工程地質測繪

工程地質測繪第一節(jié)概述工程地質測繪是工程地質勘察中一項最重要最基本的勘察方法，也是諸勘察工作中走在前面的一項勘察工作。它是運用地質、工程地制裁理論對與工程建設有關的各種地質現(xiàn)象進行詳細觀察和描述，以查明擬定建造區(qū)內工程地質條件的空間分布和各要素之間的內在聯(lián)系，并按照精度要求將它們如實地反映在一定比例尺的地形設計圖上。配合工程地質勘探、試驗等所取得的資料編制成工程地質圖，作為工程地質勘察的重要成果提供給建造物規(guī)劃、設計和施工部門參考。在切割強烈的基巖裸露山區(qū)，很好地進行工程地質測繪，就有可能較全面地闡明該區(qū)的工程地質條件，得到巖土工程地質性質的形成和空間變化的初步概念，判明物理地質現(xiàn)象和工程地質現(xiàn)象的空間分布、形成條件和發(fā)育規(guī)律。即使在為第四系覆蓋的平原區(qū)，工程地質測繪也仍然有著不可忽視的作用，只無非這時的測繪工作重點應放在研究地貌和松軟土上。由于工程地質測繪能夠在較短時間內查明泛博地區(qū)的工程地質條件而費資不多，在區(qū)域性預測和對比評價中能夠發(fā)揮重大作用，在其它工作配合下能夠順利地解決建筑區(qū)的選擇和建造物的合理配貉等問題，所以在工程設計的初期階段，它往往是工程地質勘察的主要手段。通過工程地質測繪對地面地質情況有了深入了解、對地下地質情況有了較準確的判斷，初步掌握了某些地質規(guī)律和需要研究的了解使建造物受到傷害的各種工程地質作用的發(fā)展情況、判明工程地質評價的正確性等。所以對建造區(qū)已有建造物的調查、研究勘察興建后所產生的工程地質現(xiàn)象，乃是工程地質測繪所特有的工作內容。在對已有建造物進行調查時，不能公限于研究個別已受影響的建造物，而應調查區(qū)內所有的建造物。研究技術文獻了解建造物的結構特征；觀察描述建造物的變形特征并繪制成草圖；通過直接觀察和查閱以往的勘探資料、施工編錄或者通過訪問調查，判明建造物所處的地質環(huán)境。根據(jù)建造物的結構特征、所處的地質環(huán)境、出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，結合長期觀測資料，便可判定建造物變形的原因。然后分以下四種情況進行具體分析。1、建造物位于不良地質環(huán)境內并有變形標志。此時應查明不良地質因素在什么條件下有害于哪一類建造物，并調查各種防護措施的有效性，以便尋求更有效的防護措施。2、建造物位于不良地質環(huán)境內但無變形標志。此時應查清是否由于彩了特殊結構或者是以往對工程地質條件作了過低的評價。這些資料對建造地區(qū)的合理利用和建造物遙結構設計以及防護措施的選擇都有重要意義。3、建造物位于有利的地質環(huán)境內但有變形標志。這時就必須首先查明是否由于建材質量或者工程質量不良而造成，以證實分析自然歷史因素所得的工程地質結論是否正確。通過這種分析往往可以發(fā)現(xiàn)施工方法和施工組織方面的缺陷。否則就需要進一步研究地制裁條件，看是否有某些隱蔽的不良地質因素存在。4、建造物們于有利的地制裁環(huán)境內也無變形標志。地這種情況下亦需要研究這些建造物是否采取了特殊結構以致把某些不良地質因素隱蔽起來了。通過以上的調查分析，就可以更加具體而正確地評價建造區(qū)的工程地質條件，預測建造物興建后發(fā)生變形的程度，以采取合理的防護措施。所以有的研究者認為，應把建造物調查作為工程地質測繪中一項特殊的工作內容。第三節(jié)工程地質測繪的范圍、比例尺和精度一、工程地質測繪范圍的確定工程地質測繪普通不像普通地質測繪那樣按照圖幅逐步完成，而是根據(jù)規(guī)劃與設計建造物的需要在與該項工程活動有關的范圍內進行。測繪的范圍內進行。測繪的范圍大些就能觀察到更多的露頭和剖面有利于更好地了解區(qū)域工程質條件，但是卻增大了測繪工作是不利于更快、更省地完成工程地質勘察任務；如果測繪范圍過小則不能查明工程地質條件以滿足建造物的要求?？梢姡x定一個合適的測繪范圍是一個相當重要的問題。選擇的根據(jù)一方面是擬定建造物的類型、規(guī)模和設計階段，另一方是區(qū)域工程地質條件的復雜程度和研究程度。建造物類型不同、規(guī)模大小不同，則它與自然環(huán)境相互作用影響的范圍、規(guī)模和強度也不同，選擇測繪范圍時道德應考慮到這一點。例如，大型水工建造物的興建，將引起極大范圍內的自然條件產生變化，這些變化又勢必作用于建造物引起各種工程地質問題，因此工程地質測繪也就必須擴展到足夠大的范圍幫能查清工程地質條件，解決有關的工程地質問題普通的房屋建造與地質環(huán)境相互作用甩引起的自然條件的變化多局限于不大的范圍內，如果區(qū)域內沒有對建造物安全有危害的地質作用，則測繪的范圍就不需很大。在建造物規(guī)劃和設計和開始階段為了選擇建造地區(qū)或者建造聲地，而可能方案往往又是不少的，相互之間又有一定的距離，測繪的范圍應把這些方案的有關地區(qū)都包括在內，于是可能是很大的。但到了具體建造場地選定之后特殊是建造物的后期設計分階段，就只需要在已選建造區(qū)的較小范圍內進行大比例尺的工程地質測繪?？梢?，工程地質測繪的范圍是隨著建造物設計階段的提高而減小的。工程地質條件愈復雜、研究程度愈差，工程地質測繪的范圍就愈大。分析工程地質條件的復雜程度必須分清兩種情況：一種是在建造區(qū)內工程地質條件非常復雜，如構造變動劇烈、斷裂很發(fā)育或者巖溶、滑坡、泥石流等物理地質作用很強烈；另一種情況是建造區(qū)內工程地質結構并不復雜，但在鄰近地區(qū)有能夠產生威脅建造物安全的物理地質作用的策源地，如泥石流的形成區(qū)、強烈地震的發(fā)震斷裂等。這兩種直接影響到建造物的安全，若僅在建造區(qū)內進行工程地質測繪則后者是不能被查明的，因此必須根據(jù)具體情況適當擴大工程地質測繪的范圍。在建造區(qū)或者臨近地區(qū)內如以有其它地質研究所取得的資料，則應充分采集和運用它們；如果工作區(qū)及其周圍較大范圍內的地質構造已經查明，那末只要分析、驗證它們，必要時補充些專題研究就行了;如果區(qū)域地質研究程度很差，則大范圍的工程地質測繪工作就必須提上日程來。二、工程地質測繪比例尺的確定工程地質測繪的比例尺主要取決于設計的要求。在工程設計的初始階段屬于規(guī)劃選點性質，往往有若干個比較方案，測繪范圍較大，而對工程地質條件研究的詳細程度要求不高，所以工程地質測繪所要求的比率尺普通較小。隨著建造物設計階段的提高，建造場地的位路愈益具體，研究的范圍隨之減小對工程地質條件研究的詳細程度要求隨之提高，工程地質測繪的比率尺也就漸漸加大。而在同一設計階段內，比率尺的選取又取決于建造物的類型、規(guī)模和工程地質條件的復雜程度，所采用的比率尺就愈大。正確選取工程地質測繪比率尺所得到的成果既要滿足工程設計的要求，又要盡量節(jié)省測繪工作量。工程地質測繪所采用的比率尺有以下幾鐘。1、勘及路線測繪：比率尺寸1：20萬—1：100萬。在各鐘工程的最初勘察階段多采用這種比率尺進行工程地質測繪，以了解區(qū)域工程地質條件概括，初步估計其對建造物的影響，同時為進一步勘察工作的設計提供依據(jù)。2、小比率吃面積測繪：比率尺寸1：10萬一1：5萬。主要用于各種建造物的初期設計階段，以查明規(guī)劃地區(qū)的工程地質條件，初步分析區(qū)域穩(wěn)定性等主要工程地質問題，為合理選擇建造區(qū)提供工程地質資料。3、中比率尺面積策劃，比率尺1：1。25萬一1：1萬。主要用于建造物初步設計階段的工程地質勘察，以查明建造區(qū)的工程地質條件，為合理選擇建造場地并初步確定建造物的類型和結構提供地質資料。大比率尺面積測繪：比率尺寸1：500—1：1000或者更大。普通是在建造場地選定以后才進行這種大比率尺的工程地質測繪，以便能詳細查明場地的工程地質條件，為最終選定建造物類型、結構和施工方法等提供準確的地質資料。三、工程地質測繪的精細要求工程地質測繪的精細系指在工程地質測繪中對地質現(xiàn)象觀察描述的詳細程度，以及工程地質條件各因素在工程地質圖上反映的詳細度和精確度。為了能保證工程地質圖的質量，工程地質測繪的精確必須于工程地質圖的比率尺相適應。觀察描述的詳細承襲程度是以各單位測繪面積上觀察點的數(shù)量和觀察線的長度來控制的（表2—4）。通常不論其比率尺增多大普通都以圖上每1cm范圍內有一個觀察點來控制觀察點的平均數(shù)。比率尺增大，同樣實際面積內的觀察點數(shù)幾相應增多。當天然露頭不足時則必須采用人工露頭來補充。所以在大比率尺測繪時常需配合有剝土、探槽、試坑等輕型坑探工程。觀察點的分布普通不應是均勻的，而是工程地質條件復雜的地段多一些，簡單的地段少一些，都應布珞在工程地質條件的關鍵位路上。表J綜合工程地質測繪每平方公里內觀察點數(shù)及觀察路線平均長度地不同區(qū)工程地質條件復雜程度比例簡單中等復雜路線長度(km)觀察點路線長度(km)觀察點個數(shù)0.500.611.001.442.002.944.007.506.0026.00尺理察點各數(shù)1：200.491：100.961：511.9112.53.961：113.80，線長觀察點個數(shù)路線長度度(km)(km)0.601.100.701.202.161.402.405.292.804.8010.005.608.0034.6010.00為了保證工程地質圖的詳細程度，還要求工程地質條件各因素的單元劃分于圖的比率尺相適應。普通規(guī)定巖層厚度在圖上等最小投影寬度大雨2mm著均應按比例尺反映在圖上。厚度或者寬度小于2mm的重要工程地質單元，如軟弱夾層、能反映構造特征的標志層、重要的物理地質現(xiàn)象等，則應采用超比率尺或者符號的辦法在圖上表示出來。為了保證圖的確精確還必須保證圖上的各種界線準確無誤，按規(guī)定。在任何比率尺的圖傷界線的誤差不得超過0.5mm。所以在大比率尺的工程地質策劃中要采用一起定點法。第四節(jié)工程地質測繪的方法和程序工程地質測繪的方法和普通地質測繪的方法相同。幾番沿一定的測繪路線作沿途觀察，在關鍵的點上進行詳細觀察和描述。觀察線的不止應以最短的路線觀察到最多的工程地質要素和現(xiàn)象為原則。范圍較大的中小工程比率尺工程地質測繪，普通以穿越巖層走向或者地貌、物理地質現(xiàn)象單元來不止觀察路線，以便能較準確地圈定各工程地質單元的邊界。在工程地質測繪過程中，最重要的是要把點和點、線于線之間所觀察到的現(xiàn)象聯(lián)系起來，克服只孤立地在各個點上觀察而不作沿途連續(xù)觀察和不及時對觀察到的現(xiàn)象進行綜合分析的偏向。同時還要將工程地質條件和擬進行的工程活動的特點聯(lián)系起來，以便能切當?shù)仡A測工程地質問題的性質和規(guī)模。止匕外，還應在測繪過程中幾實際資料和各種界線如實地反映在手圖上，并逐日清繪于室內底圖上進行必要的補充觀察以提高測繪的質量。工程地質測繪的程序哈其它的地質測繪工作相同。首先在室內查閱以有的研究資料，明確本次測繪需要重點研究的問題并編制出工作計劃，而后進行航衛(wèi)片的解釋，對區(qū)域工程地質條件做出初步的總體評價，判明工程地質條件各因素的一些標志。進而進行現(xiàn)場踏勘選定測繪標準剖面的位谿。測繪地質剖面掌握巖層層序、巖性特征、接觸關系以及各類土石的工程地質特征，以確定分層原則、單位和標準層；測制地貌剖面以便劃分地貌單元和各單元的特征。完成為了以上工作后才進行面積測繪。第五節(jié)航衛(wèi)片和陸地攝影在工程地質測繪中的應用航衛(wèi)照片、衛(wèi)星照片和陸地攝影照片，真實地、集中地反映了較大范圍內的巖土類型，地質結構、地貌、水文地質條件和物理地質現(xiàn)象，詳細判釋研究能給人一個宏觀的總體認識。近年來國內外都已經漸漸將其應用于工程地質測繪，特殊是用語研究區(qū)域穩(wěn)定性、道路選擇和滑坡等不良現(xiàn)象，實踐證明效果是良好的。特別是在人煙希少、交通不便的偏遠山區(qū)進行工程地質測繪，運用航衛(wèi)片就更有特殊的意義，它能起到減少測繪工作量、提高測繪精度和速度的作用，值得進一步推廣。衛(wèi)片、航片和陸地攝影像片都是按照一定的比率尺縮小了的自然景觀的綜合立體影像圖。各種不同的地質體和地質現(xiàn)象由于有不同的產狀、結構和物理化學性質，并受到內外營力的不同形式、不同程度的改造，形成各式各樣的自然景觀，這些自然景觀雖然都是表現(xiàn)現(xiàn)象卻都包含有一定的地質內容。而這些自然景觀的直接映象就是象片上的色調、各具特點的形態(tài)影像，因此影像中就包含著吩咐的地質現(xiàn)象。能區(qū)分出不同的地質體或者地質現(xiàn)象間地質信息的差別，就能在象片上劃分出地質體或者地質現(xiàn)象。所以帶有地質信息的各種影像特征也就是結子標志，如色調、形狀、形式、結構、陰影等。作為直接影像的象片能客觀、全面而準確地反映出地表的自然景觀，非但可以直接解釋地質現(xiàn)象二千準確性也遠優(yōu)于地形圖。衛(wèi)片視閾廣闊，能將大范圍內的地質現(xiàn)象聯(lián)系起來綜合分析,對查明和評價區(qū)域穩(wěn)定性有重要的意義，特殊是對查明活斷層更能收到良好的效果。莫爾納(Molnar/975,1977,1978)j就是利用衛(wèi)片判定了我國的一些大的活斷層(圖2-7)o航片主要是用作大中比率尺工程地質測繪的底圖，以迅速而較準確地查明建造區(qū)的工程地質條件；底陽關道角航片可以迅速而有效地查明活斷層；航片對研究崩塌、滑坡、泥石流、地震砂土液化、流動沙丘等物理地質想象有分廠有效，可以較迅速地判定各種不穩(wěn)定地段，并可以用以對某些地質作用的發(fā)展進行監(jiān)測。陸地攝影縣片是以攝影經緯儀或者立體照像機拍攝的，也成立體象對形式。這種象片可以把距離相機數(shù)十米至數(shù)百米范圍內有地質細節(jié)精確地記錄下來，并可以將象片轉繪成詳細的地質圖,用以表示這部份巖體的結構細節(jié)。故用基坑編錄最為理想。必須指出，由于自然景觀回隨氣候、地形、植被等因素而變化，所以好多地質信息也回隨地而異，因此象片的判釋必須與室地觀察互相配合、互相應證才干收到良好的效果，而決不能用象片判釋代替必要的地面工作。象片的判釋工作最好成績是從有地質資料大地區(qū)開始，然后逐漸外推。問題，這就為進行其它類型的勘察工作奠定了基礎，使進行這些工作的范圍更集中、目的更明確，從而必然會節(jié)省勘察工作量、提高勘察工作的效率。根據(jù)研究內容的不同，工程地質測繪可分為綜合性測繪和專門性測繪兩種。綜合性工程地質測繪是對工作區(qū)內工程地質條件的各要素全面研究并進行綜合評價，為編制綜合工程地質圖提供資料；專門性工程地質測繪是為某一特定建造物服務的，或者是對工程地質條件的某一要素進行專門研究以掌握其變化規(guī)律，為編制專用工程地質圖或者工程地質分析圖提供依據(jù)。無論那種工程地質測繪都是為建造物的規(guī)化、設計和施工服務的，都有其特定的研究目的，因此在測繪中主要是環(huán)繞著建造物的要求對各種地制裁現(xiàn)象進行詳細的觀察描述，而對那些與建造物無關的地質因素則可以粗略一些甚至不予注意，這是與其它地質測繪的重要區(qū)別。例如，在沉積巖分布區(qū)應著重研究軟弱巖層和次生泥化還將夾層的分布、層位、厚度、性狀、接角關系，可溶巖類的巖溶發(fā)育特征等；在巖漿巖分布區(qū)，侵入巖的邊緣接觸帶、平緩的原生節(jié)理、巖脈及風化殼的發(fā)育特征，噴出巖的噴發(fā)間斷面、凝灰?guī)r及其泥化情況、高強度玄武巖中的氣孔等則是主要的研究內容；在變質巖分布區(qū)箕主要的研究對象則是軟弱變質巖帶和夾層等。工程地質測繪對各種有關地制裁現(xiàn)名勝的研究除要闡明其成因和性質外，還要注意定量指針的取得。如斷裂帶的寬度和構造巖的改善，軟弱夾層的厚度和性狀、地下水位標高、裂隙發(fā)育程度、物理地質現(xiàn)象的規(guī)模、基巖埋藏深度等，以作為分析工程地質問題的依據(jù)。對與建造物關系密切的不良地質現(xiàn)象還要詳細的研究其發(fā)生發(fā)展過程及其對建造物和地質環(huán)境的影響程度。為滿足具體工程建造物的設計、施工對工程地質條件的詳細要求，工程地質測繪常采用大比例尺的專門性測繪。第二節(jié)工程地質測繪的研究內容工程地質測繪是為工程建設服務的，自始至終應以反映工程地質條件和預測建造物與地質環(huán)境的相互作用為目的，深入地研究建造區(qū)內工程地質條件的各個要素。一、工程地質測繪中對巖土的研究巖土是工程地質條件最基本的要素，產生各種地質現(xiàn)象的物質基礎。它固然是工程地質測繪的主要研究內容。目前在工程地制裁測繪特殊是小比例尺的工程地制裁測繪中對巖土的研究仍多彩地層學的方法，劃分單位也與普通地質測繪基本相同。但在建造物分布地區(qū)內的小面積大比例尺工程地質測繪中，可能遇到的地層往往只是一個“統(tǒng)”、階“甚至是一個”帶“，此進就必須根據(jù)巖地工和地質性質差民作進一步劃分才干滿足要求。特殊是砂巖中的泥巖、石灰?guī)r中的泥灰?guī)r、玄武巖中的凝灰?guī)r等夾層對建造物的穩(wěn)定和防滲有重大影響，常會構成壩基潛在的滑移控制面，更要突出地反映出來，這是工程地質測繪與其它地質測繪的一個重要區(qū)別。工程地質測繪對巖土的研究其特點還表現(xiàn)在既要查明不同性質巖土在地殼表層的頒、巖性變化和它們的成因，也要測定它們的物理力學性質指針，并預測它是建造物作用下的可能變化。這就必須把巖土的研究建立在地質歷史一成因基礎上才干達到目的。在地質構造生產簡單、巖相變化復雜的特定條件下，巖相分析法對查明巖土的空間分布是行之有效的。在查明巖土成因和分布的基礎上還應根據(jù)野外觀察和采取簡易現(xiàn)聲測試方法握取得的物理力學指針，初步判斷巖土與建造物相互作用時的性能。通過這種判斷不公應分出那些能產生嚴重變形以致餓及建造物安全和不常使用的巖土，即使這種巖土是很薄的夾層、透鏡體、或者是裂隙中的充填物也不能忽視。在工程地制裁測繪中常用來測定巖土強度參數(shù)的簡易方法有回彈錘測試和點荷載儀測試等。二、程地質測繪中對地質結構的研究地制裁結構一詞的含義是比較廣泛的，有關巖體結構等內容在先修課程中已有論述，這里著重討論對地質構造條件的研究。地質構造特殊是現(xiàn)代構造活動與活斷層是決定區(qū)域穩(wěn)定性的首要因素，所以修筑大型水工建造物和原子能電站等極重要建造物時，就必須在很大范圍內研究活斷層和地震危（wei）險性，例如原子能電站選場，普通就要求在聲地周圍半徑為300KM的范圍內進行研究。要預測大型水庫存蓄水后能否誘發(fā)地震，也需要在庫存區(qū)泛博范圍內研究地質構造，鑒別是否有區(qū)域性活斷層存在，并研究它們的錯動方式和現(xiàn)代構造應力場。其次，地質構造限定了各種性質不同的結構面的空間分布、破壞了巖體的均一性和完整性。然而，巖體中各種實習結構面的空間位谿和巖體的不均一性既取決于構成巖石的性質也取決于地質構造，所以要選出巖性均一完整的優(yōu)良建造場地，就必須深入地研究建造區(qū)的地質構造掌握構造發(fā)育的基本特征，特別是在地質構造復雜的山區(qū)修筑水工建造物和地下洞室等大型工程時，就更需要進行詳細的地質構造研究。第三，在選定建造場地內評價巖體的穩(wěn)定性也需要研究地質構造才干判明巖體的結構特征，和各種不連續(xù)面的發(fā)育程度及其相互組合關系。止匕外，地質構造還控制著地貌、水文地質條件、物理地質現(xiàn)象的發(fā)育和分布。所以地質構造往往是工程地質測繪研究的重要對象。在工程地質測繪中研究地質構造既要運用地質力學的原理和方法，也要進行地質歷史分析，這樣才干查明各種結構面的力學組合和歷史演化規(guī)律；既要對褶曲、斷層等在的構造形跡進行研究，也要重視節(jié)理、裂隙等小構造的研究。斷層破壞了巖體的完整性和邊續(xù)性對建造物影響最大，固然應是研究的重點，要著研究廠礦帶寬度及充填膠結情況、構造巖的性狀及分帶，斷層的活動性及與建筑物的相對關系。實踐證明，結合工程布貉和地質條件選擇有代表性的地段進行詳細的節(jié)理裂隙統(tǒng)計，以便使巖體結構定量模式化是有重要意義的。其統(tǒng)計研究的內容包括：裂隙的產狀和延伸情況，在不同構造部位和巖性中的變化情況，裂隙發(fā)育程度，裂壁特征及開口寬度，充填物的成因、性質和充填膠結程度，最后還應判明各組裂隙的成因和力學性質。對其中的緩傾角裂隙更要注意研究。工程地質測繪中也常用圖解表示裂隙統(tǒng)計的結果，目前采用較多的有裂隙極點圖、裂隙玫瑰圖和裂隙等密圖三種。表1-2按裂隙率的裂隙發(fā)育程度分級表2—3裂隙開口寬度分級三、工程地質測繪中對地貌的研究地貌是巖性、地質構造和新構造運動的綜合反映，也是近期外動力地質作用的結果。所以研究地貌就有可能判明巖性（如軟習夾層的部位）、地質構造（如斷裂帶的位谿）、新構造運動的性質和規(guī)模、表層沉積物的成因和結構，據(jù)此還可了解各種外動力地質作用（如滑坡、巖溶等）的發(fā)育歷史、河流發(fā)育史等等。相同的地貌單元不公地形特征相似，并以地貌作為工程地質分區(qū)的基礎。例如一個洪積扇可分為上部、中部和下部三個區(qū)來研究其工程地質特征。上部由礫石、卵石和漂石組成，強度高，壓縮性小，為工業(yè)民用建造的良好地基，但孔隙大、透水性強，若建水工建造物則會產生嚴重滲漏；中部以砂土為主，開挖基坑時要特殊注意細砂土的滲透穩(wěn)定問題；下部為砂黏土過渡及主要為粘性土地帶，地形平緩地下水埋藏淺，且往往有溢出泉和沼澤分布，形成泥炭層，強度低,壓縮性大。在中小比例尺工程地質測繪中研究地貌時，應以大地構造、巖性和地質結構等方面的研究為基礎，并與水文地質條件和物理地質現(xiàn)象的研究聯(lián)系起來，著重查明地貌單元的成因類型和形態(tài)特征，各個成因類型的分布高程及其變化、物質組成