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1、工程施工中的一般地质知识,朱 红 超2014年1月12日,目 录,第一章 地质因素在工程建设中的地位第二章 基本地理知识及地质知识第三章 卡斯特地貌的成因及特征第四章 岩石的成因及分类第五章 岩层的描述第六章 施工图中的地质知识第七章 如何阅读勘察报告,一.地质因素在工程建设中的地位,1、地质因素决定了建筑物的选址和选线2、地质因素决定了建筑工程的结构类型、施工方法和造价3、地质因素是工程建设中不可预见性较大的因素，较难控制4、地质因素贯穿于工程建设的全过程5、地质因素在施工过程中关注较少,1、地质因素决定了建筑物的选址和选线（长江三峡大坝选址）,地质因素分析长江三峡大坝选址在三斗坪，一个重要
2、原因是在中宝岛上有一块花岗岩基岩。利用中宝岛分期导流施工大坝。,地质较好地带设置扩大基础、条形基础，桩基础；不良地质段采用片伐基础、箱型基础，沉井，整体基础。隧道围岩较好时采用大断面、全断面、台阶法开挖，基本不设或者很少设置预支护措施；围岩较差时采用CD、CRD，双侧壁导坑等工法，附加超前注浆、管棚等措施，费用明显较高。宜万铁路由于所经过的地带为鄂西北、川东，破碎带、断层、溶洞等不良地质较多，被称为工程界的教科书，地质科研界的活化石。每公里造价高于青藏线（6000万），工期无期限，代价很大。,2、地质因素决定了建筑工程的结构类型、施工方法和造价,湖北利川腾龙洞附近干谷和溶洞,3、地质资料的收集
3、一般两方面：靠以前地质资料参考，不确定性较大；新钻探取样难度高、费用高，取样频率难保证。一旦岩层的产状发生变化，设计工作变化很大。4、地质因素贯穿于工程建设的全过程，从可研阶段的选线-初步设计-施工图设计-施工-运营。5、由于施工单位已按图施工为主，较少详细研究地质，地质因素在施工过程中关注较少。施工者不懂设计和地质，设计者没有施工经验，也不熟悉地质勘察方法和技术，地质勘察者对地铁的施工和设计没有感性知识，甚至没多少知识，这是普遍的现象。,第二章 基本地理知识及地质知识,地震震级 与 地震烈度的关系,震 级,震 级 一种量度标志，它与震源所释放的能量多少有关，通常由仪器的观测来确定震级的大小。
4、,里氏震级：Richter（1935）提出用地震仪记录的水平向地震波最大位移的平均值来测定地震的大小。他提出的 里氏震级定义为：ML=lgB-lgB0（2-1）式中：B标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，静态放大倍数为2800）在震中距100km处记录到的两水平向分量最大振幅的平均值（m），适用于26级地震标度。lgB0起算函数，根据当地的经验给定。,地 震 烈 度,（1）定义,地震后发生后的宏观现象，主要可以分为四类：人的感觉从强烈程度分，可分为无感、可感、明显有感、强烈、惊恐、站立不稳、倒地；人工结构物的损坏人工结构物的破坏有许多特点，有的表现为水平摇晃、有的表现为扭转、局部破裂和倒
5、塌；有的表现为结构本身的震动破坏、有的表现为地基破坏而整个结构滑动或拉裂。,地震对地表及工程结构影响的强弱程度,（2）评价指标,物体的反应 桌上、架上摆放的小用具、书籍和挂饰等物品在地震时会移动、坠落或翻到等等；自然现象的变化 强烈地震时，自然环境有时也会发生变化，如山崩、地裂、冒水、喷砂、地面变形、滑坡、陷落等，在海中的地震还易引发海啸。,等震线图：同一次地震影响下，按地震烈度表评定出波及区每一地点的烈度，具有相同烈度的区域外包线称为等震线。,地震烈度分布及工程烈度,图3-1 汶川地震等震线图,理想的等震线是一些规则的同心圆，实际上由于地形和建筑物的差异性影响，多呈见此增大的一套椭圆。但有时
6、因地形、地质等因素的影响，会在某一区出现误差1度的异常区。,贵阳轨道1号线沙-望区间按照建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）本工程重点设防，应按高于本地抗震设防烈度一度，要求加强其抗震措施，即拟建场地按7度考虑抗震设防。抗震设防是7度，(地震峰值加速度0.05g)，请注意这里指的是抗震设防烈度，不是说可以抗7级地震，震级和烈度二者不是同一概念。烈度在工程上的意义，主要是作为工程抗震的标准，在工程上有如下的烈度概念。基本烈度指场地在100年内可能遇到的最大地震烈度，是工程设防的基础。设防烈度是指一个地区的经过有关部门批准的设防依据。对于一个地区，各类建筑物的设防烈度相同。设计烈度
7、指针对一个具体的建筑物，考虑到政治、经济的重要性，在基本烈度的基础上进行调整。,全球地震火山分布图,褶皱,背斜,向斜,地壳的运动和变化,向上拱起,向下弯曲,中心老两翼新,中心新两翼老,成 山,成 谷,可能 成谷,可能 成山,隧道应在背斜处修建。因为背斜处，岩层向上拱起，为穹形构造（类似于石拱桥）比较稳定。在这里开凿隧道，不易塌方、积水渗漏，能保证工程的安全稳定，且便于施工。水库等大型工程选址，应避开断层带，以免诱发断层活动，产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。,施工注意事项,断 裂！,岩层的可塑性差，如果地壳运动产生的强大压力或张力超过了岩石的强度（或承受能力），岩层会怎样？,断层,岩层或岩体在构
8、造运动影响下发生破裂，若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了明显的相对位移，这种构造就称为断层。断层破坏了岩石的连续完整性，对岩体的稳定性、渗透性、地震活动和区域稳定性都有重大影响，从而影响工程的稳定性，与工程建设有着密切的联系。,断层要素图示,按断层两盘相对运动的关系进行分类,正断层,逆断层,平移断层,枢纽断层,施工注意事项,1、断层的力学性质：受张力作用形成的断层，其工程地质条件比受压力作用形成的断层差。但压力作用形成的断层可能破碎带的宽度大，应引起注意；2、断层位置与线路工程的关系，一般说来线路垂直通过断层比顺着断层方向通过受的危害小；3、断层面的产状与线路工程的关系：断层面倾向线路且倾角大于1
9、0o的，工程地质条件差；4、充水情况：饱水的断层带稳定性差；,第三章 卡斯特地貌的成因及特征,关于喀斯特的涵义，国内外学者比较一致的意见是：凡是以地下水为主、以地表水为辅，以化学过程为主(溶蚀与淀积)、机械过程为辅(流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积)的、对可溶性岩石的破坏和改造作用，称为喀斯特作用(karst process)，由这种作用所产生的水文现象和地貌现象统称为喀斯特。可溶性岩石在地表水和地下水的作用下所形成的奇特地貌形态称喀斯特地貌。我国是世界上喀斯特分布面积最大的国家,从热带到寒带各种喀斯特地貌类型齐全。喀斯特主要分布于广西、滇东,贵州、湘西、鄂西、山西等省区,在中国，作为喀斯特地貌
10、发育的物质基础碳酸盐类岩石(如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等)分布很广。据不完全统计，总面积达200万平方公里,其中裸露的碳酸盐类岩石面积约130万平方公里，约占全国总面积的1/7；埋藏的碳酸盐岩石面积约70万平方公里。碳酸盐岩石在全国各省区均有分布，但以桂、黔和滇东部地区分布最广。湘西、鄂西、川东、鲁、晋等地，碳酸盐岩石分布的面积也较广。,喀斯特作用过程,溶解过程：CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2 Ca2+2(HCO3)-结果：在可溶性岩石上留下溶沟、空洞等，并为后来的机械侵蚀、崩塌等作用提供条件，形成喀斯特侵蚀地貌。淀积过程：Ca2+2(HCO3)-CO2+H2O+CaCO3结果
11、：碳酸钙堆积作用不断进行，促进喀斯特堆积地貌的发育。,影响喀斯特作用的因素,1、地质因素（岩石的可溶性）碳酸盐类岩石分布广泛，岩体也很大。所以发育在碳酸盐类岩石中的喀斯特较之在卤化物盐类岩石和硫酸盐类岩石中发育的喀斯特要普遍得多。2、气候因素（水的溶蚀能力）温度、降水和气压等方面。3、生物因素,地下喀斯特-堆积形态,堆积形态,喀斯特地貌发育和组合可从两方面来看：一方面，在不同的气候区岩溶地貌发育不同，地貌组合也不相同，这是喀斯特地貌发育的地带性特征；另一方面，在同一气候区，岩溶地貌的发育阶段不同，岩溶地貌组合也有差异，这是岩溶地貌发育的阶段性特征。,喀斯特地貌发育与地貌组合,第四章 岩石的成因
12、及分类,自然界有各种各样的岩石，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。岩浆岩岩浆活动 沉积岩固结成岩作用(外力作用)变质岩变质作用,风化、侵蚀、搬运、沉积、固结成岩,地壳物质循环讲解,1、岩浆侵入或喷出，冷却凝固，形成岩浆岩。2、岩浆岩、沉积岩、已有的变质岩，在外力作用（风化侵蚀搬运沉积等）下，固结成岩作用，形成沉积岩。3、岩浆岩、沉积岩、已有的变质岩，在一定温度和压力条件下，变质作用，形成变质岩。4、各种岩石在地壳深处，重熔再生，新的岩浆。,源头,变质岩,片麻岩,大理岩,石英岩,板岩,第五章 岩层的描述,岩层是指由两个平行或近于平行的界面所限制的、同一岩性组成的层状岩石。,产状类型,水平
13、、倾斜、直立,岩层产状 岩层的产状指岩层在空间的展布状态,岩层的产状要素,岩层的产状要素就是表示岩层面在地壳中的空间位置的几何要素。岩层的产状要素包括岩层面的走向、倾向和倾角。,A-B 走向线 O-D 倾向线（水平）DOD 倾角（锐角）O-D 倾斜线（倾斜）,岩层面与水平面的交线叫走向线。走向线两端所指的方向，即走向线与地理子午线的夹角，为岩层的走向。倾向表示岩层的倾斜方向。沿倾斜岩层面上向下所引的走向线的垂线叫倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线叫倾向线。倾向线所指的岩层倾斜方向，也就是倾向线与地理子午线的夹角，称为岩层的倾向。倾角表示岩层的倾斜程度。倾斜线与其相应的倾向线间的夹角或岩层面与水平
14、面的最大锐夹角，称为岩层的倾角。,岩层的产状要素表示方法：文字表示法文字表示法多用于野外记录、地质报告以及剖面素描中，通常只记倾向和倾角，如：12025。象限角表示法 常用走向、倾向和倾角象限表示。如N50WSW35，即走向为北偏西50，倾向向南西倾斜，倾角为35。方位角表示法 常用倾向和倾角表示。如31035，310是倾向方位角，35是倾角，走向可根据倾向加减90后得到。,岩层产状符号表示以及产状测定 符号表示法一般用于地质平面图上,35,地质罗盘,基本岩层类型,水平岩层是指岩层层面为水平状态的岩层。水平岩层的同一层面上各点的海拔高程基本一致。若岩层发生倾斜，倾角大于5且小于85，这样的岩层
15、称为倾斜岩层。岩层层面近于直立（85）的岩层称为直立岩层。,水平岩层,倾斜岩层,第六章 施工图中的地质知识,一、节理 节理：岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造。节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。二、节理组和节理系 在同一时期，同一成因条件下形成的，彼此相互平行或近于平行的一群节理叫节理组；在同一构造应力作用下，形成有规律组合的节理组，叫节理系。,按力学性质进行分类,张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理，叫张节理。节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面；剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理，叫剪节理，剪节理
16、的裂口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面；,张节理,剪节理,粘性土的物理特征,塑性指数,IP大，则粘粒（d0.005mm颗粒）含量多，故工程上用于对土进行分类，即：当：IP 10时为粘性土。,（2）塑性指数 表示土在可塑状态下的含水量变化范围。,塑性指数,（3）液性指数 反映土不同天然含水量w状态下软硬程度指标,液性指数,塑性指数,岩石单轴抗压强度分类,岩石单轴抗压强度分类,岩体完整性RQD 分类,工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：,某钻孔的长度为250cm，其中岩芯采取总
17、长度为200cm,而大于10cm的岩芯总长度为157cm，则岩芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%,我国岩土工程规范的不统一 岩土工程方面的国家标准和行业标准（不含省市地方标准）有200多种,围岩级别的划分,隧道围岩分级采用两步分级1、根据岩石的坚硬程度和岩体的完整性两个基本因素初步分级确定。2、在基本因素的基础上考虑修正因素，按照修正后的综合特征判断。3.遇到下列情况之一，应对基本质量指标修正有地下水存在高初始应力围岩稳定性收软弱结构面影响，且由一组起控制作用,工程地质勘察,勘察基本要求 规划性勘察（选址勘察）：取得几个场址方案的主要工程地质资料。初步勘察：查明建筑
18、场地不良地质现象的原因、分布范围、危害程度及其发展趋势 详细勘察：针对具体建筑物地基或具体工程地质问题，为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计参考数据 详勘的手段主要是勘探、原位测试和室内土工试验,（地质条件复杂的）,新技术：地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、监测遥感系统（RS）、地球物理层析成像技术（CT）,钻探方法和设备,洛阳铲,麻花钻,工程地质钻,勘察主要手段:勘探、原位测试和室内土工试验为主；补充勘探：地球物理勘探、工程地质测绘、调查工作等，必要时作适当的探井等,钻孔灌注桩正循环和反循环施工区别是什么？,正循环是冲洗液由泥浆泵通过钻杆送入孔底，再从孔底从孔内上返到
19、地面；反循环的冲洗液刚好与正循环的路由相反。一般施工中反循环使用较多。,正循环旋转钻孔：泥浆由泥浆泵以高压从泥浆池输进钻杆内腔，经钻头的出浆口射出。底部的钻头在旋转时将土层搅松成为钻渣，被泥浆悬浮，随泥浆上升而溢出，经过沉浆池沉淀净化，泥浆再循环使用。井孔壁靠水头和泥浆保护。特点：排渣和钻进速度慢，需要动力越来越大，但不容易塌孔。,正循环,正循环旋转钻孔,反循环旋转钻孔,反循环旋转钻孔：泥浆由泥浆池流入钻孔内，同钻渣混合。在真空泵抽吸力作用下，混合物进入钻头的进渣口，经过钻杆内腔，泥石泵和出浆控制筏排泄到沉淀池中净化，再供使用。由于钻杆内径较井孔直径小得多，故钻杆内泥水上升比正循环快45倍，在
20、桥梁钻孔桩成孔中处于主导地位。特点：排渣和钻进速度快，但对泥浆要求较高，且容易塌孔；鉆渣不得大于管径2/3,否则容易堵管。,反循环,泥浆,1、泥浆的组成：各种类型洗井液中应用最广泛的是粘土与水混合后的悬浮液，称为泥浆。2、泥浆的作用：悬浮鉆渣 冷却钻头 润滑钻具 形成泥皮，防止塌孔3、现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）一般为钻孔容积的1.52.0倍，要有较好的防渗能力。,第七章 如何阅读勘察报告,（1）直接看结束语和建议中的持力层土质、地基承载力特 征值和地基类型以及基础砌筑标高。（2）地基承载力一般以千帕kPa为单位，1kPa=1kN/m2。回填土的承载力一般为6080kPa。（3）
21、从持力层土质提供的承载力特征值大小可以初步判断土质的好坏。一般承载力特征值不小于180kPa的为好土，低于180kPa的可认为土质不好。（4）地形、地貌，不良地质（断层、破碎带）、纵断面，横断面，埋深等,（5）报告中的预警语句如“施工时应注意，在降水时应采取有效措施，避免影响相邻建筑物。建议对本楼沉降变形进行长期观测。”“严禁扰动基地持力层土”等等，一定要重点标识出来，并将他们写入基础说明中，这样做是为了突出矛盾，告诫自己这些地方日后挖土时可能存在安全隐患，可能会出现一些非结构自身问题，另一方面也加深施工单位对这些问题的重视。如“持力层以下埋藏有砂层，且有承压水的条件下，施工时应注意不宜钎探，
22、以免造成涌砂，降低地基承载力和加大基础沉降量”这样的警告，如果设计人员不写在图纸中，施工单位不可能钎探时注意，有可能造成安全隐患。（6）扫读结语或建议中场地类别、场地类型、覆盖层厚度,（7）历年最高水位一般设计地下构件如地下混凝土外墙配筋时，要使用这个水位来计算外墙受到的水压力。（8）次要看的东西 好土下是否存在不良工程地质中的局部软弱下卧层。存在局部软弱下卧层在实际工程中比较少见。如果有，则进行局部软弱下卧层验算。（9）少看甚至不看的东西 地层岩性及土的物理力学性质可以少看甚至不看。其中比如含水量、土的密度、土的孔隙比e和空隙率n、土的饱和度S、土的干密度、饱和密度、有效密度、抗剪强度指标、缩限WL、土的塑性指数IP、土的液性指数IL等，都可以不看。,谢谢大家！,
