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英文名称:Hydrogeology & Engineering Geology
主管单位:国土资源部
主办单位:中国地质环境监测院
出版周期:双月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:
国内刊号:
邮发代号:
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1957
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
中科双效期刊
Caj-cd规范获奖期刊
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【关键词】工程地质;水文地质;勘察
勘察工程地质时,水文地质勘查作为一项极为重要工作,却极易被忽略,从事工程地质勘察人员,一味注重岩土类型、地质结构与性质问题研究,而忽略水文地质参数勘察。在工程地质中,水文地质问题通常不被重视,而只是作为形式化、象征性工作,某些区域因水文地质比较复杂,对水文地质问题研究不够充分,时常发生岩土工程危害、地下水问题。因此,通过水文地质勘察,为工程施工、工程设计提供详细水文地质信息与资料,方可缓解岩土工程受地下水的危害。笔者根据自身多年的工程地质勘察经验,分析工程地质与水文地质勘察。
1 工程地质勘察和水文地质勘查目的
工程地质是调查、研究各种地质问的难题,解决建筑工程、人类活动的各类地质问题,实施工程地质研究,有利于查明拟建工程的地质条件,客观评价、分析工程区域的地质问题,科学预测地质条件可能对建筑施工的影响。因此,强化工程地质研究,为建设单位工程选点、工程施工提供地质数据。若遭遇不良地质问题,可提供行之有效的处理计划。工程地质研究主要包含岩土力学性质、化学性质、物理性质,岩土组织结构、岩土组成成分。
首先,工程地质勘察。针对大型工程而言,给予科学、合理的地质勘察,主要为分析建筑物现场与周围的地质条件,预测地质问题的可能性,有效发挥地质条件的优势与作用,避免出现不利于地质的因素,为工程设计与规划、工程施工与管理提供准确地质资料。针对工程地质勘察而言,主要分为四个阶段:规划与可行性研究、初步与技术实施。其一,规划勘察,初步采集地质资料与数据,规划勘察任务为:对地貌与地形等资料进行采集和整编,掌握天然建筑材料情况,普查建筑材料;其二,可行性研究。选定河流规划、河段规划方案之后,再实施可行性研究,目的在于选定坝址方案、引水线路方案、枢纽布置方案等,并进行地质论证,为其提供可靠、准确的工程地质资料;其三,初步设计。确定工程坝址及场地之后,给予初步勘察设计,主要为分析建筑物区域与水库区域的地质条件,对枢纽布置与坝型选定进行地质论证;其四,技术实施设计勘察,检验阶段,对地质资料进行总结,进而提升建筑物设计的优化率。
其次,水文地质勘察。分析水文地质条件,掌握地下水形成及分布规律,对水质与水量进行评价,获取准确、科学的水文地质信息数据。在水文地质勘察过程中,通过各种勘察技术、测绘技术,结合试验与观测方法,有效解决水文地质的可能性问题,掌握水文地质条件。
2 工程地质测绘与水文地质测绘
首先,工程地质测绘。按照不同设计阶段,其比例尺也不同。同时,按照建筑物类型、地质条件、建筑物规模等因素,选择不同的比例尺。小比例尺为1:100000~1:50000测绘,中比例尺为1:25000~1:10000测绘,大比例尺为1:1000~1:5000测绘。
其次,水文地质测绘。现阶段,我国已初步形成与完善水文测绘站网,创建了专业性、整体性的测绘团队,长期从事测绘工作,积累相关的水文资料与经验,主要任务是为水量、水质监测提供科学信息服务。另外,也为预测与预报、评价与分析提供水文测绘服务,针对地质勘查而言,水文地质测绘作为基础性工作,对水文地质条件与地貌、构造进行调查。给予水文地质测绘,获取地下水文因素、气象因素,分析地貌特征、地质特征,查明地下水排泄条件、补给与径流,掌握含水层分布规律、埋藏条件。另外,按照地下水资源,初步评价其开采条件,为建设部门提供准确、完整的水文地质资料、水资源资料。
3 工程地质勘探和水文地质勘探
针对工程地质勘察,地质勘探属于其重要性、关键性工作。分析任一工程存在地质问题,地质条件复杂,研究工程区域的地下、地表,给予定量评价、定性评价,均需依靠勘探工作。
首先,物探工作。针对不同岩层,存在不同性质特点,包含放射性、磁性、刚度、密度等,采用科学探测仪器,有效测定岩层的物理性质,根据物理场特征,对异常情况进行分析,结合地质资料,分析地下地质物体的状况。对于工程勘探,通常选择用弹性波勘探法与电法勘探法。电法勘探采用仪器对岩土导电性差异进行测定,进而识别地下的地质状况,以岩石电学性质为基础,岩石电性差异、孔隙大小、富水强度等因素,均可能影响电法勘探结果。因此,需配合钻孔、试坑校验,方可获得准确、可靠的判别资料。使用电法勘探,需考虑地形条件,要求地形起伏差小,因此电法勘探法普遍应用于河谷区、平原地区。物理勘查方法主要分为三种:其一,高密度电阻率法。它是根据岩体的导电性差异来进行物探,一次性可以采集多装置数据,主要研究深度方向的电性变化和水平方向的电性变化。对有效异常的比值数据进行参数换算,有利于推测前者的灾害埋深和范围,它主要应用于深度较浅的采空区、岩石分化层等勘查;其二,视电阻率法。主要是对采空区的填充空气的电阻率与硫化物矿体的电阻率的进行鉴别,应用于圈定采空区;其三,瞬变电磁法。这种方法主要根据不接地回线或接地线源发送一次脉冲电磁场的间歇期间,利用线图或电极对地下半空间二次涡流场的变化进行观测,而且这种方法的信噪比高、分辨率强、探测的深度、速度较大、较快,容易发现采空区的异静。
其次,钻探工作。在钻探过程中,需采用探测工具与设备,利用人工与动力的结合作用,对岩石进行旋转切割,或者冲击凿碎,简历直径小与深度达的圆形钻孔。待取出岩心,可直观反映地质岩性与地质构造。从钻孔去除水样或岩样,给予实验室试验,试试钻孔之后,给予灌浆、水文地质与工程地质试验,对预应力进行长时间观测。同物探比较,钻探不受环境限制,可直接取样,直观观察岩心,具有较高的勘探精度。
4 工程地质野外试验和水文地质野外试验
对于工程地质勘察、水文地质勘察而言,野外试验作为重要勘察手段,是定量评价水文地质问题,工程设计与施工,认识水文地质条件所需参数的重要获取手段。
首先,钻孔压水试验。采用专业性的止水机械,设置间隔性钻孔段,在钻孔段,选择固定水头试试钻孔与压水,让水通过孔壁裂隙,可直接渗透至周围,直至渗透水量逐渐处于稳定状态。根据试验段长度与渗入水量,确定压水水头,分析裂隙岩石水渗透性能。
其次,抽水试验。选择一定抽水设备,在地下暗河、方塘、钻孔、上升泉、截流工程上进行抽水试验,对含水层各项参数进行测定,对地下水的水文地质、运动性质进行判断,分析地下水和地表水的水力关系。
5 结束语
综上所述,工程地质勘察作为一项复杂性、系统性的工作,其勘察结果好坏,对工程选点、设计、施工具有直接影响,而水文地质勘察作为工程地质研究的重要内容,建设单位必须重视水文地质勘察。进行水文地质勘察,主要为研究水文地质条件,为查明地下水的分布规律与形成规律,评价地下水的水质、水量,为国民经济建设提供可靠、准确的水文地质数据,在水文地质勘察时,可采用钻探方法,加强钻孔压水试验与抽水试验,为工程建设更为准确、科学、可靠的水文地质资料。
参考文献:
关键词:水文地质 工程地质 关系
一、水文地质及工程地质的内容
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。
工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。工程地质研究的主内容有:确定岩土组分、组织结构(微观结构)、物理、化学与力学性质(特别是强度及应变)及其对建筑工程稳定性的影响,进行岩土工程地质分类。本书可作为高等学校土建类专业工程地质课程教材,也可作为水利工程、采矿工程等相关专业的教材和参考书,还可供其他相关专业方向的师生及工程技术人员参考使用。
二、水文地质与工程地质区别和联系
1、水文地质与工程地质的区别
水文地质勘查主要是针对区域内的水环境进行调查,了解地下水的补给、径流、排泄特征,进行的工作主要是抽水试验、长期观测及示踪法等;工程地质勘查主要是调查工程的岩土体性质、持力层等,解决边坡的稳定性及地基承载力和地下水的内水压力等问题。
2、水文地质与工程地质联系
地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。至于容易被忽视,是在实际的地质勘察工作中,在勘探成果内因为很少直接涉及水文参数的利用,水文地质问题往往只被认为是象征性的工作,在勘察中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价。在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入,设计中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题,令勘察和设计处于难堪的境地。为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
三、岩土水理性质
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
既然岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质,首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响, 然后再对岩土的几个重要的水理性质及研究测试方法进行简单的介绍。
地下水的赋存形式:地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种,其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。
岩土的主要的水理性质及其测试办法有五种:软化性;透水性;崩解性;给水性;胀缩性。软化性是指岩土体浸水后, 力学强度降低的特性,一般用软化系数表示,它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时,在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性;透水性是指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀,其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育,其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示,岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取;崩解性是指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大,以广东地区的残积土为例,一般崩解时间5~24h,崩解量1.79~34,以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解,而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。给水性是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数,也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。胀缩性是指岩土吸水后体积增大,失水后体积减小的特性,岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚,失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一,对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有:膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性,溶水性,毛细管性,可塑性等。
四、工程勘察中水文地质的作用
鉴于以往在评价地下水对岩土工程的作用和危害过程中,所做的分析工作与基础设计和施工需要结合不够紧密,导致发生许多基础下沉和建筑物开裂的质量事故。总结以往的经验和教训,我们认为今后在工程勘察中,应注意分析水文地质的以下作用。
1、地下水对已有建筑物的影响
由于地质、气候、水文、人类的生产活动等因素的作用,地下水位经常会有很大的变化。这种变化对已有建筑物可能引起各种不良的后果,特别是当地下水位在基础底面以下变化时,后果更为严重。当地下水位在基础底面以下压缩层范围内上升时,水能浸湿和软化岩土,从而使地基的强度降低,压缩性增大,建筑物就会产生过大的沉降或不均匀沉降,导致建筑物的倾斜或开裂;当地下水位在基础底面以下压缩层范围内下降时,水的渗流方向与土的重力方向一致,地基中的有效应力增加,基础就会产生附加沉降。
2、地下水对桩基工程的影响
软弱地基地层很少由单一土质构成,变化相对较复杂,为此往往采用桩基工程(包括预制桩、灌注桩、搅拌桩等)加固地基,提高地基承载力。为了不使桩周地层松动或坍塌,提高成桩质量,选择相应的成桩方式时必须考虑地下水的赋存运动情况。另一方面由于受地下水的影响,当桩身下沉量小于土层下沉量时,桩周土对桩身产生负摩擦力,严重的会影响单桩承载力。特别地,当建筑场地承压水或潜水的流速大于3m/min时,不宜使用混凝土灌注桩或水泥搅拌桩。
3、地下水对基坑开挖支护的影响
随着城市的发展,高层、超高层建筑物越来越多,基坑也越来越深,受施工场地和施工工艺的影响,往往要求采用垂直开挖,开挖深度基本都超过当地地下水埋深。深基坑开挖经常会遇到地下水涌水、冒砂等问题。为降低地下水水头压力、疏干基坑、固结土体、稳定边坡和防止流沙等,常采用井点降水方法降低地下水水位(水头压力)。但是,由于降水能使局部地下水位突然下降,会对基坑支护结构和邻近建筑物产生影响,造成地表或邻近建筑物不均匀沉降。
五、结语
工程地质和水文地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用。地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。
参考文献:
[1]李涯欣《水文地质在建筑工程中的重要作用》,2009
关键词:地质分析工程地质勘察
中图分类号:F416.1文献标识码:A
0前言
目前工程地质勘查行业在我国还处于起步阶段,岩土工程勘察中存在一些问题亦难免,为此岩土工程的发展应注意如下方面:(1)要大力采用新技术、新设备及新方法,以保证岩土工程的质量和进度,使之能在激烈的市场竞争中取胜。(2)加强与建筑设计单位及施工单位的合作,力求做到勘察、设计及施工一体化。(3)加强技术上和体制上的立法工作,使岩土工程逐步规范化、系统化。(4)加强计算机技术在岩土工程中的应用研究,当前岩土工程正朝规范化、标准化方向发展。岩土工程问题日趋复杂,传统的岩土工程方法,已难以适应发展的需要,因此,利用计算机技术对岩土工程的各项工作进行科学、系统的管理,以提高工作的效率而且还可以节省大量人力和物力。
岩体力学实验研究: 岩体力学参数有充分的代表性,针对性和对岩体变形机理深刻的认识以及力学模型是否表征的问题的关键和要害。
1原则
1.1 岩土参数问题:主要是那些难于取到原状岩土样和难于进行室、内外试验的岩土层即粗颗粒土、残积土和风化岩等。其岩土设计参数难于确定。应采用整理后的试验值作为标准值,再根据水工建筑物地基或围岩的工程地质条件进行调整,提出地质建议值,当采用结构可靠度分项系数及极限状态设计方法时,岩土性能的标准值宜根据岩土试验性能的概率分布的某一分位值来确定。
1.2土的物理力学性质参数地基渗漏系数采用室内试验或抽水试验的大值平均值作为标准值;用于水位降落、排水计算宜用小平均值,供水工程计算可用平均值。粘性土地基,f/可采用室内饱和固结快剪90%,c可取20~30%,对于砂性土,f采用85%~90%,不计c值;土的抗剪强度宜采用试验峰值的小平均值作为标准值;软土宜用流变值。
1.3岩体的物理力学性质参数当试件呈脆性破坏时,坝基抗剪强度取值。拱坝应采用峰值强度的平均值作为标准值;重力坝应采用概率分布的0.2分位值作为标准值或采用峰值强度的小值平均值,或采用优定斜率法的下限作为标准值。抗剪强度采用比例极限强度作为标准值。当试件呈塑性破坏时,以其屈服强度作为标准值,并考虑时间效应,并按流变影响进行折减。
总体变形指标应根据岩体实际承受工程作用力方向和大小进行原位试验,并采用压力――变形曲线上建筑物最大荷载下相应的变形关系选取标准值。
1.4 结构面的抗剪强度当结构面试件的凸起部分被啃断或胶结充填物被剪断时,采用峰值强度的小平均值作为标准值。当结构面试件呈磨擦破坏时,应采用屈服强度或流变强度作为标准值。。
1.5软弱层、断层的抗剪强度,当试件呈塑性破坏时,应采用屈服强度或流变强度为标准值当试件粘粉含量大于30%或有泥化镜面或粘土矿物的蒙脱石为主时,应采用流变强度作为标准值。在固结剪切中,峰值与流变折减系数为0.8,屈服值与流变折减系数为0.93,其剪切带屈服值相当于峰值60%~70%。
1.6 斜坡稳定计算参数岩质边坡潜在的滑动面的抗剪强度可取峰值强度;古滑坡或多次滑动面的抗剪强度可取残余强度。
2方法
2.1 抗剪断强度试验资料整理分析方法
(1)检查原始试验资料,论证各试点峰值抗剪强度;(2)点绘原始资料水平位移―剪应力―垂直位移曲线;(3)确定抗剪强度特征值;对于脆性破坏型的砼/基岩抗剪,采用前端剪胀点作为砼/基岩胶结面不开裂的控制点,确定为近似比例极限。(4)依据大剪试验剪面地质素描图,分析多试点情况,确定剪切类型,点绘σ-τ关系曲线,分别整理单组及分类的抗剪强度指标。
2.2岩体变形特征试验资料分析整理方法
(1)检查原始资料,判断多级压力下变形是否稳定;(2)对最后一级压力下变形值进行修正,确定变形稳定值;(3)采用某级荷载下回弹线延长近似计算弹性模量,解决部分试点由于卸荷至零点荷载扳脱离而造成的弹性变形不确切的问题。
2.3优定斜率法
(1)优定斜率法的基本思路。
尊重岩体的结构特征,不搞机械式的分解和装配,对组成岩体抗剪强度参数的两个随机变量f、c,利用其稳定性的差异和相关性,按先易后难的原则,先优定f,再求其c,建立参数取值较科学程度,习题减少主观随意性。其内容和步骤包括以下几个方面。
①岩体力学测试研究,成果整理分析和参数选取均建立在岩体工程地质分级基础上;②加强现场试验点和剪切面具体结构条件的调查、统计和分析;③注意岩体变形、破坏机理的研究,重视测试成果与试点地质条件对应关系的分析;④通过分析后,先优定各岩级摩擦系数;⑤在此基础上分别求出多各级相应斜率的凝聚力值。
(2)斜率优定的方法。
①综合分析法:首先分析岩石在三维状态下的强度特征,探索内摩擦角的变化规律,再根据各岩级试验成果绘制τ-δ关系图,从其点群分布的总趋势和,并注意岩级试点应力――应变关系所显示的特点,以及个别离散度试点的代表性,大致确定出点群上、下包线的斜率,最后参考工程实践经验,综合分析确定各岩级的斜率;②公式计算法(岩体破坏经验准则推求法)大量资料表明:库伦强度准则中的摩擦系数应理解为:在最大正应力下的瞬时摩擦系数综合值,因此,根据坝基岩体可能达到的应力水平,确定此应力区段骨的全部瞬时摩擦系数的平均值,以此作为摩擦系数的优定值,并按经验破坏准则导出各岩级的优定内摩擦角。
2.4统计和概率方法
统计和概率方法是建立在足够有效的数据采集的基础上,根据这些数据样本求得统计学特征和经验概率分布,再由统计推断获得参数的理论概率分布函数的一种方法。
3岩土力学参数的内容
3.1 地下洞室岩体物理力学参数内容
中小型水利水电工程地质勘察经验汇编提出围岩主要物理力学参数有:密度γ、凝聚力c、内摩擦角φ、变形模量E0、泊桑比μ。
各个地勘报告提出一下洞室岩体力学参数内容是不一致的,而不同功能的隧洞设计使用指标是不一致的,大跨度地下厂房、地下洞室合作的指标也有不同。因此,地下洞室岩体力学参数必须根据水工建筑物结构、功能提出满足设计使用的指标。
3.2 大坝地基岩体物理力学参数的内容
在阅读我们的地勘报告中,大坝地基岩体物理力学参数的内容也存在一定差异,但总的内容是一致的。其主要指标、岩体抗剪强度、地基承载力、变形指标、软弱夹层抗剪指标,但这些指标有个共同特点,指标基本相同,没有根据地质环境分析评价,特别是软弱夹层指标,很多是无试验资料,都是所谓的“类比”。
4.结语
随着现代各种勘察测试技术的应用的日益推广,促进了地质学和岩土力学理论为基础的近代工程地质的发展。在地质勘察工作中要根据具体的地质环境,进行认真细致的地质分析,并与岩土力学理论和实践紧密结合加以分析,得出可靠的可供设计使用的岩土力学参数
参考文献
地质工程勘查主要是勘查工程建筑物地下地质结构情况,包括地形地貌、水文、岩土岩石的性质等,判断分析影响工程施工效果的主要因素,为工程设计和施工提供改进意见和防护依据。不同的工程项目具有不同的使用要求和建筑属性,要更加充分地体现工程设计和施工方案的合理性与科学性,就要在完成地质工程勘查的基础上,预测工程地质作用对建筑施工稳定性的影响[1]。
2地质工程勘查内容和目的
地质工程勘查是工程设计和施工环节的重要部分,主要勘查内容是工程地质现象和地质属性。包括物理属性和化学属性,工程建筑的运行特点和结构设计都有一定差异性,在整个勘查过程中,需要着重了解地质条件,分析与地质环境相互作用产生的影响。在工程设计和施工中,需要一定的地质勘查数据为建筑施工评价提供参考依据。地质工程勘查包括场地地质勘探、测绘、原位试验等,主要是为了进一步了解工程地貌、地形、地层岩性和内部构造等。工程水文、气候等资料一般有据可查,但是要研究和分析工程区域内的地质地貌条件、地壳活动特点和规律等问题,则需要利用遥感技术定位、测试,并制定详细报告;地质调查和测绘工作也是工程地质勘查的主要内容,需要在搜集整理相关资料的基础上,将已有的测试报告与工程经验相结合,作出理论分析;地质勘查报告的编写需要参照一定岩土测试资料,岩土测试包括岩体力学测试、土工试验和现场观测等。地质工程勘查工作需要按阶段实行,工程设计行业施工具有阶段性,因而整个设计和勘查工作也需要划阶段实现。大型工程项目,由于工程区域大,地质条件复杂且变化性大,需要根据工程实际施工要求和设计特点分次完成地质勘查;在工程项目施工规模相对较小、地质条件比较简单的情况下,则可以适当合并地质工程勘查阶段[2]。工程项目施工设计一般包括初步设计和施工设计,要提高设计方案的可行性,需要勘查了解工程地质条件。在工程项目的建设施工中主要容易受到地质作用影响,地下岩层构造、岩石属性和地壳活动规律等都会直接影响最终的施工效果。地质工程勘查一般会根据建筑规模大小,采取岩土样体进行试验分析,主要是为了获取岩性参数,为地质工程设计和施工作出评价。工程设计和施工具有阶段性,主要是为了根据项目的实际变化情况,在精确了解其变化特点和变化规律的基础上,及时对方案进行调整和修改。相应地,地质工程勘查工作也需要根据设计方案的变更实行阶段性勘查,确保施工进度和施工质量,保证工程使用的安全性、合理性[3]。
3地质工程勘查在工程设计和施工中的主要作用
3.1选址勘查
工程初步设计阶段一般需要进行工程选址勘查。选址勘查一般是选定几个参考区域作工程施工模拟场地,分析和判断最适宜工程施工活动的条件。对于一个具体区域的地质勘查,需要搜集整理与地块相关地质资料,包括地形、地貌、地质、水文、气候等,还需要了解地下岩层属性,判断地壳活动是否频繁,防止工程建设选址落在地震带、断层上。工程选址勘查可以根据附近矿区的分布情况和已建工程使用情况了解工程建造条件。选址勘查过程中,可以利用物探法对岩层岩石弹性、密度、磁性等进行测定,判断地下岩土属性。物探法具有高效便捷的特点,探测精度高,能够有效降低地质工程选址盲目性。工程选址勘查属于初步勘查,需要在详尽了解地块地壳稳定和内部施工条件的基础上,有效避开条件恶劣地块,排除工程施工潜在危险。选址勘查是地质工程勘查的前提条件,是影响工程设计和施工的最直接因素,因而要综合考量选址区域条件,比较差异,实现方案最优。
3.2初步勘查
初步勘查属于地质工程勘查的第二阶段,是在已经完成选址决定的基础上实现的。初步勘查的主要目的是为了进一步了解工程施工选定区块的地面、地基情况。工程项目的规模特点、使用类型和建筑物的设计高度等都需要在综合评判的基础上,确定地基深度。初步勘查主要是通过地下水埋藏、冻结情况和一些地质现象的分布分析,研究项目建成使用对地块发展影响。对于一些民用大型工程,还需要保证建筑物至少要有一定的抗震等级,一般防震抗裂度会要求保持在7度及以上。初步勘查中采用坑探和钻探法较多,一般是通过地层深度挖掘,查明区块内部构造,了解岩层完整性,分析岩层是否因地质作用而遭到破坏。这种勘查方法能够更加直观地判断工程建筑物的实际荷载量。地质工程勘查中的初步勘查是地质工程勘查的必要条件,是在工程设计雏形形成的基础上,对工程项目影响因素和施工条件的又一次勘查,主要是为了减少施工风险,保证施工效率[4]。
3.3详细勘查
地质工程勘查中的详细勘查作用明显,是对选址勘察和初步勘查结果的总结和深化。在工程施工设计中,需要对地质工程实行详细勘查才能为施工图制作提供具有参考价值的资料。在前两个阶段的地质勘查中,已经对工程地质条件有了基本了解,详细勘查就是在此基础上,对地基、岩土等作出相关评价,提出工程施工技术参数。详细勘查阶段需要根据建筑物性质和规模,确定地基基础形式、预埋深度和地面标高等,建筑物的结构组成、地基特点和荷载量都要在总平面设计图中体现。详细勘查方法有室内土工试验、地质勘探、原位测试等,勘探工作量较大,还可以利用地质测绘、地质调查和物探手段予以辅助。建设工程施工项目的场地性质不同,因而建筑的安全等级和风险防范系数需要作出必要调整,这些都需要在详细勘查后计算建筑物沉降和整体倾斜度,同使还要查明地下水储量及埋藏深度,判断对建筑物的腐蚀程度。详细勘查是地质工程勘查设计和施工成熟阶段的必要勘查,对工程建造使用价值具有重要影响。
4结语
社会经济和科学技术的发展,促进了工程施工技术的进步,建筑工程设计和施工质量直接影响工程使用价值和社会评价,这就要求在工程建造初期做好地质勘查工作。地质工程勘查在建筑工程设计和施工中具有重要作用,选址勘查直接决定工程选址价值,奠定工程项目建成后的使用价值和使用效益;初步勘查是地质工程勘查的基础环节,主要是为了进一步确定工程选址的合理性和科学性,在了解工程地质内部环境和条件的基础上,为后阶段的施工设计提供参考依据,是降低工程设计和施工风险的重要举措;详细勘查是地质工程勘查中内容比较复杂的一项,详细勘查过程中能够对工程地质基本属性和建造条件作出综合考量,确定建筑项目最终的施工形式[5]。地质工程勘查是工程项目在建造过程中不可或缺的环节,工程设计和施工中需要详尽了解工程区块的内部地质环境,对潜在地质风险予以排查,提高施工有效率,确保工程质量。
作者:高光辉 高敬礼 单位:河南省有色金属地质矿产局第三地质大队
【参考文献】
【1】冯中萍,牟萍.地质工程勘察在工程设计和施工中的作用[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(11):64-65.
【2】杨洁.浅谈地质工程勘察在工程设计和施工中的必要性[J].四川水泥,2015(11):100.
【3】杨虎,邱洪亮,杜祥波.地质工程勘察在工程设计和施工中的作用[J].江西建材,2015(6):202.
关键词:工程地质测绘技术
地质测绘长期依靠经纬仪、平板仪、水准仪“老三仪”进行工作,新技术的应用较局限。在未来的发展中,随着现代测绘技术的逐步扩大应用,向“老三仪”告别的时代已经到来。现代测绘技术的核心是卫星导航定位技术、遥感技术和地理信息系统技术。其中,卫星导航定位技术和遥感技术是航天技术、卫星技术、传感器技术、现代通信技术、计算机技术等高新技术综合集成的结果,地理信息系统技术是计算机技术、数据库技术、空间分析与模拟(虚拟现实)技术综合集成的结果。因此,现代测绘技术是空间技术和信息技术等现代高新技术
的综合集成,也是国家高新技术的重要组织部分。
1工程地质测绘
工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作,在诸项勘察方法中最先进行。按一般勘察程序,主要是在可行性研究和初步勘察阶段安排此项工作。但在详细勘察阶段为了对某些专门的地质问题作补充调查,也进行工程地质测绘。工程地质测绘是运用地质、工程地质理论,对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述,初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条件诸要素采用不同的颜色、符号,按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上,并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料,编制成工程地质图。这一重要的勘察成果可对场地或各建筑地段的稳定性和适宜性作出评价。
工程地质测绘所需仪器设备简单,耗费资金较少,工作周期又短,所以测绘工作在结合岩土工程时应力图通过它获取尽可能多的地质信息,对建筑场地或各建筑地段的地面地质情况有深入的了解,并对地下地质情况有较准确的判断,为布置勘探、测试等其他勘察工作提供依据。高质量的工程地质测绘还可以节省其他勘察方法的工作量,提高勘察工作的效率。
根据研究内容的不同,工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘两种。综合性工程地质测绘是对场地或建筑地段工程地质条件要素的空间分布以及各要素之间的内在联系进行全面综合的研究,为编制综合工程地质图提供资料。在测绘地区如果从未进行过相同的或更大比例尺的地质或水文地质测绘,那就必须进行综合性工程地质测绘。专门性工程地质测绘是对工程地质条件的某一要素进行专门研究,如第四纪地质、地貌、斜坡变形破坏等;研究它们的分布、成因、发展演化规律等。所以专门性测绘是为编制专用工程地质图或工程地质分析图提供资料的。无论何种工程地质测绘,都是为工程的设计、施工服务的,都有其特定的研究目的。
2现代测绘技术
2.1全球定位系统(GPS)的发展
GPS即全球卫星定位系统(Global Posi―tioning System)。它最初是由美国国防部开发的,
利用离地面约两万多公里高的轨道上运行的24颗人造卫星所发射出来的讯号,以三角测量
原理计算出收讯者在地球上的位置。GPS采用的是全球性地心坐标系统,坐标原点为地球质量中心。
2-2遥感技术的发展
遥感技术在近一、二十年内飞速发展,这种发展主要表现在新型传感器的研制和应用的
日新月异,其发展的特点如下:
a.不断研制新型传感器,既有框幅式可见光黑白摄影、多光谱摄影、彩色摄影、彩红外摄影、紫外摄影,又有全景摄影机、红外扫描仪,红外辐射计、多光谱扫描仪、成象光谱仪,CCD线阵列扫描和矩阵摄影机、微波辐射计、散射计,合成孔径雷达及各种雷达和激光测高仪等。
b.形成多级空间分辨率影象序列的金字塔,以提供从粗到精的观测数据源。传感器的研制在向更高的空间分辨率方向发展的同时,也向全方位的立体观测能力方向发展。
c.可反复获取同一地区影象数据的多时相性。一般是空间分辨率低的而时问分辨率高。遥感多时相性,提供了人们长期、系统和动态研究地球表面的变化及其规律的可能性。
2.3地理信息系统的发展
从系统角度看,在未来的几十年内,地理信息系统(GIS)将向着数据标准化、数据多维
化、系统集成化、系统智能化、平台网络化和应用社会化(数字地球DE)的方向发展。Intemperable GIS互操作地理信息系统(Interoperable GIS)是GIS系统集成平台,它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作,以完成某一特定任务。GIS三维(四维)地理信息系统(3D&4DGIS)目前研究重点集中在三维数据结构的设计,优化与实现,以及体视化技术的运用,三维系统的功能和模块设计等方面。GIS面向对象和构件技术的地理信息系统(Com GIS)是把GIS的功能模块划分为多个控件,每个控件完成不同的功能,通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终GIS应用。GIS基于www的地理信息系统(web GIS)是利用Intemet技术在Web上空间信息供用户浏览和使用。
Digital Earth它是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识,其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源,从而完成数字地球的核心功能,光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量空章数据的传输任务。
3地质测绘技术发展
3.1大地控制测量
控制测量是地质测绘的基础,地质矿区布设平面控制的方法,一是在国家一、二等三角控制下进行三、四等三角点的加密,另一是在国家一、二等三角点下不能加密情况下布设独立的三、四等三角或五秒小三角锁网作为矿区基本“平面控制. 独立的三角锁网必须测定锁网的起算边长。对于内部范围不大的测区来说,采用光电测距仪、全站仪进行三角锁、导线的测量,生产效率比丈量基线也提高几十倍。所以对于小范围测区来讲,光电测距(半站仪、全站仪)除测定起算边外,还应用于测边网、测距导线代替常规的测角网。大地控制测量成果的平差计算,以往用对数表人工计算,进度慢、差错多,现在也普遍引入计算机软件进行处理,象GPS后处理软件、控制精灵等等,又提高效率也减少误差出现的几率,所以在短时间内就得到了很大的普及。
3.2地形测量技术
地形测量的加密图根控制,传统的方法是在矿区基本控制点下布设测角图根线形锁及测
角交会点,现在则采用导线测量、GPSRTK模式,极大地减少工作量,也提高了精度。地形测量是地质测绘工作重要的任务,长期以来的测图方法,以大平扳仪测图,至今在大比例尺地形测图中仍然是普遍采用的主要手段之一。但是占主导地位的已经是全野外数字化测量了,采用全站仪、RTK一天的工作量已是大平板仪所不能比拟,完全不可同日而语了。
4 结束语
现代科学技术发展的综合化整体方向极大地影响着现代测绘科学的发展趋势,这种趋势表现在现代测绘新理论的概括性增强,测绘新技术的技术综合程度提高,各专业学科之间
【关键词】地质钻探;钻进技术;钻孔
Engineering geology drilling technology
Zou Yan-hui
(Jiangxi Geology and Mineral Exploration and Development Bureau 901 Geological Brigade Pingxiang Jiangxi 337000)
【Abstract】Engineering geology drilling diameter should be based on engineering requirements, geological conditions combined drilling method, drilling equipment shall be determined comprehensively. Drilling carried out in order to divide the formation, the hole diameter is generally not less than 33mm; drilling to take undisturbed soil samples carried out, the pore size of not less than 108mm; to take samples of drill core, for soft rock with a diameter not less than 108mm, to hard rock with a diameter not less than 89mm. There are many common drilling methods, depending on the broken rock and soil can be divided into: the impact of drilling, rotary drilling, rotary drilling shock, vibration drilling. Common geological drilling equipment including power machine, drilling rig, mud pump, drill and drill and so on. In this paper, based on their experience relevant points for geological drilling technology will be described in detail.
【Key words】Geological Drilling;Drilling technology;Drilling
1. 地质钻探技术设备现状
钻探技术设备是钻孔工程中的关键组成部分,它随着钻探工艺和钻探方法的发展而变化,同时它也直接影响着钻探技术水平的进步。地质钻探设备是指直接用于钻探施工中的机械设备,主要包括动力机、钻机、泥浆泵等,其中最重要的部分,也是核心部分为钻机。这里主要对钻机现状进行阐述。
1.1 全液压动力头岩芯钻机。
全液压动力头岩芯钻机现已成为国外钻探工程中的主流钻机机型,而且已经形成完整的规模,其具有如下结构特点:液压动力头式回转机构、无级调速模式、长行程的给进系统、机械化自动化程度高、液压绞车式提升系统、配套器具齐全、在钻孔中能做较大范围角度调整的桅杆机构等特点。
1.2 新型中深孔钻机。
新型中深孔钻机多为多功能钻机。随着复合钻探技术的进步,即金刚石岩芯钻探、空气反循环连续取样钻探、空气潜行锤取样钻探等钻进工艺的广泛使用,适用该复合钻进的多功能钻机得到了飞速发展。
1.3 自动化、智能化钻机。
自动化、智能化钻机在欧美地区已经成熟使用。一些新型的钻机系列早已实现全自动化,如典型适合金刚石钻进的高转速低扭矩钻机适用于地表或巷道内工作。更有一系列的钻机真正实现了机台单人操作。
1.4 国内钻探设备。
目前,国内地质钻探设备的主力机型仍为立轴式岩芯钻机,同时,全液压动力头岩芯钻机正在快速地增长中。而对于深部矿山区的钻探工程,国产的坑道钻机得到广泛使用,其也得到了大规模地发展。在煤气层钻探中所采用的煤层气钻机大多采用水源钻机、物探钻机或进口钻机,这也使得国内的煤层气钻机能有个广阔的市场。
2. 地质钻探技术
2.1 地下钻探技术是向地质体钻孔并破碎孔底岩石的方法及钻进工艺的综合。根据不同的钻进目的,我们可以采取不同的钻进方式和钻探设备,从而形成各种不同钻探方法。在钻进的过程中,原始机械的方法进行岩石的破碎现在仍然被采用。
2.2 根据不同的外力的作用方式,可将现钻探方法分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探和振动式钻探,个别特殊地层条件下喷射式钻探也常常被采用。如果根据钻探切削工具的不同又可将钻探方法分为钢粒钻探、硬质合金钻探和金刚石钻探。根据钻探的目的和作用不同可分为水文地质钻探、固体矿产钻探、工程地质钻探、地热钻探、砂矿床钻探、石油天然气钻探、科学(超深孔)钻探和地表取样钻探等。如按所用冲洗液和循环方式又可分为泥浆钻探、清水钻探、空气钻探、正循环钻探以及反循环钻探等。按钻探区域的不同又可分为极地钻探、陆地钻探、水域钻探以及月面钻探等。除此之外,还有一些高效的钻探方法如热力法、熔融法和化学方法等,但这些方法因为成本高、技术难度大而未得到广泛适用。其中热力法包括高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻等,熔融法包含等离子钻、电热钻、激光钻等,而化学方法常用的是利用化学试剂将岩石进行破碎。
2.2.1 冲击式钻探。
(1)冲击式钻进是始创于中国的一种古老的钻井方法,早在11世纪传入西方,目前在中国和国外都还在广泛适用。其钻进原理在于使用钢丝绳或钻杆相连用一字型或十字形钻头,上下运动冲击岩石,同时捞出岩屑和岩粉,形成钻孔。
(2)影响冲击钻进的速度主要是冲击频率、冲击功、冲击方式及传递三要数。冲击频率对钻进速度的影响根据冲击的频率不同,可将其分为4类:低频、中频、高频和超高频。冲击频率与钻进效率是成正比的,但当冲击频率达到某一定值后,这个比例关系就不再存在,相反而有所下降。这是因为单位时间内的重复次数多,孔内的岩屑来不及排出,沉积在钻头部位起到一个缓冲的作用。另外,冲击频率大,必然冲击时间过短,导致冲击功对于岩石的作用时间不够长,破岩不够完全而达不到高效率的体积破碎。冲击功大小对钻进速度有着最直接的影响。研究表明:在钻头直径固定时,不同的冲击功破碎的单位体积岩石所需的冲击功是不同的,而且数值相差很大,这就说明了冲击功在冲击式钻进中的地位。
(3)冲击方式及传递对钻进速度的影响按振动源不同可分为机械式、气(液)动式和电磁式3种类型。其中重点介绍机械式冲击钻,机械式也称为机械惯性式。这种利用凸轮的旋转产生冲击力的冲击方式的最大特点就是结构简单、制造容易、振动力大,但同时其结构特点也限制了在水平孔钻进中的应用。
2.2.2 回转式钻探。
(1)回转式钻进是当前用的最普通的钻进方法,这是利用钻具的回转运动破碎岩层而成孔的一种钻进方法。钻机分为大、小锅锥钻机,正、反循环转盘式钻机,液压动力头式钻机,潜孔振动回转式钻机等。相对简单的回转钻机只有简单的钻进装置,完善结构的回转式钻机除了具备钻进装置外还具有循环洗井装置。回转钻机中的另一种转盘式水井钻机的钻具包括钻杆和钻头。回转速度视钻机而异,如石油钻机在一般情况下最高为160r/min,金刚石钻机最高可达到2400r/min。常用的钻杆的名义直径有60、73、89和114mm等4种,钻头分全面钻进用钻头和环状钻进用钻头2大类。
(2)大、小锅锥利用其锅锥形钻具旋转切削土层,两者都可由人力或动力驱动。旋转过程中切下的土屑或岩屑掉落到锅内,随后提升到地面倒出。其结构简单工效低,只能用于一般的土层或软质岩层地层条件。正、反循环泥浆洗井转盘式钻机由塔架、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水龙头和电动机等组成。作业时,动力机提供的扭矩通过传动装置驱动转盘,由主动钻杆带动钻头旋转破碎岩层。泥浆通过泥浆泵注入钻杆与孔壁之间的环形区域起到钻杆和冷却钻头的作用。
2.2.3 冲击回转式钻探。
(1)冲击回转式钻进是指用冲击和回转2种方式同时破碎岩石的钻探方式。作业时,以钻杆带动钻头低转速回转,在轴向钻头的压力下,再利用通过钻杆中心的液体或气体产生的冲击力,以冲击和回转2种方式破碎岩石,充分发挥冲击和回转切削2种作用来形成钻孔或采取岩芯。这种方法起源于19世纪的欧洲,1958年才被中国地质部所重视而开始研究,20世纪70年展较快。冲击回转式钻进的优点在于其能大大提高硬质层转速和回转进尺长度,降低钻孔弯曲程度,明显降低工程成本。冲击回转钻探通常采用以下2种冲击器实现,一种是利用钻孔中冲洗液能量驱动的冲击器来实现,称液动冲击回转钻探;另一种则利用压缩空气驱动的风动冲击器实现,称气动冲击回转钻探。
(2)液动冲击回转钻探系统是有泥浆泵将冲洗液注入冲击器驱动液动锤来产生动力对岩芯管和钻头进行冲击,钻杆则有钻机提供扭矩回转并同时对钻头施压。这种钻探方法也常与绳索取芯钻具相结合,被称为绳索取芯式液动冲击回转钻探。液动冲击器是冲击回转钻探中的关键组成部分。液动冲击回转钻探适用于地质岩芯钻探、工程地质钻探等,而且适合反循环钻探和深孔钻探中。
2.2.4 振动式钻探。
(1)振动式钻进过程中利用振动器带动钻杆和碎岩工具产生周期性振动力。它除利用地表振动器和钻具对地层产生垂直静载外,还有钻具上下振动产生的高频冲击振动所产生的动载,对岩层周围或土层产生振动。在高频的振动下,岩层或土层的强度下降,岩层和土层在钻具和振动器自重和振动力的联合作用下,使钻头钻进岩土层,从而实现钻进的过程。
(2)振动钻进常采用机械式双轮双轴振动器,其采用双轴水平布置外,还可以上下平行布置。这样布置后不仅可以产生垂直振动,还可以产生横向振动。此外,还有单轴单轮振动器和单轴双轮振动器等布置方式。常用的振动器有无簧式和有簧式2类。其中有簧式振动锤由电动机、振动器、弹簧、冲头、砧子和接头组成。其特点是振动其与钻具分开,这样既可振动钻进,又可进行冲击振动钻进。
(3)另外喷射式钻探技术是利用钻孔冲洗液流经钻头喷嘴所形成的高压高能射流充分地清洗孔底的钻屑,使钻屑免于重复削切,并与机械作用联合破碎孔底岩石,达到提高机械转速的一种钻进技术。
文献标志码:A
文章编号:1009―4156(2014)08―114-02
工程地质条件和工程地质问题是土木工程专业工程地质学教学的核心内容。由于工程地质学的研究对象是变化多样的土体和岩体,其研究方法是将地质分析法、力学分析法、工程类比法与实验方法的紧密结合,即综合定量分析和定性分析相结合的方法。查明工程建设区域的工程地质条件的形成和发展,在工程建筑作用下的发展演化,分析由此可能导致的工程地质问题,并提出防治这些工程地质问题的工程治理方案和措施。由此,通过对工程地质学的学习,学生能准确地把握工程地质学的研究对象和基本任务,具备在各种工程建设的勘察、设计、施工等阶段对工程地质条件进行评价和预测可能发生的工程地质问题的能力,并能提出合理的工程防护和治理措施。另外,在工程地质教学过程中,加强和改进工程地质条件和工程地质问题的教学过程、措施和方法也具有重要的意义。
一、工程地质条件的教学探讨
准确地把握和了解土木工程建设场地的工程地质条件,是工程建设的基础。工程地质条件贯穿于整体工程地质教学的过程之中,包括建设场地及其周边区域的地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质条件、地表地质作用。
(一)地形地貌教学
地形地貌是人类对地球地表形态的直接感受和评价,也是制约工程建设的基本工程地质条件,我国幅员辽阔,地形地貌类型复杂多样。由于学生来自于全国的不同地区,对工程建设可能遇见的地形地貌条件并没有一个整体的认识。因此在教学过程中,通过地形地貌的两种分类方法,即地表形态分类法和地貌成因分类法,并结合各种地貌类型的图片、动画和影像资料直观地展示。加强课堂教学互动,让学生列举出自己曾经到达的地区,并说明该地区的地形地貌条件及类型。结合学校周边的地形地貌类型与工程建设的布局、分布和结构形式,学生直观地理解地形地貌条件对工程建设的作用和影响。
(二)地质构造教学
地质构造是地壳构造运动的产物,不同的地质构造具有各自典型的地质现象和特殊的工程地质条件。地质构造的许多概念与地质特征需要通过比较分析向学生解释概念、现象、特征。然而概念的讲述不能依靠单纯的灌输,更应该注重启发、思考和引导,让学生主动思考、积极参与和分析总结,应用和拓展学生丰富的想象力,将枯燥的基本概念、基本要素和特征构成一个有机联系的整体。比如在讲述褶皱、节理和断层等三个基本地质构造的概念时,着重采用启发、引导的教学方法,由教师提出它们之间的区别与联系。
(三)地层岩性教学
在工程地质中,地层岩性的教学内容,分布于岩石、地质年代与第四纪地质和岩层产状的章节之中。因此,如何将这些章节中关于地层岩性的内容联系起来,让学生能够完整、系统地掌握地层岩性在工程地质条件中的作用和意义至关重要。在教学过程中,采用典型的工程实例教学,列举不同的岩石类型的工程,对比分析不同岩石的结构和构造、岩石的地质年代和岩层产状和接触关系来讲述不同的地层岩性对工程建设可能造成的影响,以及不同地层岩性的有利和不利的工程地质条件。
(四)水文地质条件教学
水文地质条件包括地表水和地下水的地质条件和类型。地表水包括河流和坡面水流的地质作用,而在坡面水流的地质作用中,结合第四纪沉积物分布、形成和堆积特征,比较分析残积物、坡积物、洪积物和河流冲积物的形成条件、堆积位置、颗粒形态特征。让学生形成对坡面水流地质作用沉积物的直观印象,并结合周围环境中的沉积物分布特征以及典型的图片资料使学生能深切理解各种地表水地质作用对工程建设的影响和作用。在此部分内容的教学中,通过在课堂展示典型旅游景区的溶洞、水井的照片,提出这类地下水的来源、分布和变化特征,使学生能够从身边常见的现象来归纳和演绎地下水的基本特征、分布位置和变化规律。
(五)不良地质作用教学
不良地质作用包括风化作用、岩溶作用、斜坡与边坡地质作用、地面塌陷和地面沉降。采用实例讲述法(风化和岩溶)、比较分析法进行讲述。岩石风化程度愈深的地区,工程建筑物的地基承载力愈低,岩石的边坡愈不稳定。岩溶作用的岩体中有许多裂隙、管道和溶洞,在进行水库、大坝、隧道、基坑等工程活动时,如存在承压水并有富水优势断裂作为通道,则可能会遇到地下突水而导致基坑、隧道等工程的排水困难甚至淹没,也可能因岩溶渗漏而造成水库无法蓄水。在斜坡和边坡作用是则需要明确斜坡和边坡的概念、形成机制的差异以及工程防护措施。比较分析地面塌陷和地面沉降产生的机制、类型以及动力条件、治理措施。
二、工程地质问题的教学分析
(一)地基稳定性问题
在工业建筑和民用建筑中地基的强度和变形问题的讲述中,结合近年来在工程建设中出现的住宅楼“楼歪歪”事件以及其他典型的工程事故,分析产生这类事故的原因和工程地质条件。在不良地质作用的地基稳定问题中,结合分析由于地下水的作用导致2009年的上海楼盘倒塌事件。近年来,我国的高铁建设取得高速发展,而高铁建设中对路基稳定性提出更高的要求,通过举例分析在我国不同的地质条件下,对高铁路基稳定的分析和建设措施,增强学生对此部分内容的深刻印象,激发学生的学习积极性。
(二)斜坡稳定性问题
斜坡稳定性是山区工程建设需要面临的工程地质问题,通过我国的地形地貌分布图,展示给学生我国的山区面积占国土面积的2/3,让学生了解斜坡稳定性问题在我国工程建设中的突出地位。通过典型的汶川地震诱发的斜坡灾害,如北川王家岩滑坡、青川东河口滑坡、汶川的牛圈沟滑坡碎屑流等灾害的资料,学生能直观地感受斜坡稳定性问题对山区工业和民用建筑的重要性。通过斜坡地质灾害对公路、铁路毁坏的资料和图件,以及工程建设中的边坡防护等措施,学生可以理解和体会斜坡稳定性对山区交通基础设施建设的重要作用。
(三)洞室稳定性问题
地下工程建设是人类获取更大的生存和活动空间的重要方法,随着大量地下工程的建设和特殊工程地质条件的出现,洞室的稳定问题成为许多重大工程建设中的难点和控制性工程。以目前我国城市地铁建设和长大隧道建设中围岩塌方、地下涌水、地面塌陷等工程事故,让学生了解在工程建设规划和选址时,对不良的工程地质条件进行分析、评价的重要性。并结合典型洞室建设过程中的防护措施和方法,通过讨论和课堂交流,使学生明确这些措施和方法对洞室稳定性的作用。
(四)区域稳定性问题
区域稳定性的概念是学生在开始接触时不容易理解和掌握的工程地质问题。在课堂的教学中,结合2011年日本东海岸的大地震,导致距离地震震中一百多千米远的福岛核电站发生事故,导致核泄漏;地震、震陷、液化和活断层对大型水电工程、地下工程以及建筑密集的城市地区可能导致的灾害,使学生了解和认识区域稳定性对工程建设的主要作用和采取的工程措施。
关键词:地质勘察;岩土勘察;措施
当前,我国工程建设前期的地质勘察和岩土勘察问题越来越突出,相关建设单位对地质勘察和岩土勘察工作的重视度不够,甚至个别单位还存在着没有进行地质勘察就盲目建设施工的问题,导致后期工程建设存在严重的质量安全隐患。这样看来,在工程施工前期,只有切实做好施工现场的地质勘察和岩土勘察工作,对岩土、地质以及水文条件等问题进行深入研究,充分发挥出地质勘察和岩土勘察工程作具有的积极作用,才能更好的为后续工程施工设计图纸的绘画提供参考依据,才能有效防止工程施工对地质环境的破坏。
1. 地质勘察与岩土勘察工程概述
地质勘察与岩土勘察工程所涉及的基本理论主要包括土力学的理论、工程地质理论、工程力学理论等,这些工程理论大都是半科学半经验的理论。对于地质勘察与岩土勘察工程而言,就是要求技术人员在坚实的理论知识的指导下,通过自身大量的实践经验的融合应用,并充分结合工程项目的具体实际情况,从而通过建立合理适宜的模型,再加上自身的优异天赋和判断能力,以此来将地质勘察与岩土勘察工程中的问题予以最终解决。对于从事地质勘察与岩土勘察工程的技术人员而言,不但需要坚实的理论知识,而且需要累积大量的实践经验,同时还需要优异的专业天赋和判断能力。在学习和运用理论的过程中,一定要注意隐藏在公式和规律背后的背景知识和真正实际内涵及其假定边界条件。而积累经验的过程可分为分析与预测现场观测对分析、预测和现场观测结果进行比较、分析、评估和总结3个过程,可见积累经验的过程也离不开理论的支持。
2 地质勘察和岩土勘察容易遇到的问题
2.1 勘察依据不充分
一般来说,相关技术人员在正式开展岩土勘察工作之前,都要搜集大量附有坐标和地形介绍的建筑平面图,详细了解预建筑物的功能特点、建设性质、荷载能力以及埋置深度等等,这是岩土勘察之前必须要做的准备,是保证岩土勘察工作顺利进行的关键。然而在实际勘察中,少数勘察人员或相关单位由于缺乏对岩土勘察的重视,具体实施时并没有按照预建工程的性质特点以及地形条件来进行岩土勘察,也没有参照工程的荷载能力和设计要求来编写合理的勘察报告,而是胡乱编制,导致勘察报告的深度和广度均达不到要求,只好补勘。
2.2 勘察质量不过关
建筑工程设计人员在设计和绘制施工图纸时,是需要结合建设场地实际情况,并借助工程地质勘察和岩土勘察资料来进行设计的,这就需要相关勘察人员在工程建设前期严格按照要求,全面的、高质的做好工程地质勘察资料的编制。编制勘察资料时,勘察人员务必要将所有的岩土勘察资料进行总结与分析,以保证勘察质量的可靠性。这一点是岩土勘察工程中一个不可或缺的环节,但在实际勘察时很多单位,或者说很多勘察人员都没有做到。
2.3 不能实事求是的反映实际情况
勘察报告是要根据所需建设工程的具体场地进行详细勘察后得出的结论,但是近年来,很多勘察报告没有实际上的内容,只是越来越多的没有用的空话,没有根据具体的工程条件,没有很详细很具体的研究分析,没有很必要的理论基础知识和逻辑思维能力,没有设计施工时真正需要的内容。
3 岩土工程勘察的措施
3.1 拟建建筑基础形式、结构形式
如一般轻型荷载建筑物,采用天然地基,岩土勘探孔深度15m基本可满足要求,而地基基础设计等级为乙级的框架结构建筑物,采用桩基,岩土勘探孔深度15m 一般就不够。
3.2 场地工程地质性质。
如场地工程地质性质好、埋深浅、厚度大的地区岩土勘探孔深度可适当减小;而场地工程地质性质差的地区勘探孔深度可适当加深,岩土勘探间距可适当加密,合理编录与整理资料,岩土勘察资料的整理应有现场技术人员的参加。现在很多勘察单位由于分工较细,现场技术人员回来后将原始编录资料交给报告编写人员就不管了,这样就容易造成野外与室内之间脱节。对原始编录资料及原位测试、室内土工试验等逐一比对,出现异常和矛盾时应认真分析查明原因,确保资料准确无误。由于拟建场地的岩土特征、岩土勘察要求等千差万别,因此勘察报告不能生搬硬套、一成不变按部就班,报告应结合实际地质条件及建筑物工程特点,注意重点突出,具有很强的针对性,加强岩土勘察设计单位的质量认证,健全质量管理ISO9001:2000质量管理体系确立了以过程模式作为标准的结构。岩土勘察设计企业应通过有效应量管理体系的要求,运用过程方法,采用PDCA 循环进行岩土工程勘察的实施和管理,持续改进。
3.3 选择勘察方法
根据所勘察的地基的地基土的性质, 选择适宜的测试手段和方法,这样可以提高勘查结果的准确性。例如说静探应用在有淤泥、淤泥质软土、填土、地下水位埋藏浅的地方,因为静力触探应用在这种环境里,可以很准确的反应出地基强度性质;在山洪冲击的地方,就要使用贯入试验的方法,因为这些地方的地层土颗粒比较粗,地下水位埋藏的比较深,如果采用静探,那么强度变形指标就会不准确,会偏高一些,所以在砂土、粉土、黏性土上勘察要使用贯入试验。
3.4 地质勘察的影响因素
水文地质勘察的决定因素:岩石的裂隙性和土的孔隙性是岩石和土区别于混凝土钢材等人工材料的主要特点,也是决定水文地质条件的主要因素,所以分析岩石的裂隙性和土的孔隙是做好水文地质勘察的主要工作内容之一。岩石的裂隙性裂隙的成因多种多样,岩石和裂隙合在一起统称为“岩体”,并将其中的裂隙概化为“结构面”。显然,结构面是岩体中最薄弱的环节。搞清结构面的产状、参数和分布,是水文地质勘察设计的重点,也是难点。
4 总结
岩土工程勘察技术在不断的进步,我们要加强理论学习,并重视规范、规程的学习,掌握最新的技术。勘察工作者应具有良好的职业道德、高度责任心和使命感,只有全面掌握岩土工程方面的规范、规程,才能在实际工作中认真细致地开展工作,在实践中注意积累经验,不断总结提高,精心勘察、精心分析,提出资料完整、真实准确、评价正确的勘察报告。应抓住当今建设领域快速发展的大好时机,认真研究新情况,不断解决新问题,加强创新,探索勘察新技术,为我国经济建设做出新的贡献。■
参考文献
[1] 郝丽红. 岩土工程勘察中的水文地质评价[J]. 中国科技信息. 2009(15)
[2] 黄亮,曾航. 关于地质勘探与岩土勘察工程的探讨[J]. 黑龙江科技信息. 2011(17)