工程地质课件材料（陈艺南）工程地质测绘

第一节工程地质测绘的意义和特点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。一、概述工程地质测绘是工程地质勘察过程中的基础工作，是勘察中最先进行的项目。工程地质测绘的目的是为编制工程地质图系统地获取原始资料。工程地质测绘的任务是运用工程地质理论，通过系统地野外工作，观察、描述各种地质要素的表现，从而查明工程地区的工程地质条件，并将所获取的资料反映在地形底图上，并编制工程地质图件，为编写报告书提供准确依据。工程地质测绘是由掌握一定理论的人员来进行的，野外的第一手资料和对现象的认识，比用其他间接方法所得结论要直接和切合实际。它是一种可在短期内用少量投资的情况下，取得对工作区地表工程地质条件的认识的重要手段。 　二、工程地质测绘的作用　工程地质测绘最发挥作用的地区是那些基岩裸露或出露条件较好的地区。ü  工程地质测绘的作用随下列因素而变化1、 勘察阶段       在规划、可行性研究等初期阶段，通过工程地质测绘对工程地质条件作全面了解，其重要性是明显的，在后期阶段则其作用退居次要地位。2、地区的研究程度       研究程度较低的地区，综合性工程地质测绘占重要地位，研究程度较高的地区，只需做专门性工程地质测绘。3、设计建筑物的类型       不同建筑物，测绘作用不同。水利枢纽——工程地质测绘+勘探+试验+……水库区 ——工程地质测绘为主要手段线形工程——工程地质测绘为主4、地质条件的复杂程度     基岩、构造复杂地区，工程地质测绘作用显著。 三、工程地质测绘与普通地质测绘的区别 1、工程地质测绘密切结合工程建筑物的要求，结合工程地质问题进行。 2、对与工程有关的地质现象，如软弱层、风化带、断裂带的划分，节理裂隙、滑坡、崩塌等，要求精度高，涉及范围较广，研究程度深。3、常使用较大比例尺（1:10000～1:2000～1:500），对重要地质界限或现象采用仪器法定位。当然在区域性研究中也使用中、小比例尺。4、突出岩土类型、成因、岩土地质结构等工程地质因素的研究，对基础地质方面，尽量利用已有资料，但对重大问题应进一步深化研究。第二节工程地质测绘的范围、比例尺和精度一、工程地质测绘范围的确定•  区域测绘按图幅范围进行，专门工程地质测绘按有关工程地质问题的研究需要圈定范围。•  工程地质测绘范围的确定原则：1、拟建建筑物的类型、规模、设计阶段。2、区域地质条件的复杂程度和研究程度。  工程地质测绘不像一般的区域地质或区域水文地质测绘那样，严格按比例尺大小由地理坐标确定测绘范围，而是根据拟建建筑物的需要在与该项工程活动有关的范围内进行。原则上，测绘范围应包括场地及其邻近的地段。适宜的测绘范围，既能较好地查明场地的工程地质条件，又不致于浪费勘察工作量。根据实践经验，由以下三方面确定测绘范围，即拟建建筑物的类型和规模、设计阶段以及工程地质条件的复杂程度和研究程度。          建筑物的类型、规模不同，与自然地质环境相互作用的广度和强度也就不同，确定测绘范围时首先应考虑到这一点。例如，大型水利枢纽工程的兴建，由于水文和水文地质条件急剧改变，往往引起大范围自然地理和地质条件的变化；这一变化甚至会导致生态环境的破坏和影响水利工程本身的效益及稳定性。此类建筑物的测绘范围必然很大，应包括水库上、下游的一定范围，甚至上游的分水岭地段和下游的河口地段都需要进行调查。房屋建筑和构筑物一般仅在小范围内与自然地质环境发生作用，通常不需要进行大面积工程地质测绘。在工程处于初期设计阶段时，为了选择建筑场地一般都有若干个比较方案，它们相互之间有一定的距离。为了进行技术经济论证和方案比较，应把这些方案场地包括在同一测绘范围内，测绘范围显然是比较大的。但当建筑场地选定之后，尤其是在设计的后期阶段，各建筑物的具体位置和尺寸均已确定，就只需在建筑地段的较小范围内进行大比例尺的工程地质测绘。可见，工程地质测绘范围是随着建筑物设计阶段(即岩土工程勘察阶段)的提高而缩小的。   一般的情况是：工程地质条件愈复杂，研究程度愈差，工程地质测绘范围就愈大。工程地质条件复杂程度包含两种情况：(1)一种情况是在场地内工程地质条件非常复杂。例如，构造变动强烈，有活动断裂分布；不良地质现象强烈发育；地质环境遭到严重破坏；地形地貌条件十分复杂。(2)另一种情况是场地内工程地质条件比较简单，但场地附近有危及建筑物安全的不 良地质现象存在。如山区的城镇和厂矿企业往往兴建于地形比较平坦开阔的洪积扇上，对场地本身来说工程地质条件并不复杂，但一旦泥石流暴发则有可能摧毁建筑物。此时工程地质测绘范围应将泥石流形成区包括在内。又如位于河流、湖泊、水库岸边的房屋建筑，场地附近若有大型滑坡存在，当其突然失稳滑落所激起的涌浪可能会导致灭顶之灾。 二、工程地质测绘比例尺的选择工程地质测绘的比例尺大小主要取决于设计要求。建筑物设计的初期阶段属选址性质的，一般往往有若干个比较场地，测绘范围较大，而对工程地质条件研究的详细程度并不高，所以采用的比例尺较小。但是，随着设计工作的进展，建筑场地的选定，建筑物位置和尺寸愈来愈具体明确，范围愈益缩小，而对工程地质条件研究的详细程度愈益提高，所以采用的测绘比例尺就需逐渐加大。当进入到设计后期阶段时，为了解决与施工、运用有关的专门地质问题，所选用的测绘比例尺可以很大。在同一设计阶段内，比例尺的选择则取决于场地工程地质条件的复杂程度以及建筑物的类型、规模及其重要性。工程地质条件复杂、建筑物规模巨大而又重要者，就需采用较大的测绘比例尺。总之，各设计阶段所采用的测绘比例尺都限定于一定的范围之内。1、比例尺选定原则：（1）应和使用部门的要求提供图件的比例尺一致或相当。（2）与勘测设计阶段有关。 （3）在同一设计阶段内，比例尺的选择取决于工程地质条件的复杂程度、建筑物类型、规模及重要性。在满足工程建设要求的前提下，尽量节省测绘工作量。2、根据国际惯例和我国各勘察部门的经验，工程地质测绘比例尺一般规定为：(1)可行性研究勘察阶段1∶50000～1∶5000,属小、中比例尺测绘；(2)初步勘察阶段1∶10000～1∶2000,属中、大比例尺测绘；(3)详细勘察阶段1∶2000～1∶200或更大，属大比例尺测绘。　三、工程地质测绘的精度要求工程地质测绘的精度包含两层意思，即对野外各种地质现象观察描述的详细程度，以及各种地质现象在工程地质图上表示的详细程度和准确程度。为了确保工程地质测绘的质量，这个精度要求必须与测绘比例尺相适应。“精度”指野外地质现象能够在图上表示出来的详细程度和准确度。1、详细程度•指对地质现象反映的详细程度，比例尺愈大，反映的地质现象的尺寸界限愈小。•一般规定，按同比例尺的原则，图上投影宽度³2mm的地层或地质单元体，均应按比例尺反映出来。投影宽度<2mm的重要地质单元，应使用超比例符号表示。如软弱层、标志层、断层、泉等。 •观测点的要求，与测绘比例尺相同的地形底图上每1cm²方格内，平均有一个观测点。复杂地段多布，简单地段少布，计算总点数/Km²。•例如：测绘比例尺1:1万，地形图1:1万：此时1cm相当于=100m，1cm²相当于=10000m²,控制标准为100点/Km² •不同比例尺反映的地质单元体尺寸：比例尺1:10万1:5万1:1万1:10001:500尺寸200m100m20m2m1m2、准确度•指图上各种界限的准确程度，即与实际位置的允许误差。•界限误差≦0.5mm比例尺1:10万1:5万1:1万1:1000误差50m25m5m0.5m •一般对地质界限要求严格，大比例尺测绘采用仪器定点。   要求将地质观测点布置在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、不同地貌单元及微地貌单元的分界线、地下水露头以及各种不良地质现象分布的地段。观测点的密度应根据测绘区的地质和地貌条件、成图比例尺及工程特点等确定。为了更好地阐明测绘区工程地质条件和解决岩土工程实际问题，对工程有重要影响的地质单元体，如滑坡、软弱夹层、溶洞、泉、井等，必要时在图上可采用扩大比例尺表示。 第三节工程地质测绘的研究内容在工程地质测绘过程中，应自始至终以查明场地及其附近地段的工程地质条件和预测建筑物与地质环境间的相互作用为目的。因此，工程地质测绘研究的主要内容是工程地质条件的诸要素；此外，还应搜集调查自然地理和已建建筑物的有关资料。下面将分别论述各项研究内容的研究意义、要求和方法。一、地层岩性的研究地层岩性是工程地质条件最基本的要素和研究各种地质现象的基础，所以是工程地质测绘最主要的研究内容。工程地质测绘对地层岩性研究的内容包括：①确定地层的时代和填图单位；②各类岩土层的分布、岩性、岩相及成因类型；③岩土层的正常层序、接触关系、厚度及其变化规律；④岩土的工程性质等。岩土是各类建筑物的地基，也可作为天然建筑材料。岩石和土是最基本的工程地质要素，一切地质体的组成物质。它参与地质结构的组合，决定地形地貌和自然地质作用的发育特征，控制地下水的分布和矿产分布。    工程地质测绘中，必须以岩土分类为重点，并力求在图上反映出来，不能仅作为一般的地层划分，以提供具有工程地质意义的独特信息。1、基岩的研究（1）运用地质历史—成因观点和方法，作为基本思路，正确划分岩石建造，确定岩性特征，为工程地质意义上的岩石分类奠定基础。（2）重视岩相的研究，岩相反映岩石的生成环境和地质历史，利用岩相标志，帮助判明不同性质的岩类的空间分布，进行岩组划分，并区分其力学性质，是一种可行的手段。（3）特别注意对工程建筑物的稳定性和安全有重要意义的地层划分，它不同于普通地质测绘中分层原则（界、系、统、组），注意软弱层、软质岩类、岩溶隔水层等标志层的划分，对沉积岩来说，同一层中应按岩性分组或段。（4）野外工作中，利用便携式测试仪器取得岩石物理力学性质。2、第四纪地层（土）的研究（1）沉积年代的测定数值法：年度法（历史记录、年轮、纹泥）、放射性测量（C14、铀素系列、钾-氩法、裂变轨迹）、其他辐射性测量（铀趋势、热释光、电子旋转共振、10Be、36Cl、26Al等）。相对测年法： 氨基酸外缩旋体、黑曜岩水化、火山碎屑水化、地衣（苔藓），土壤发育、岩石矿物风化、累进地形改造、沉积速率、地貌部位和下切速率、变形率。对比法：地层学、火山灰年代学、古地磁、化石、古生物、稳定同位素、玻陨石和微观玻陨石。（2）成因类型和岩相的研究•解决地质结构、地层相变关系等问题，正确作出地层剖面。（3）划分工程地质单元体•同一单元体具有相似的计算指标。•作为取样和试验的基本单位。二、地质构造的研究1、工程地质条件中，结构构造因素是控制性因素，地质结构的研究具有重要意义。•决定区域稳定性的首要因素，特别是活动构造•控制岩体结构及裂隙空间分布的主导因素，结构面(节理、片理、劈理等）是各种性质不同的结构面产生的基础，限定其空间分布规律，破坏了岩体的均一性和完整性，也是产生软弱结构面的基本因素。•是评价工程场地岩体稳定性的重要因素（坝基抗滑稳定性、边坡稳定性等）。•控制区域地貌、水文地质条件、物理地质现象的发育和分布。工程地质测绘对地质构造研究的内容包括：①岩层的产状及各种构造型式的分布、形态和规模；②软弱结构面(带)的产状及其性质，包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度及充填胶结情况； ③岩土层各种接触面及各类构造岩的工程特性；④挽近期构造活动的形迹、特点及与地震活动的关系等2、研究内容（1）褶曲构造的研究：形态、类型、轴线位置、褶曲要素、细部变化。（2）断裂的研究:断裂性质（长度、宽度、构造岩—断层岩、糜棱岩、角砾岩、片状岩、碎块岩等）、断裂带的胶结成岩化程度、断裂交汇点、错动次数、现代活动性。（3）活动构造的研究：工程使用期间的活动、活动年龄。断层物质的测定（断层泥矿物分析、断层泥显微结构分析）、断层运动方式的测定（构造岩显微结构分析、方解石脉显微结构分析）、断层活动年龄的测定、断层现今活动性测定（As、Hg、Sb、B等元素测定）、活动速率的确定（地貌学、地质学、测量学）、断裂活动性监测。（4）节理裂隙的研究：在工程地质研究中，节理、裂隙泛指普遍、大量地发育于岩土体内各种成因的、延展性较差的结构面；其空间展布数米至二三十米，无明显宽度。构造节理、劈理、原生节理、层间错动面、卸荷裂隙、次生剪切裂隙等均属之。对节理、裂隙应重点研究以下三个方面：①节理、裂隙的产状、延展性、穿切性和张开性；②节理、裂隙面的形态、起伏差、粗糙度、充填胶结物的成分和性质等；   ③节理、裂隙的密度或频度。在工程地质测绘中必须进行专门的测量统计，通过大量实测工作，统计节理裂隙参数（产状、长度、宽度、充填物等）、结构面网络分析、野外估算RQD。                    RQD=115-3.3Jv目前国内在工程地质测绘中，节理、裂隙测量统计结果一般用图解法表示，常用的有玫瑰图(图1)、极点图(图2)和等密度图(图3)三种。近年来，基于节理、裂隙测量统计的岩体结构面网络计算机模拟，在岩体工程勘察、设计中已得到较广泛的应用。工程地质测绘中地貌研究的内容有：  ①地貌形态特征、分布和成因；  ②划分地貌单元，地貌单元形成与岩性、地质构造及不良地质现象等的关系；  ③各种地貌形态和地貌单元的发展演化历史。例如：成都市位于岷江支流府河的阶地上(图5)。市区主要位于一级阶地，表层粉土厚0.7～0.4m,其下为Q4 早期的砂砾石层，厚28～100m。地下水较丰富，且埋深小(1～3m)，是高层建筑良好的天然地基，但基坑开挖和地下设施必须采取降水和防水措施。东郊工业区主要位于二级阶地，表层粘性土厚5～9m，下为砂砾石层，地下水埋深5～8m。粘性土可作一般房屋建筑的地基。东郊广大地区为三级阶地，地面起伏不平。上部为厚达10余米的成都粘土和网纹状红土，下部为粉质粘土充填的砾石层。成都粘土为膨胀土，一般低层建筑的基础和墙体易开裂，渠道和道路路堑边坡往往产生滑坡。四、水文地质条件的研究在工程地质测绘中研究水文地质是为研究与地下水活动有关的岩土工程问题和不良地质现象提供资料。例如，兴建房屋建筑和构筑物时，应研究岩土的渗透性、地下水的埋深和腐蚀性，以判明对基础砌置深度和基坑开挖等的影响。进行尾矿坝与贮灰坝勘察时，应研究坝基、库区和尾矿(灰碴)堆积体的渗透性和地下水浸润曲线，以判明坝体的渗透稳定性、坝基与库区的渗漏及其对环境的影响。在滑坡地段研究地下水的埋藏条件、出露情况、水位、形成条件以及动态变化，以判定其与滑坡形成的关系。因此水文地质条件也是一项重要的研究内容。在工程地质测绘过程中对水文地质条件的研究，应从地层岩性、地质构造、地貌特征和地下水露头的分布、类型、水量、水质等入手，并结合必要的勘探、测试工作，查明测区内地下水的类型、分布情况和埋藏条件；含水层、透水层和隔水层(相对隔水层)的分布，各含水层的富水性和它们之间的水力联系；地下水的补给、径流、排泄条件及动态变化；地下水与地表水之间的补、排关系；地下水的物理性质和化学成分等。在此基础上分析水文地质条件对岩土工程实践的影响。五、动力地质作用与现象（不良地质现象）的研究 不良地质现象研究的目的，是为了评价建筑场地的稳定性，并预测其对各类岩土工程的不良影响。由于不良地质现象直接影响建筑物的安全、经济和正常使用，所以工程地质测绘时对测区内影响工程建设的各种不良地质现象必须详加研究。研究不良地质现象要以地层岩性、地质构造、地貌和水文地质条件的研究为基础，并搜集气象、水文等自然地理因素资料。研究内容包括：各种不良地质现象(岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、冲沟、河流冲刷、岩石风化等)的分布、形态、规模、类型和发育程度，分析它们的形成机制和发展演化趋势，并预测其对工程建设的影响。1、自然动力地质作用与现象（物理地质现象）   研究工程开发区，由于自然地质作用对工程建筑物的不利影响，可能引起的地质灾害。研究各种现象的分布规律和特征，判定其形成时期、成因机制、发育史并预测其演变趋势，论证其对工程建筑物和地质环境的影响。   研究和预测自然地质作用和现象在人类工程活动条件下，继续发展，以致形成灾害的可能性。2、工程地质作用的研究   利用在某一地质环境中，已兴建的建筑物，对环境的适应性作为检验工程地质条件的依据和研究工程地质作用发展规律的直感资料,判明已有工程地质评价的正确性。六、已有建筑物的调查研究 对已有建筑物的观察实际上相当于一次1:1的原型试验。根据建筑物变形、开裂情况分析场地工程地质条件及验证已有评价的可靠性。　地质环境建筑物变形调查分析研究重点不  良有a、 分析变形原因、控制因素；b、已有防治措施的有效性。不 良无a、工程地质评价是否合理；b、如评价合理，则说明建筑物结构设计合理，可适应不良地质条件。 有  利有a、 是否与建材或施工质量有关；b、是否存在隐蔽的不良地质因素。 有 利无a、如建筑物未采取任何特殊结构，表明该区地质条件确实良好；                                         b、如建筑物因采取特殊结构而未出现变形，应进一步研究是否存在某种不良地质因素。  七、天然建筑材料的调查研究    结合工程建筑的要求，就地寻找适宜的天然建材，并作出质量和储量评价。当前特别重视建材质量的研究，是否具有美学价值。八、人类活动对场地稳定性的影响   测区内或测区附近人类的某些工程——经济活动，往往影响建筑场地的稳定性。例如：人工洞穴、地下采空、大挖大填、抽(排)水和水库蓄水引起的地面沉降、地表塌陷、诱发地震，渠道渗漏引起的斜坡失稳等，都会对场地稳定性带来不利影响，对它们的调查应予以重视。此外，场地内如有古文化遗迹和古文物，应妥为保护发掘，并向有关部门报告