能夠較準(zhǔn)確比較各組數(shù)據(jù)之間離散程度的 算術(shù)平均極標(biāo)準(zhǔn)分布特征參分布特征參數(shù)是分布曲線圖形的特征：曲線的對稱性和曲線的峰度標(biāo)準(zhǔn)偏度系數(shù)g1是用來檢查分布曲線的形狀是否對稱當(dāng)g1＝0，為對稱分布；g1>0，為正偏度；g1<0，為負(fù)偏度。其直觀意義見圖16-7-2。標(biāo)準(zhǔn)峰度系數(shù)/