中南大学地质工程综合

中南大学地质工程综合（共8篇）

中南大学地质工程综合 篇1

2011中国石油大学（北京）《石油地质学综合》考研真题（部分）考场抄录

一、名词解释1、2、3、4、5、6、7、8、9、埋藏史曲线 胶体溶液 侧伏角 去白云化作用 地温梯度 裂谷盆地 盖层物性封闭 溶蚀作用 辫状三角洲

二、填空1、2、3、4、5、6、7、8、褶皱形成的机制＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。按叠瓦式逆冲断层发育顺序可划分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿式。在地壳中，浅层次形成的纵弯褶皱，其中每个岩层均有一个既无拉伸又无压缩的＿＿＿面，其外侧处于＿＿＿状态，内侧处于＿＿＿状态。引起海洋中碎屑物质搬运沉积的营力有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。碳酸盐岩的结构组分有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿等五种类型。岩石的绝对渗透率主要与＿＿＿的性质有关，与其中＿＿＿的性质无关。油气成因中，常用异戊间二烯型烷烃主要有＿＿＿、＿＿＿。目前，人们较关注的非常规天然气聚集类型有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。

三、简答和分析题9、10、11、12、分析沉积盆地古水流方向。指出有机生油理论及其应用中存在的4个问题。简述逆牵引背斜圈闭特征及形成机理。我国东部中新生代断陷盆地主要沉积体系类型、沉积相类型及有利储集砂

体类型。

13、试述地层水与油气成藏和保存的关系。

14、我国南方广大古生代碳酸盐岩分布区有机质演化程度高，后期构造运动

强，在这种情况背景下，应优先选择什么样的地区勘探？加强什么条件的研究？

中南大学地质工程综合 篇2

工程地质学家只有知道如何为工程增加附加值, 其贡献才会被项目经理青睐, 工程也会最终受益。因此, 重要的是找出一些能确保工程地质学家为工程建设作出行之有效贡献的策略。然而, 对行之有效的工程地质学有内在帮助的策略还刚刚问世, 例如:Fookes (1997年) 。有些人还担心这一学科 (Knill, 2003年) 。

“综合工程地质法”基于一种理念, 那就是:现场条件应被视为是整个地质、地貌历史变迁的结果, 任何工程若要取得成功, 必须尽早充分了解这段历史。多年来, 凭借经验, 这一方法已经在实践中得到应用, 但将其正式化还只是近年来的事 (Fookes 等人, 2000年、2001年) 。

综合工程地质法的前提是:只有在对项目区域的整个地质、地貌历史变迁及其所属的工程意义全面了解之后才能得出合理的项目实施所需的重要决策。在最近的岩土工程风险管理的权威指南中 (Clayton, 2001年) 体现了这一观点。由此可见, 采用这一方法是工程地质学家为所有地上工程项目的实施贡献最行之有效的途径。

本文通过描述“综合工程地质法”在澳大利亚西部皮尔巴拉地区一些主要铁矿石运输铁路的勘测、设计、施工及营运中的应用, 由此指明该方法中所包含的实际策略。

本文总结了作者在亲身参与这一系列铁路工程建设期间所取得的工程地质信息及经验教训, 并以这些经验为契机阐明“综合工程地质法”的应用。本文分三部分阐述该方法。第一部分回顾皮尔巴拉地区的发展, 总结该地区的地质、地貌历史变迁。因为, 这是所有工程地质学研究的起点。第二部分探讨工程地质学与铁路工程项目之间的关系。因为, 这是工程地质学在实际工程项目中的应用, 后者与前者息息相关;第三部分描述在与地上工程相关的一系列问题的决策过程中工程地质学家所扮演的角色, 以此说明“综合工程地质法”在项目设计中所起的作用是行之有效的。

1概述、地质与地貌 (皮尔巴拉地区的发展状况)

工程地质学家在到达工程现场的第一项任务就是对该地区的发展状况作出一个大概的评估, 并了解该地区的整个地质、地貌历史变迁。皮尔巴拉地区位于澳大利亚西北部。早在19世纪晚期, 进入皮尔巴拉地区的欧洲定居者首先发现了这里的铁矿石蕴藏, 但直到1960年澳大利亚联邦政府解除了对铁矿石出口的禁令后其系统性开采才得以开始。

(1) 铁矿石开采。

铁矿石的可采矿床可被分为三类 (Kneeshaw, 2000年) 。

1) 层状矿 (又名“基岩矿”或“富集矿”) 。

由假象赤铁矿、赤铁矿及针铁矿构成, 从元古代哈默斯利 (Hamersley) 群富集条带状含铁建造中开采 (口头上称为“BIF”) 。

2) 槽矿 (或槽铁矿) 。

由第三纪中期冲击形成的古河道中的粘质针铁矿及赤铁矿豆岩组成。

3) 碎屑矿。

存在于源自相邻层状矿的晚第三纪塌积扇中。

自1966年开始从皮尔巴拉开采铁矿石以来, 至2003年止, 已开采约40亿t。2003年的年产量为1亿8千万t, 占全球产量的9%左右 (包括低品位和高品位矿石) , 约占整个海运贸易的35% (只限于高品位矿石开采) 。

(2) 铁路系统。

从皮尔巴拉开采出的铁矿石用于出口, 通过世界上负载最重、线路最长的铁路运往装运港。运铁矿石的火车通常有240节, 长达2.6 km。每节车厢承载约130 t铁矿石, 通常在矿场附近的火车折返的环线上装车。每个火车头的功率达6 000马力, 一列重载火车通常由4节车头拉动。各节车厢每个车轴承重35 t, 并将其传递至轨距为1 435 mm的铁轨上, 铁轨铺在间距为650mm的预制混凝土枕木上, 枕木下垫有200～300 mm厚, 直径40 mm的道碴。运矿石火车通过的限制坡度通常最大约为0.5%左右。自60年代起铁路就随着铁矿石出口的增长而不断发展。估计目前铁路系统长约1 400 km, 而且, 新的铁路正在规划中。作者自90年代起就开始参与皮尔巴拉的铁路开发了。

(3) 皮尔巴拉地区的地质及地貌。

对某区域地质、地貌历史变迁细致了解对项目设计的影响是综合工程地质法的基本策略。了解范围必须非常广泛, 有时甚至会触及地质方面的问题, 如:区域变质或老粘土, 这些问题对于工程经理来说显得神秘莫测。这与传统方法形成对比, 后者通常限于对探孔、探井进行记录, 以及在实验室进行强度及指标特性方面的测定。

1) 基岩地层情况。

皮尔巴拉地区是一片古陆区, 下伏块状太古代花岗岩及片麻岩, 岩龄3Ga (即30亿年) 。在该地区南部, 在晚太古代及早元古代时期, 层状火山岩及沉积物覆盖在侵蚀后的古陆表面, 距今约25亿年 (Trendall, 1990年) 。

在元古代早期阶段地球大气中的含氧量很低, 这使风化产生的二价铁得以溶解、保留在海水中。据推断, 在元古代时期, 海水中进化出的靠光合作用生存的生物, 它们释放出氧气从而使溶解在海水中的铁以三价铁的形式沉淀下来, 如赤铁矿, 这样就形成了BIF中的富铁层 (Trendall, 2000年) 。所修筑的铁路主要是为矿床周边发展起来的矿场服务, 矿床位于皮尔巴拉中部, 主要为哈默斯利岩群。估计该岩群总厚度约2 500 m, 由8个岩层组成, 包括BIF、“页岩” (用于皮尔巴拉地区的术语, 指夹层细砂岩、分层粉砂岩及泥岩) 、白云石、及厚层序碱性和酸性火山岩。某些岩层特征明显, 具有较厚的碱性侵入岩岩床, 如辉绿岩。

哈默斯利群有一个与众不同的特征为BIF单位的地层横向连续性, 可绵延数百公里 (Trendall 1990年) 。在进行区域地质测绘时, 可从连续地层中找出与具体岩床相关的标准层及明显的地貌特征。略微褶皱的交替岩层左右着景观的演变, 它与更加坚韧的BIF岩层一起形成了特殊的具有单斜脊或台地形状的山脉。许多宽阔的深谷都与Wittenoom岩层和Bee Gorge页岩有关, 前者属岩溶发育地层, 后者则更易被侵蚀。晚太古代及早元古代火山岩及沉积物在20亿年至16亿年前的Capricorn造山运动中发生变形, 并被厚辉绿岩岩床侵入产生中等区域变质。变质的一个重要结果就是在部分岩体中生成石棉状矿物 (Trendall 及Blockley 1970年) 。这种矿物的存在造成了一种地质灾害, 给现场的健康和安全带来问题。

BIF由交替纹层构成, 或由不同比例的燧石层、粉砂岩、泥岩及赤铁矿构成。在BIF层序中, 通常有块状硅质岩床, 这种岩床具有很高的强度和耐磨性。这种耐磨硅质岩会降低金刚石取心及炮眼钻凿的生产率, 引起钻头过度磨损, 同时还会严重磨损运土及加工机械。

该地区大多数基岩类型具有较高的单轴抗压强度。但是, 基岩的工程特性反应石料特性及所有类型存在穿透间断性。例如, BIF可含有单轴抗压强度为150MPa (甚至达到450MPa) 的硅质岩床, 但也可能含有“页岩”岩床, 这种岩床在褶皱过程中受到剪切, 强度较弱, 更易风化, 以及含有残余抗剪强度低至ϕ'r=15°, c'r=0的垫层面。地质构造的影响使工程特性变得更加广泛。比如断层、节理、尤其是深层风化断面发育的影响。基岩地质基本左右着许多材料的分布及工程性能, 铁路路堑将在其中开挖, 构筑的较厚填方将从中取料。

2) 基岩构造。

基岩中地质构造的走向及发育程度, 尤其是垫层面, 是路堑边坡设计中最关心的问题。在区域规模及冲断层构造背景下, 在Capricorn造山运动期间, 中皮尔巴拉的基岩受到折叠 (Tyler and Thorne 1990年) 。在皮尔巴拉地区工作的结构地质学家已确定5个不同的褶皱期 (Tyler 1991年) 。中皮尔巴拉层状岩中有两种具有工程意义的褶皱型式:①露天的大规模区域褶皱导致10°～30°的倾斜。这些褶皱可使坚固、均质的垫层面产生比摩擦角更大的倾斜, 地层倾斜可导致不稳定岩石边坡的发育。在皮尔巴拉这种不稳定的天然岩石陡坡随处可见;②更致密的局部褶皱, 受限于可能与断层或侵入有关的构造走廊中。这些构造使整个垫层面产生联锁, 降低了大规模及中等规模不稳定性的可能。但由于垫层面反向倾斜, 可能导致岩石露头处或路堑边坡中产生小规模局部失稳。

断层形式主要为与区域压缩有关的缓角冲断层, 在铁路开挖施工中很少遇到。节理大量反映出相邻褶皱及断层系统的构造形态。在大多数BIF单元中至少有三条清晰的近垂直节理组, 但在其他基岩类型中这些节理组发育不佳。在坡度平缓的BIF褶皱翼部上发育良好的主节理通常延伸数百米 陡峭稳固的主节理对保持悬崖线的稳定性起着基本的控制作用, 尤其是在岩体易于崩塌之处, 这使悬崖线形成了特有的“锯齿”形状。

3) 地貌演变。

地貌演变决定表层堆积物、风化剖面的分布以及坡地地貌过程, 因此对近地表物质的工程特性具有深远影响, 铁路的土方工程就是在近地表物质中施工的。欲了解地貌演变, 首先必须了解该地区的区域构造演变, 因为后者控制着古纬线、抬升率以及过去的气候、风化过程及侵蚀周期。在二叠纪时期, 当皮尔巴拉地区还属于极地冈瓦纳古陆的一部分时, 也许其上覆盖着冰川, 因为在西澳大利亚古陆地表的盆地中发现有冰川沉积物留存 (Anand和Paine, 2002年) 。在侏罗纪时期, 超级大陆开始漂移, 形成了今天的澳洲大陆。中生代时期, 渐进的侵蚀在稳定地块上切割出了宽广的、相对平坦的地表。在中生代晚期, 由于海洋环流受限, 据信那时的气候与现在相比更加温暖, 在全球更加均衡 (Summerfield, 1991年) 。因此, 尽管现在远在南方, 该地块经历了几轮深层化学风化及硬壳层形成的过程, 最终形成了明显的“哈默斯利地表”, 其遗留痕迹现在在整个皮尔巴拉都可见到 (Campana等人, 1964年;Twidale, 1994年) 。新生代时期, 渐进式抬升及微量隆起, 风化、硬壳层形成、以及重新切入期的侵蚀, 造就了一系列复杂的坡地、崩积和冲积沉积物及硬壳层。

4) 新生代气候变化。

自冈瓦纳古陆解体后, 澳大利亚大陆板块向北移动超过纬度30°, 同时全球的气候系统已经历了巨大的波动 (Bowler, 1982年) 。根据澳大利亚周围的层序地层对新生代气候变化及风化层演进所作的研究表明, 在第三纪时期, 至少有4个明显的更加强烈的风化期 (McGowran和Li, 1998年) 。一种更简单的观点认为大多数在皮尔巴拉留存的深层风化断面在白垩纪晚期至中新世中期之间接连发育 (Killick等人, 2001年) 。

尽管皮尔巴拉已从南纬55°移至南纬25°, 但看来在第三纪时期, 其气候属于“热带”或“亚热带”, 即, 温暖多雨。可能该区域多数时候都覆盖着浓密的森林, 侵蚀面曾有深层风化, 铁在地貌中具有很高的活动性。渐新世晚期至中新世中期, 由于硬壳层侵蚀、河成沉积及铁的富集, 形成了CIDS岩层 (Ramanaidou等人, 2003年) 。

在上新世时期, 曾有过切割、侵蚀冲积沉积/塌积扇。这可能源于区域性构造抬升及越来越严重的干旱, 同时伴随着植被覆盖减少及周期性极端风暴。上新世冲积/塌积扇缓坡末端, 可为目前的铁路施工提供绝佳路线及优良建材。一般认为第四纪属半干燥气候, 由于季风影响, 夏季炎热多雨。在第四纪期间, 由于与冰川期及间冰期有关的全球气候波动, 该地区的降雨在雨量及强度方面可能经历了巨大的变化。在邻近的Kimberley地区也可能有类似经历, 该地区在第四纪时期的明显气候波动已有文献记录 (Wende等人, 1997年) 。然而, 还有待于在皮尔巴拉地区进行研究, 以了解过去干旱的增加或与季风性活动有关的极端洪水事件的重现期。

5) 表层堆积物。

在不同气候条件时期形成的表层堆积物在龄期上有差异, 从第三纪至现代不等, 并在基岩表层或接近基岩表层的地方形成堆积物。表层堆积物的形成有4个主要过程:①崩积。塌积砂、砾石及坡地上漂砾的沉积;②冲积。崩积砾石、砂子、淤泥的沉积及冲击扇中或泛滥平原上的粘土、沟渠。较细的沉积物多沉积在冲积扇远端, 粘土则易沉积在低洼的漫滩中;③同时存在于基岩及松散沉积物上的风化剖面的演进, 包括溶解及矿物种分解;④在表层堆积物中或风化剖面顶部生成的矿物种在基岩上适当的位置将疏松物质粘接在一起, 形成岩石或砾石物质, 并成为硬壳层 (Thomas, 1994年) 。

占主导的硬壳发育 (Hocking和Cockbain, 1990年;Killick等人, 2001年) 及深层风化导致地貌中形成一系列胶结地表。从工程角度看, 所有能将土壤转变为岩石的表面过程无疑都很重要。根据胶结料的不同, 岩石可分为:①铁砾岩由氧化铁胶结而成, 通常呈褐色或红色, 外观为瘤状, 有时形成细砾或不规则岩石材料;②钙结岩由碳酸钙胶结而成, 通常为红粉色或白色砾石, 有时形成板状石料;③硅结砾岩由二氧化硅胶结而成, 通常为白色燧石、砾石, 有时形成板状石料。

活性粘土 (潮湿、敏感粘土) 在更加平坦, 更远的崩积坡及洪积平原上沉积或发育, 形成称作“gilgai (粘土小洼地) ”的区域 (Beckman 等人, 1970年;Cooke和Warren, 1973年;Maxwell, 1994年) 。粘土小洼地 (gilgai) 外观呈圆丘状, 带有裂纹及“蟹孔”。由于土壤中占比很大的活性粘土的干湿变化, 造成其明显的季节性体积变化, 从而形成粘土小洼地 (gilai) 地貌, 它有很大的地质危害。

6) 现在的地形、气候及植被。

目前, 中皮尔巴拉是一片基础高程为海拔700 m的半干燥高地, 有延伸至1 000 m高的山脉。地形起伏导致坡地地貌过程活跃, 影响铁路, 如:泥石流和塌方。

夏季日间温差高达40 ℃, 冬季有霜, 年蒸发量大大高于年降雨量, 年平均降雨量180～350 mm。但由于周期性飓风和给当地带来强降雨的雷暴单体的影响降雨量无规律可循。有时可能在某一特定区域数月, 甚至数年无降雨, 但有时短时间内雨量会达到全年雨量, 导致河洪水泛滥, 沙石沿坡而下, 沿主河道移动。在雨季, 24 h内雨量达到200 mm的情况也可能遇到。这种无规律的强降雨对坡地地貌过程速率及灾害性洪水的发生起着主要控制作用。

由于半干旱环境, 沿主河道生长的灌木、鬣刺属草、以及独株生长的桉树是该地区的主要植被。欧洲人在此定居以来, 他们就在该地区放牧, 但未对植被造成重要影响。然而, 由于植被稀疏, 径流速度加快, 下坡沉积运动不受阻碍, 造就了活跃的坡地地貌过程及洪水。

在皮尔巴拉, 山脉起伏, 峡谷纵横, 绿色植被与红色或褐色的岩石相得益彰, 由于风景壮美, 皮尔巴拉多处现已被设为国家风景保护区。

7) 现在的自然坡地。

皮尔巴拉地区的坡地反映出下伏岩石及构造的情况, 以及不同阶段风化、硬壳形成、侵蚀和沉积的印记 (Joyce和Ollier, 2003年) 。坡地上部通常为以前侵蚀面的残余, 包括磨圆的硬壳部分或与基床基本平行的平面。上部坡地之下为陡峭的悬崖线, 它受坚固的近垂直的节理控制, 这些节理经常由于抬升和切割作用造成的地貌更新而发育。悬崖线通常较活跃, 常随塌方碎屑裙一同解体, 形成中间搬运坡地。悬崖和塌方之下, 在冲沟和溪谷的退出点上, 遍布从冲积/塌积扇沉积物, 覆盖在坡地上。冲积沉积和泥石流形成了朝向坡地基层的小角度扇。宽谷之内, 有冲积滩何间歇性泛洪水系。

8) 综合工程地质学历史。

上述皮尔巴拉地区的整个地质、地貌历史变迁, 将作为综合工程地质法的一部分被解读。表1概括了这段历史及其对铁路工程的影响。

2综合工程地质的项目策略

即使对地质地貌的了解比较全面, 也不会对各个铁路项目的实施提供足够、有效的支持。因此, 必需制定各种策略, 有效地获取并传达这些知识。地质资料必须在适当的时间交给项目组中适当的人, 其内容应该容易理解, 并且附带说明这些资料的重要性。

2.1项目阶段

为在皮尔巴拉的铁路工程中行之有效的采用综合工程地质法, 在每个典型的工程项目阶段都收集并传达不同类型的信息。预可行性研究、可行性研究或初始设计阶段, 资金是有限的。并且收集能支持非常广泛决策的低成本信息无疑是主要目的。因此, 上述阶段的勘测调研通常包括案头研究、航空照片研究、场地踏勘、通过现场考察对航空照片判读进行地面验证、总体测绘和检查。详细测绘、坑探、钻探孔以获取深挖资料、实验室试验等都非常昂贵, 只有在路线变得更加确定、需要更多详图进行设计和成本估算时才可实施这些勘测。

2.2 勘测报告的目的

(1) 为铁路设计提供所需的足够资料, 估算项目成本, 以便为项目筹集资金。

工程师的估算通常要求精确至±20%, 并可行。

(2) 以现场勘测报告的形式为合同工程预期投标人提供地上工程信息。

由于此报告最终将具备合同意义, 控制其格式和内容很重要。

由于这两个功能, 在编制铁路勘测报告时应注意以下目的。

1) 勘测的总目标是对地面情况进行详细描述, 使不会遇到工程规模的未预见地况。必须在勘测支出与所得到的有用信息之间取得平衡 (Stap-ledon, 1982年) 。对于这些铁路项目, 当下列问题得到肯定回答时, 证明在支出及利益间已取得合理平衡:①是否已绘制比例约为1∶5000的地质图, 合理存档并对其充分了解, 以便为所有路堑建立可靠的地质模型 (草图和断面) ;②是否已描述所有路堤基础条件;③是否已找到建筑材料的所有来源, 并已描述其性能;④是否已确定所有的地质灾害;⑤完成的用于招标进行建设的线形设计是否合理。

2) 所有观测结果采用标准化叙述体系呈现, 以最大程度降低在设计或施工之间产生对材料的地质和岩土工程描述含混不清的情况。在皮尔巴拉, 《澳大利亚现场勘测标准-AS1726》构成该描述体系的依据。

3) 强调非书面交流, 即, 彩色照片、地图、图纸等, 那些对工程地质描述项不清楚或不了解的人可通过查看这些照片了解地况, 尤其是与机械性能有关的信息, 如撕裂试验和反铲挖掘。

4) 将所有与项目有关的资料整合后或编成报告提供给预期投标人, 或将预期投标人召集起来共同查看 (参见1987年建筑业委员会指南) 。

5) 在报告中描述观测、解释及建议之间的明显区别, 以最大程度降低所提供信息属性的含混不清。所有现场勘察资料将编成“实况报告”, 它只包含勘测信息而无解释, 解释和建议将记录在一本单独的“解释/评估报告”中。这两份报告都会提供给预期投标人。

从业主角度来说, 提供给预期投标人的资料越多, 业主在简报期制定招标文件时遇到的不确定性就会越少。由于只允许通过增加估价在投标价格中存在不确定性, 这些策略在获得工程竞争性招标时将受到特别指导。

(3) 地质测绘的重要性。

测绘在早期的 (即, 20世纪90年代之前) 皮尔巴拉铁路施工中的勘测中并不是一个十分重要的组成部分, 当时的精力主要放在成本更高的地下勘测上。这种方法被证明效率低下, 是全球大型土木工程项目所采用的典型传统方法) 。这种方法曾被人讥讽为“先打洞, 后提问”, 与综合工程地质法正相反。传统方法在对长的线型构筑物 (如, 铁路) 进行勘测时尤其低效。由于设计时会要求对线路作出更改, 过早在此类工程中实施地下勘探几乎不可避免地会导致额外的代价不菲的地下勘探。相反, 对线路通道进行早期工程地质和地形测绘代价低而富有成效, 因为它不需用昂贵的设备, 而且更有可能提供与最终所选线路相关的一些信息。

更重要的是对线路通道的测绘要求仔细观测地质地貌, 解释近地表地况, 报告并生成一个将所有信息整合在一起的“模型”供将来分析。因此, 地质测绘可被认为是综合工程地质法必要的、起决定作用的策略。

在采用该方法的地方, 将按各种比例对线路进行详细的工程地质与地形测绘。将测绘作为主要的勘测手段, 同时也允许对随后进行的地下勘探 (如, 钻孔及撕裂试验) 制定计划、订立目标, 以便于更加有组织的对工程地质岩层进行勘察。而传统方法在定位地下勘探点时通常不考虑地质情况。比如, 在最深路堑的最高点上进行钻探, 而现有便道就在那里越过中心线, 或最糟的情况, 沿中心线每隔5 km就有一个探孔!

通过利用特征工程特性以甄别地质单元为目的绘制出工程地质图 (Fookes, 1969年;Dearman, 1991年) 。在实际情况下人们发现综合工程地质法要求设别的测绘单元有4种规模, 分别采用如下四种术语。

1) 地形单元。

由明显的基岩集合物、表层堆积物和带有可识别工程特性的地形组成, 按照1∶50 000至1∶250 000比例绘制。地形系统测绘最近由Phipps审查 (2001年) 。

2) 工程地质组。

由一系列具有特殊工程特性的、在根源上有联系的土壤、岩石、地形群构成, 按照1∶5 000和1∶50 000的比例绘图。这些单元被Dearman命名为“工程组”。

3) 工程地质段。

由单一岩石类型构成, 但可能有一系列工程特性。段内的工程特性变化通常源自地质构造以及地表过程对岩性的影响, 因此能反应整个地质、地貌历史变迁。这些地质段通常按1∶5 000至1∶1 000的比例绘制, 用于具体工程单元的详细设计。这些单元被Dearman称为“岩性类型”。

4) 工程地质型。

指有显著的同源工程特性, 并用标准描述体系描述的地质单元, 通常在钻孔日志、探井记录和露头记录中出现。

不同的测绘单元采用Varnes (1974年) 描述的划分过程在野外、图例上或日志中进行合理的区分。测绘单元为系统性地观测、收集信息提供了一个框架。

(4) 参考条件的定义。

定义参考条件是综合工程地质法的另一个基本策略。参考条件 (CIRIA的报告, 1978年) 由具有相似工程特性的地质物质群组成, 并描述可合理预期或预见的地质条件范围 (Essex, 1997年;Knill, 2003年) 。

利用参考条件可向项目工程师描述并传达地质条件。与用于建立测绘单元的划分过程相反, “参考条件”由分组过程建立。定义参考条件也是建立模型的一部分, 这些模型是了解与传达过程的核心。在大多数工程中, 地质模型建立在对一小部分土地观测或取样的基础上, 有可能出现不同的解释。若一项工程将根据合同施工并且对特殊的土地特性了解程度不确定, 这可能对承包商在方法或成本选择上产生重要影响。参考条件的使用则表示出那些为合同依据而作的假设 (Muir Wood, 2000年) 。

在中皮尔巴拉, 所有岩石-地层单元本质上是不同的BIF和页岩演替, 带有不同程度辉绿岩侵入。这些地层经历了折叠、冲断、深层风化和硬壳层形成的过程。因此, 可将大量不同地质组 (具有明目繁多的地层命名, 且已在各种场合进行过修订) 减少为少量的参考条件, 并以最少的地质术语来传达。参考条件的重要作用归纳如下。

1) 正式定义并描述工程地质组及地质模型的组成部分。

2) 通过将具有相似工程特性的地质单元进行分组简化地质情况, 减少与技术人员的交流困难。

3) 最主要的是将可为合同目的合理预见的地质条件存档。

4) 减少实验室试验, 只测试各参考条件中具有代表性的样品, 而不是测试所有遇到的地质单元。

5) 可融合存在于项目区以外、并且可能与参考条件有关的类似地质单元的知识。

6) 对施工产生实际帮助, 如预计设备性能和生产率。

表2中是用于中皮尔巴拉的一些典型参考条件的示例, 表3中是典型参考条件的地质和工程特性。

(5) 模型的使用。

Fookes (1997年) 已对地质模型在项目设计中的运用作过详细描述, Newman等人 (2003年) 已对地质模型在具体工程中的战略运用作过描述, Harding (2004年) 已论述过模型在土地勘测中的更多一般用途。倚重于工程地质模型的使用, 综合工程地质法可以:①组合、对照不相干的信息基础;②解释、介绍和传达观测到的或推断出的条件;③表明合理预期的、可能会要求作进一步勘测的条件。

为使模型有效, 每个模型都必须满足三个标准 (Moores和Twiss, 1995年) :①模型必须功能强大, 也就是说能解释大量根本不同的观测结果;②模型必须精简, 并且与它要解释的观测结果范围相比, 假设条件的数量必须尽可能少;③模型必须可测试, 意思就是模型必须能预计 (至少在原理上) 可通过观测证实的条件。

皮尔巴拉铁路工程中开发出的模型, 采取的形式为:简单的地质地貌图和断面、在工程地质图中结合地质、地形和岩土工程信息、演化图和3D地块模型。这些模型代表三种不同的信息:①概念模型, 它表明测绘单元、及其可能的几何形状以及预计分布之间的关系。这类模型用来方便地呈现不同地形单元和工程地质组的性质;②观测模型, 用来以2D的形式 (如, 地图及断面图) 或3D模型 (如, 方框图) 呈现已观测到的、已解释过的参考条件分布, 并且受地下数据或来自地面的推断的约束;③演化模型, 它利用一系列草图、断面图或地块模型说明地形单元、工程地质组或参考条件及时发育的方式, 带时间的、描述地质地形演进的地块模型称为4D地块模型 (即:3D加上时间维度) 。

用这些模型可以帮助理解综合工程地质, 为地下勘探或详细测绘勘测 (尤其为可能的取土源或地质灾害, 如:滑坡、不稳定土体、洪水) 指定目标区域, 为铁路线路通道内的工地与本地区域性地质地层情况和构造情况建立联系, 评估路堑可开挖性、路堤基础情况和建筑材料位置, 为已选定地质灾害设计控制方案。非常重要的是这些模型也是一种用于将已解释的、已预计的条件传达给项目工程师的图形工具。这些相对简单的模型帮助项目工程师领会地质情况的工程含义, 并理解收集地质证据的重要性以及地质观测、解释和预见的作用。

(6) 有效的地下勘探。

地下勘探是铁路调研的一个基本部份, 为了尽量降低开支, 其范围受到限制。地下勘探的目的是为通过地质测绘还无法确定地质情况的地区提供补充资料, 并为参考条件的存档提供代表性数据。用橡胶轮胎反铲挖掘机挖出的探井通常用来表现铁路通道内已测绘单元的特性。探孔用于一些更深的路堑处, 以证实地表测绘的情况。

在皮尔巴拉植被稀疏的丘陵区, 利用大型推土机 (通常为Caterpillar D10s型推土机) 开挖深的宽沟 (当地称为“槽探”) 将土地情况暴露出来是一种特别有效的、成本低廉的地下勘探技术。从这样的槽探中收集到的资料用于评估可开挖性, 以Pettifer和Fookes的书中描述的技术为基础。

已试图采用地震横波折射法的形式用地球物理技术评估可撕裂性, 但却无法轻松可靠的解释其信息, 这种技术被认为在皮尔巴拉的铁路勘测中不太实用。

同时需要钻探出数量有限的探孔, 以支持施工合同的签订。这些重要的探孔将为预期投标人提供“传统”类型的信息 (即, 在招标准备期间供投标人查看的岩心样本) , 以应对投标人声称所得到的资料不同寻常的情况。所选探孔也将各参考条件完整存档 (作为项目基础资料的一部分) , 构成了解土地情况的一个基本部份。

(7) 所制定的设计目标。

铁路项目中与地面工程相关的设计主要包括:①横向与竖向定线的优化、相关的开挖量及土方量, 因为这些代表主要的成本变化;②来自路堑与取土场的建筑材料的定义;③为达到某一性能而进行的边坡挖填设计、桥基与排水设计。

工程地质学家在地面工程设计阶段可帮助选择路堑倾角、进行可开挖性评估、以及对所有已发现的地质危害进行评估。在项目设计阶段 (在皮尔巴拉, 有时称为“最终工程研究”) , 业主与监理工程师希望将估价精确到±10%。对于地面工程部分来说这很难做到, 因为还存在很大的不确定性。但是, 由于与项目其他非地质部分有关的费用不确定性通常小于±10% (如:钢材、水泥、枕木以及许多固定费用) , 因此在地面工程费用估算中不准确性超过±10%的部分将通过其他部分来平衡。这通常使净成本估算的准确性达到±10%的目标。主要勘探工作阶段结束后就开始着手详细设计, 这时承包商应完成所有文档的编制。在这一阶段, 工程地质信息通常被纳入以下列两种类型的报告:①“解释性报告”, 它包括设计的细节, 并将提供给预期投标人;②内部“设计依据报告”, 与设计过程有关的详细信息及前提条件将记录在此报告中。由于这些信息与承包商的工作无关, 因此不会下发给预计投标人。

详细设计阶段并不总是一个独立的、定义明确的阶段, 它与项目资金筹措的最后阶段联系紧密, 并且经常受业主与监理工程师之间存在的契约关系影响。

(8) 观测法。

由于后勤与资金原因, 在工程施工前不可能对每条铁路路线的详细地质地貌进行详细、彻底的勘测, 因此, 设计与工程师的造价估算总是必须以有限的信息为基础。在铁路建设中通常采用“观测法”来克服地面工程中一直存在的内在不确定性。

观察法不只是在施工中观测地质条件并找出解决问题的方法, 尽管在许多工程中, 对观测法人们是这么认为的。要合理运用“观测法”, 在施工开始前就必须考虑可从地质模型中合理预期的一系列情况的工程含意, 并将这些含意运用到项目管理中。 (Peck, 1969年;Fookes 等人, 2000年) 。不确定性最好通过假定一系列设计来处理, 并允许将其作为紧急情况来估算成本。在施工期间, 若观测到所遇到的地面条件发生改变, 设计可作出相应更改。只要合同包含足够的灵活性, 变更将不会对承包商或设计方造成较大的影响。该方法对皮尔巴拉的铁路建设尤其有效, 主要有以下几个原因:①“短工期模式”, 许多工程都必须在短时内完成。一些项目计划施工数百公里的重载铁路, 而从开始可行性研究到建成, 工期只有3年;②在项目批准前进行勘测作业的“成本效益”。在崎岖不平的地区利用探孔勘测许多深路堑将需要很长时间并花费数百万澳元, 而不一定有那么多时间和资金;③当与采用全面开挖来进行地质勘测的方法相比较后得到的对所有地质勘探技术相对无效性的认识。虽然一根取自某地的直径83.1 mm的20 m长优质定向PQ3岩心可能非常有用, 但要得到它却代价不菲, 并且它所提供的详细地质信息永远不会与一条在同一地点, 深20 m、长100 m的路堑所提供的信息一样多。

(9) 施工及营运中的责任。

在施工中采用观测法要求工程地质学家进驻现场并构成施工队的一部分, 工程地质学家的职责如下:①应用观测法;②如果需要的话, 重新设计路堑边坡;③土方材料管理, 包括回填材料的分类、指定足够的取土场;④如果需要的话, 定位与标识更多的取土场;⑤找出地质危害, 尤其是石棉状矿物;⑥为合同管理提供所遇情况的记录文档;⑦确认所指定的参考条件。

竣工后, 要编制一份竣工报告与一本维护手册, 有:①将竣工条件存档, 尤其是开挖稳定性、填充斜坡、工程的修整与详图、地面排水;②指明业主在接收工程时应知道的风险, 如:可能发生塌方的区域, 或涵洞可能被洪水冲毁的地方;③概述在铁路整个营运期可能要求的维护与监测措施。

(10) 需要的资源。

执行本论文所述的研究类型究竟要花多长时间, 这将估计难以。表4以许多不同项目为依据, 列出在相对平坦的土地上施工50～100 km铁路在不同阶段需要的有经验的工程地质学家人数及所需时间。长度10～30 km、穿越更深切割山地的铁路也需要相似的资源。

每一位相关工程地质学家都至少有10年的工作经验, 并且曾在皮尔巴拉地区多个地方工作过, 即, 他们相当于获得了“特许地质学家”身份, 并且已在边远地区的多种工程项目中有超过10年的工作经验。除这些资源外, 还安排其他专家周期性的参与到项目中, 以确保应用到项目中的技术知识的广度。不同时期的地质小组包括:

①一名进行工程地质研究技术审查的经验丰富的工程地质学家;②一名专业爆破顾问;③一名专业土方工程顾问;④一名专业石棉状矿物顾问;⑤一名专业区域地质顾问。

把所有这些资源整合在一起可以生成高质量的地质知识, 向参与铁路设计、施工及营运的工程师们介绍并传达。这些工程使用表4中所示的资源级别, 并采用综合工程地质法。

(11) 独立审查。

由经验丰富的从业者进行独立正式审查被公认为是一种能保证与地面工程有关研究质量的最有效方法之一 (Fookes, 1997年) 。人们发现使用正式审查对这些铁路工程极有裨益, 该审查有两种级别, 一是地区级;另一个是国际级。通过将两种级别的审查相结合, 工程地质研究的质量得到了保证。国际审查人员通常绕过监理工程师直接向业主汇报。这能鼓励坦诚、客观地进行问题讨论, 避免任何商业利益影响审查结果。

3工程地质问题

综合工程地质法需要工程地质学家参与有关地基工程的勘察、风险管理、设计和施工监督等诸多不同领域的工作。土木工程师普遍认为涉及常规数据收集的施工任务 (包括录井试验坑和钻孔) 是项目管理所必需的。然而, 对于某些恰好是工程管理经验中尚未遇到的工程地质问题, 则需进行专门研究, 譬如对距铁路线相当远的地区进行的详细航空照片判读或尤其与地理特征相关的观察。在上述情况下, 一旦成本效益和风险降低潜力经工程管理得以证实, 便可获得批准进行必要研究。工程设计经理师们因综合工程地质法而受益颇多, 于是他们逐渐开始认可工程地质学家们对各项目所做的贡献。

3.1 岩土工程灾害

岩土工程灾害的确定和评估可能会对任何施工和作业造成影响, 因此这是一项重要的勘察活动。皮尔巴拉 (Pilbara) 地区已确定的岩土工程灾害包括大面积岩崩、喀斯特、石棉状矿物、崩陷土、活性粘土、地震活动、洪水、混凝土骨料安定性和因地下水位降低而出现的沉陷。

(1) 岩崩。

由于存在沿岩层的陡坡、曲折地形、带软岩层的轻微褶皱基岩, 预测皮尔巴拉地区会出现大量岩崩。据记载, 该地区曾发生过一次大面积岩崩 (Wyrwoll, 1986年) 。与MacCrae页岩特殊地层单元相关的航拍照片也显示出若干大面积岩崩 (估计方量约为5千万m3) 。在岩层开裂带低至9°倾角的间隙处, 部分岩崩已进一步扩大。铁路可行性阶段勘察期间已确定了因在含页岩地层层序某些位置进行深路堑开挖而造成的大面积不稳定性。平行于地层走向的路堑存在的极高风险、以及横穿倾向坡的开挖均会破坏倾斜地层。由于制定工程解决方案需要时间, 可能产生费用, 而且残余风险等级的不确定性可能仍与拟采用的稳定措施效果有关;故在考虑上述极高岩崩风险的基础上采取了一项预防策略。

(2) 喀斯特。

在皮尔巴拉地区, 喀斯特地形 (Waltham和Fookes, 2003年) 发育不良且极为少见。但根据该地区特殊的地质情况和已记录在册的喀斯特特征 (Waterhouse和Howe, 1994年) , 预测该地区会出现落水洞。危险区域通常出现在位于Wittenoom地层 (由变质白云岩、含白云石泥质岩、燧石和火山碎屑砂岩构成) 之上且含有较厚第三纪碎屑填充物 (包括湖泊石灰石和相关钙质结砾岩) 的许多宽阔山谷中。在1∶40 000航拍照片上可看到上述区域中的一些单独落水洞。这些落水洞在1∶5 000低空航拍照片上以及直升机检查过程中同样可以看到。近几十年内, 喀斯特灾害区喀斯特含水层中地下水被抽出的地方已形成了直径为几十米的若干落水洞。

早期路线选择研究过程中, 铁路设计已绕开勘察过程中发现单独落水洞的地段。虽然目前上述落水洞发育的几率极小, 但落水洞会在喀斯特灾害区范围内发育并对穿越该区域的铁路产生影响的风险依旧存在。风险控制采用了原本为滑坡风险评估 (Anon, 2000年) 开发的风险管理技术。根据危害计算结果对上述风险进行定量评估, 其后果以年度人员伤亡概率、财产损失和收益减少来表示。按照风险出现年概率计算上述危害, 计算结果与各要素受风险影响的一系列条件概率有关, 由此得出:

R (D/P) =P (H) ×P (S∶H) ×P (T∶S) ×V×E

式中 R (D/P) —系指风险, 即年度死亡概率、年度财产价值损失、年度人员伤亡损失 (以美元计) 、或因停工造成的年度收入损失;

P (H) — 系指风险出现年概率 (以单位区域中形成一定规模落水洞的比率表示) ;

P (S∶H) — 系指风险环境中各要素受空间影响的概率, 即落水洞发育的风险影响区与受影响要素占地面积或范围一致的概率;

P (T∶S) — 系指时间影响范围内出现受风险影响元素的时间概率, 例如该范围内出现列车 (可能载有乘客) 的概率;

V — 系指易损性, 即风险影响伤亡损失概率、财产损失比或时间损失比;

E — 系指受风险影响元素, 例如财产价值、可能涉及的人数或持续生产收入。

上述数据用来计算各种情况下的风险, 以便做出有关工程设计方法成本效益的明智决定。上述方案将受影响元素移除风险区域, 便于管理引发喀斯特塌陷的活动 (如地下水抽取或集中渗透) 。为了检测沉降发育先兆, 所选工程设计方案包括监测。

(3) 纤维材料。

由于区域变质作用, BIF和辉绿岩中出现了通常看起来与阳起石一样的纤维状闪石。在一些地层层位中, 区域褶皱与火山碎屑主序的特殊化学反应以及层间剪切的存在有关时, 会出现纤维状闪石 (如钠闪石, 即青石棉) 。在西澳大利亚, 采矿和加工过程中因吸入青石棉纤维曾造成许多工人死亡。世界上最臭名昭著的青石棉矿之一就是从位于皮尔巴拉中部Wittenoom峡谷的BIF层序中开采的 (Trendall和Blockley, 1970年;Fetherston和Brown, 1990年;未注明日期的《西澳大利亚采矿作业分区宣传册》) 。

由于存在影响工人的潜在风险, 制定了严格的方案以便管理上述风险。该类方案包括风险识别、不同等级防护服的选用、以及相关施工程序 (如洒水降尘、遮盖被毁坏部位和在密封车中工作等) , 用以降低与有害纤维状矿物接触的风险等级。通常情况下, 在对工人有危害的地点与大自然之间采用开放式连接是特别有效的风险管理方式。

(4) 崩陷土。

从气旋半干旱环境和有限的植被中可预测近期将出现松散细粒冲积层沉积物、山洪暴发带来的风积淤泥和风蚀移动突起。承载后, 一旦发生洪水, 这些材料将会崩塌 (Cooke, 1986年;Waltham, 1994年) , 并可能造成路堤沉降。上述材料还具有难以浸湿和压实的特点, 均已通过地质绘图和试验挖坑加以辨认, 其深度通常不超过300 mm左右。上述细粉状表层材料已在施工过程中移至路堤范围以下。松散淤泥、砂像镜透体一样出现在深层土剖面范围内时, 从经济上来说, 将其移除是行不通的。在这种情况下, 可以预测出不会出现灾难性或过度沉降, 即可能会出现最大深度为几十厘米的沉降。在设计中, 可根据轨道重新铺道砟规划考虑上述沉降出现的概率。

(5) 活性粘土。

从基岩 (如变玄武岩和辉绿岩) 上组成或衍生自深度风化剖面的土壤可以预测该部位将出现活性粘土 (即水敏性粘土) (Anon, 1997年) 。同时, 从干旱和半干旱环境中发育的土层剖面也可与预测该地区会出现活性粘土 (Cooke和Warren, 1973年) 。在极端湿润或干旱的年度, 土层剖面中的活性粘土引发了大量变化, 并最终形成了特点鲜明的地形。这类区域被称为“粘土小洼地”。在航空照片判读和地表绘图过程中, 可通过其特有的表面形状 (几十厘米高的小土堆、较深的多边形干裂缝和“蟹穴”) 加以辨认。由于相关的穿越问题十分棘手, 因此, 铁路定线一般会避开较深的粘土小洼地。既有铁路线在该地区的穿越段需重新摊铺被松软材料掩盖的地层道砟, 摊铺道砟的厚度必须大于1 m。

(6) 洪水。

皮尔巴拉中部宽阔山谷范围内的铁路通道通常位于大面积塌积/冲积扇形群系。该扇形群系在穿过基岩走向山脊排水线位置发育而成;远侧部经常长合在一起, 形成相对统一的表层, 略微倾向冲积平原。穿越这些倾斜表面而修建的铁路可最大限度地减少土方工程, 并避免受到主要洪水灾害以及冲积平原沉积物中的活性粘土的影响。但是, 处于半干旱环境外加气旋雨情况下的倾斜, 会使倾向扇形群系的沟渠具有爆发大规模山洪的潜力。在此期间, 虽然皮尔巴拉已修建了铁路, 但洪水却冲毁了许多路段的路堤。因此, 修建了防洪堤以保护受扇形系中不稳定航道影响的某些铁路段。在既有铁路的设计使用年限内, 许多涵洞都会因砾石移动和大水淹没而堵塞;因此, 可能会出现大规模毁灭性的事件和河槽改道 (河道突然改道) 。水文资料的缺乏表明洪水重现周期难以估计。在设计中可以利用对地貌背景以及各排水系统的排放宽度的总体认识。但铁路施工的经济性就是这样, 涵洞设计通常被简化为采用25年的洪水重现周期、较大事件的潜在影响和设计中的一般不确定性往往被业主认为是可以接受的风险。

(7) 因排水而出现的沉陷。

半干旱环境中的施工用水不得不通过抽取地下水获得。大部分适合进行地下水抽取的预测区均位于带厚冲积层 (含洞穴状钙质结砾岩) 的山谷中, 其下方通常是洞穴状白云岩基岩。上述区域的脱水会形成前文中已介绍的落水洞群系;而表层堆积物厚层序的脱水则会造成大面积沉降。已估算出的最大沉降约为几百厘米。根据轨道重新铺砟规划, 设计中考虑了铁路线上上述沉降的潜在影响。

(8) 混凝土骨料安定性。

硅结砾岩硬壳和BIF基岩中存在隐晶硅说明其具有潜在的碱、硅反应活性。深度风化剖面上地下颇深位置的健岩表面会出现粘土矿物和细微裂纹。因此, 为了避免掺杂其他材料, 所用混凝土骨料均是精挑细选的。该类骨料通常是从新生辉绿岩中开采的, 多用于混凝土中。

(9) 地震灾害。

稳定的皮尔巴拉古陆区受级别相对较低的地震灾害的影响, 该类地震灾害的500年重现期加速度为0.16 g。虽然震级对铁路地层没有威胁, 但却关系着险峻溪流铁路穿越段高架桥的设计。

(10) 路堑和填方设计。

线性走廊范围内的铁路涉及许多路堑和填方, 设计中的地面工程部分很大程度上与上述路堑和填方所起的作用有关。

(11) 开挖稳定性。

除上述区域以外, 在已确定具有大面积岩石边坡稳定性的地方, 铁路路堑坡度设计均以采用开挖地质模型得出相关地质条件数据的前期设计为基础。针对不同质量的土体/岩体的前期设计。前期设计基于皮尔巴拉既有铁路路堑工程以及全世界其他工程中类似路堑施工经验。岩石质量描述符号并不是用岩石质量分类系统 (如Ben-niawaski, 1989年) 推断出来的, 而是完全依据参考条件得出的。例如, 新生块状辉绿岩通常是优质岩体, 而含页岩的风化BIF则通常是劣质岩体。由于施工前遇到了尚未确定的负面影响, 因此采用观测法对前期边坡设计做了局部修改。开挖过程中需特别注意通过地质绘图确定的特殊地质环境。但由于稳定性通常由是否存在特殊地质结构决定的, 还需参考相关的不连续统计资料与不同参考条件相关的部分概念破坏机理。

(12) 爆破。

爆破设计是由爆破专家和工程地质学家共同提出的。设计目标是为了最大程度地提高本工程的安全性并降低本工程的总成本。设计中特别注意了稳定路堑施工和开挖材料粉碎 (必要时用作填料) 。由石料强度和岩体特性不一, 很难预测并详细介绍实际现场条件。然而, 勘察期间就各开挖开发的地质模型均带有地质绘图功能, 并可用以预测单次爆破条件。这直接影响着在大量块状辉绿岩、CID、和块状BIF岩石中采用预裂爆破的爆破设计和在含页岩的BIF中采用后爆破修边的生产爆破。精确放线、钻孔、加载和引爆是任何爆破成功的关键;因此, 优先使用的钻机为安装在轨道上的高性能钻机, 具有倾斜钻孔能力。理论上来说, 火药装填前需测量爆破孔的孔口位置, 以确保孔口位置准确、各孔装填火药量是经过仔细监测的。有经验的钻孔和爆破队是必需的。此外, 在爆破队熟悉当地现场条件之前, 各项目的前期爆破可能会导致大量破坏;因此, 需对各项目前期爆破进行审查, 以确保爆破采用了良好的施工方法。部分临近敏感基础设施的爆破位置采用了防爆毯等爆破设备。

(13) 路堤。

部分规模较大的铁路路堤高达45 m, 采用填石建造。铺填过程中, 所用填石应符合土石坝 (Fell等人, 1992年) 用填石的典型级配规范要求;填石各层的压实厚度为750～1 000 mm, 铺填时加入占重量约10%的水。经过洒水和重型货车来回碾压后的稳定施工面表明, 轮重可由自由排水的岩岩接触构架承载。根据前期设计, 高填石路堤的设计坡度在水平方向上为1.5, 在垂直方向上为1或倾角为34°。适当考虑了路堤高度1%的沉降值 (同前) 。大规模路堤可通过堤顶宽度翘曲和加宽允许上述沉降, 以便加厚铺砟层 (要求平衡任何长期沉降时) 。

(14) 环境问题。

虽然工程地质学家通常不负责环境事宜, 但他们却经常为环保经理提供相关资料和建议 (尤其是取土管理) 。

3.2 施工材料

施工材料确定和系统管理是工程地质学家们在各铁路项目中进行的主要活动之一。

(1) 取土料勘察。

取土勘察的主要目的是为了确保取土足以允许承包商完成其工程, 不受任何取土料适用性的阻碍。施工前, 工程地质学家与土方主管人共同确定大量取土料所处位置, 并在施工期间确定额外取土料所处位置。仔细选用报告中对取土量进行说明 (Berkman, 1989年) :①在面积为几百平方米的取土场中开挖一个或两个试验坑后, 确定了该取土场的可用取土量。取土量是承包商投标必不可少的信息。施工前根据经验确定可用取土量为所需填方估量的两倍;②施工开始之时, 通常采用一组中心距为50-100m的试验坑对取土场进行进一步勘察, 并确定探明取土量。

尽管采用了上述谨慎方法, 在利用取土坑时, 通常会发现取土量依然不足。这是由覆盖层深度变化、不适合材料混入和环境限制 (如保持取土坑位于浅层以允许排水和防止积水的要求) 等造成的。由于采用了许多大型的典型设备, 如Caterpillar推土机 (D10～D11) 、Caterpillar开敞式挖斗 (631) 和升降式铲土机, 取土坑很有可能会面临取土困难, 需要经济地进行取土。因此, 在施工期间, 工程地质学家们花费了大量时间来确定额外取土量。这是尽量加快工程进度和最大程度降低合同索赔几率所必需的。

(2) 施工材料的质量。

皮尔巴拉铁路项目主要采用了四种施工材料。显示了这四种材料的级配范围, 并说明了选用这些材料的典型参考条件。

(3) 砟底覆盖层。

路堤上覆盖着一层薄薄的细粒粒状材料, 即“砟底覆盖层”。该覆盖层碾压平整后可对路堤进行防水;同时, 铺砟前可将混凝土枕布设在其表面上以避免损坏。砟底覆盖层通常可碾压密实, 改性干密度为95%。覆盖层中需含有少量细粒料, 以便满足碾压要求并形成不会被侵蚀的粘性表面。砟底覆盖层用料需精挑细选, 通常取自冲积/塌积扇形群系远侧部。

(4) 2类填料。

“2类填料”是取自取土坑的大量施工填料, 用于路堤施工;其碾压通常需满足性能规范要求 (使用规定用量的水并提供足够数量的碾压设备通道) , 改性干密度为95%。“2类填料”是从指定取土坑的塌积/冲积砾石中获得的。一般情况下, 这种填料是含些许粘土的砂砾石, 取自冲积/塌积扇形群系中部。

(5) 3类填料。

“3类填料”通常是取自路堑开挖的填石。按照相关方法/规范要求, 最大允许粒径为750 mm的填料可用于摊铺。在施工过程中加入预测用量的水, 并不是为了冲洗岩石或细粒料, 而是为了对软化岩岩接触面进行一定程度的软化, 从而将其碾压密实。对填石进行碾压试验, 以评估不同地层单元的特殊性能。极少填石存在材料耐久性和适用性问题, 因此, 该类材料通过目测予以评估。“3类填料”的些许差异如下:①“细粒3类填料”通常取自含页岩的密实分层BIF, 其摊铺需满足性能规范要求 (即改性干密度为95%, 最佳含水量为±2%) ;②“级配良好的3类填料”是一种混杂填石, 其摊铺需满足相关方法/规范要求。

(6) 4类填料。

“4类填料”取自严重风化页岩或辉绿岩基岩中的路堑开挖, 是一种易受到侵蚀或易膨胀的材料。这种材料带有包覆层, 因此不在任何路堤表面2 m范围内使用。摊铺需满足性能规范要求。

(7) 道碴。

既有铁路施工过程中, 道砟采用花岗岩和片麻岩。然而, 由于过度磨损和碎屑分解, 这些岩石已不再具有良好性能了。这种较差的性能似乎与许多地质因素有关。这些因素包括轻微剥理、石料中含大量云母、极粗粒径耐久合成长石解理面, 尤为重要的是, 伴随粘土矿物发育、细微裂纹形成和岩石强度降低的渗透性风化作用。相反, 采用变玄武岩和变粗玄岩的道砟则发挥着良好性能。这些岩石具有极高强度和等径碎片, 非常耐用。

3.3 合同制定

笔者参与的大多数项目施工均采用传统的工程承包合同, 即涉及业主、监理工程师和承包商的合同。报价表合同公平分摊与大规模地面工程部分相关的相对高风险, 是铁路建设的最佳合同方式。由于采用了观测法, 报价表合同还具有较大灵活性, 以便在施工期间进行必要设计变更。

合同制定旨在确保取土位置由监理工程师确定。通过规定监理工程师负责确定铁路施工用料位置, 降低了承包商就不可预见情况向业主索赔的几率。

岩石与普通开挖的付款是另一个传统索赔的潜在来源, 与标准重型开挖机械的生产标准有关。虽然标准条款的详情各异, 但基本上普通开挖适用于采用指定机械 (速度大于某开挖速度的) 开挖的材料, 而岩石开挖则适用于普通材料以外的任何材料。这种方法被认为是付款的有效依据;能将可开挖性预测导致的争端降至最低。

4讨论和结论

本文介绍的综合工程地质法以一系列切实可行的策略为依据。这些策略均是在实际重大土建工程项目基础上制定的, 满足高质量资料要求, 支持提供相关资料和考虑周全的工程决策。同时, 这些策略是根据发人深思的观测结果制定的。许多项目遭遇无法实施、并以诉讼告终。其原因就在于对地质调查的投入不足。综合工程地质法基于对项目早期勘察到的项目区域地质和地貌情况的全面掌握, 十分重视以下策略:①阶段性勘察;②勘察目标的定义;③通过勘察回答问题;④地质绘图;⑤制定基准条件; ⑥制作不同类型的地质模型;⑦使用观测法。

该方法的应用要求在整个工程寿命期都有工程地质学家参与其中, 进行决策。所提供的范例说明了那些决策的重要性。通过观测、解释和预先考虑可生成与各种各样项目执行的基本元素有关的信息, 这些元素包括:可行性评估、设计功能性、造价估算、合同文档、施工生产力以及营运性能等。工程设计元素的有效性完全可能与地质信息是否充足有关, 因此, 对于工程的成败, 这种有效性至关重要。要让工程地质学家参与到整个项目中, 成为工程团队的一部分, 这需要在项目中雇佣足够对的经验丰富的雇员。这种将资金投资在人员以及策划时间的上的做法是值得提倡的。要使此方法最大程度的发挥作用, 在工程开始阶段就应采用。比如, 若应用观察法只是为了应付一些灾害, 其他一些必要的管理结构就没有必要存在 (如, 灵活的合同) , 情况也无法改善。最重要的是, 良好的交流是该方法的重要基础。这就要求工程地质学家具备工程方面的知识, 而工程管理者则需要能领会地质学家的建议和忠告。

中南大学地质工程综合 篇3

关键词：原位测试、静力触探、静力载荷、方法选用

一、前言

近年来工程地质勘察广泛引起关注，有必要对工程地质勘察进行探讨，本文将对原位测试手段在工程地质勘察中的综合应用展开讨论。原位测试手段的方法有很多种，并且这些方法各自具有自己的优势，如果将这些方法合理结合并正确使用，尽力做到取长补短，工程地质勘察过程将会更加顺利，勘察报告书所提出的物理力学指标将更准确。因此原位测试手段在工程地质勘察过程中的综合应用尤其重要。

二、原位测试技术的概述

原位测试技术是工程地质勘察过程中最常使用的一种测定手段，是指在工程施工现场以不破坏、不扰动或少扰动被检测对象的天然状态为前提，通过实验的手段对待测对象的物理指标进行测定，进而对被测对象的状态和性能进行评价。

现场的原位测试技术就是指在保持岩土层原本所处的位置的基础上，岩土层的天然性质基本不发生改变的状态下，对岩土的各项工程力学的性质指标进行测定。

原位测试技术的优点有以下几个方面：第一，原位测试是在工程场地进行测试，无需对待测对象进行采样，这样就减少甚至避免了对试样的扰动以及取样难等问题；第二，因为原位测试是在施工现场进行的，所以测试涉及到的实验体积就比在实验室内进行试验的试样要大得多，这样就能更真实全面的反映出宏观结构对于岩土体性质的影响：第三，原位测试技术对于大多数待测对象来讲，可以进行连续的试验，因此能更好的反应出岩土体的剖面以及其物理学的性质指标；第四，由于原位测试技术的不断发展，其已具有经济、快速等优点，例如静力触探车。

在工程勘察行业专家内部对于推广和普及原位测试的问题已达成共识：

（1）根据现行地基规范要求，地基承载力特征值可由载荷试验，原位测试、公式计算，并结合工程实践经验综合确定。在缺乏大量载荷试验数据的情况下，建议最少应由原位测试、公式计算、工程经验三种方法综合确定。

（2）对于原位测试，在标贯的基础上针对不同地层情况全面发展采用静力触探载荷试验、圆锥动力触探、波速测试等作为对比判别手段。

（3）室内剪切按2002年《建筑地基基础设计规范》要求，应以三轴不固结不排水剪切试验为主。对于有基坑支护工程的尚应增加固结不排水剪切试验；对于基坑有饱和软弱粘土层的建议增做现场十字板剪切试验。

三、常用的原位测试方法

目前我们常用的原位测试方法有以下几种，分别是静力触探、静力载荷、标准贯入和十字板剪切。我们应根据岩土条件、建筑类型、地区经验和设计要求等因素来决定运用哪种试验方法来对现场进行原位测试。

1。静力触探

静力触探试验就是指运用准静力并且以恒定的贯入速度将特定形状和规格的圆锥探头压入土中，在压入土中的同时，测定并记录贯入的过程中圆锥探头受到的阻力，依据测得的阻力大小判断出土的各种物理力学性质，并且进行分层的一种现场试验的方法。

静力触探的试验方法适用于粘性土、砂土和粉土等。主要用于土层的划分、地基土中物理力学指标的参数估算、地基土承载力的评定、单桩承载力的估算以及沙砂土地基液化等级的判定等。运用该试验时应注意以下几点：

第一，率定探头，仪表读数和地层阻力之间存在着一定的关系，求出它们之间的关系就可以得到探头的率定系数，此项工作通常在室内进行。试验前新的探头或者是使用过一个月以后的探头，我们都应及时的对其进行率定。

第二，在进行现场测试之前，我们应先对场地进行平整，将压入主机放平，这样可以使探头和地面呈垂直状态：下好地锚，这样可以更好的固定住压入主机。

第三，将要使用的电缆线穿入到探杆中，并接通电路，对仪器进行全面的调整。

第四，一边贯入，一边进行测记，贯入的速率应控制在每秒钟1cm到2cm之间。

目前，我们进行静力触探实验时常用的仪器有两种，分别是机械式和电测试的静力触探仪。机械式静力触探仪因其具有使用方便简单、价格便宜等特点被一些国家所使用，但该方式存在着严重的缺点，在使用该方法时钢杆和套管之间存在着侧挠相互作用、摩擦力等相互作用力，并且存在着泥土的挤入等因素，这些都对贯入阻力的各种测试精度有很大程度上影响。另外，机械式的方法其测试装置的本身就存在着一定的缺陷，测试的连续性和测读的精度都较差。电测试的静力触探仪在测试过程中的连续性较好，测试速度快、效率高，并且具有多功能性，对于测试和勘探有双重作用；测试所得的数据具有高精度，对被测对象的再现性相对较好，重复性的误差小；使用此方法在测试过程中便于实现自动化，测试的成果也可以运用计算机进行自动处理，这样就大大的减少了人工的成本和工作强度；不仅如此，该方法使用的土类也非常广泛，可用于粘性土、软土、砂类土、粉土和碎石含量较少的土层。该方法也有它的缺点，对于密实的砂土和碎石类土层等很难贯入，并且相对来讲对土层的观测并不直接。

2。静力载荷

静力载荷实验是指在保持地基土的各项天然状态的前提下，对建筑物的荷载条件进行模拟，通过承压板对地基施加竖向的荷载，并且观察和研究地基土受压后的变形以及地基土受压强度规律。

静力载荷实验主要应用的仪器由四个部分构成，分别是反力系统、加荷系统、承压板和沉降观测装置。静力载荷的实验主要可以得到以下几个应用成果：第一，可以得到准确的地基土承载力；第二，可以得到准确的地基土中的变形模量；第三，可以根据所得数据估算出地基土中的不排水抗剪强度；第四，可以准确得到地基土的基床反力系数。

靜力载荷测试最主要的优点就是它的实验过程中不会对地基土产生扰动，并且通过实验确定出的各种数据均具有可靠性和代表性，可以直接用于工程的设计，还可以用于对建筑物沉降量的预估工作中。但是，静力载荷实验的周期长，成本也相对较高。所以运用的普偏性并不高。

四、勘察测试方法的选取

对于勘探方法的选择，不同的勘探方法具有其自身不同的优缺点及适宜性，对勘探手段、装备应进行充分的了解，对取样方法应尽量选择合理且适宜的方法。现在，不少勘探单位都为了达到降低成本的目的，布置大量的静探孔，更有甚者会布置大量的全静探。静力触探适用于沿海地区，该地区海相和湖沼相沉积地层中大量分布着淤泥质土、粉土、砂土、一般粘性土，土体中地下水位的埋藏较浅，这种方法既可以帮助地基土进行准确的分层，还可以准确客观的反映出地基土土体的强度性质。

标准贯入的试验方法则更加适用于一般粘性土、粉土和砂土，对于淤泥和淤泥质土的测定，标准贯入试验也应酌情使用，原因是软土具有高灵敏度，若对其钻孔则会带来扰动影响，在标准贯入试验中影响地基土强度性质的最大因素则是标贯击数的精确度，所以应酌情使用。

五、结语

原位测试手段在工程地质勘察过程中的综合应用使施工过程顺利进行。原位测试手段方法多样，本文提到的静力触探、静力载荷都是原位测试手段常用的方法，选取这些方法要切实考虑实际、结合实际。

参考文献：

[1] 刘德平： 王彩勤：《浅议综合勘探手段在软土勘察中的应用》，《西部探矿工程》，2008年12期

[2] 刘振林：《浅谈膨胀土地基的岩土工程勘察》，《科技致富向导》，2010年30期

中南工程地质实习日记 篇4

今天的实习地点是沙锅店，早上吃过早饭后，我们开始向目的地进军，穿过小山村翻过几座小山，沿途中看到了当地农民种的各种庄稼。最后我们到达了今天的第一个地点，这里是一处具有代表性的断墙，同学们纷纷拿出手机拍照，老师讲了几句之后，我们又往另一个地点出发，这里是一个断崖，站在顶上看到对面是陡峭的断崖。看到了这里的断层，背斜，向斜以及岩墙，这是从来没见到的!路途中经过的村庄那么纯朴，他们那的房子很有特点，一般分为两层，第一层比较低，第二层是住人的，这样的比较适合当地的气候!看完之后我们的队伍开始返回基地!

中南大学地质工程综合 篇5

水文地质学主要是研究地下水的学科。主要任务是调查研究以下问题：①地下水的形成、埋藏、分布、运动以及循环转化的规律；②地下水的物理、化学性质、成分，以及水质的变化规律；③解决合理的开发、利用、管理地下水资源，以及有效地消除地下水的危害等实际问题。

2．工程地质条件是指工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合。建筑场地及其邻近地区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、地表地质作用、地下水、建筑材料等都是工程地质条件所包含的因素

工程地质问题包括建筑物基础的不均匀沉降问题、粘土层在基岩面上的稳定问题、沙页岩层向坡外倾角为30度小于基岩面的倾角而导致雨后向基岩面方向滑移造成基岩滑坡

3．地质作用：内动力地质作用：构造运动，地震作用，岩浆及火山作用，变质作用

外动力地质作用：风化作用，剥蚀作用，搬运作用，沉积作用，固结成岩作用 4．绝对地质年代是指组成地壳的岩层从形成到现在有多少“年”。它能说明岩层形成的确切时间，但不能反映岩层形成的地质过程。相对地质年代能说明岩层形成的先后顺序及其相对的新老关系

宙、代、纪、世、期（早、中、晚）；宇、界、系、统、阶（下、中、上）

绝对年代：放射性元素如铀铅法

相对年代：古生物法（标准化石，只在某个较短时代阶段出现并分布较广的生物化石）；岩性对比法（相似形成环境岩性相似）；标志层法；岩层接触关系（整合、假整合、不整合，不整合面下老上新）；地层对比法，上新下老

5．矿物是地壳中及地球内层的化学物质在各种地质作用下形成的具有一定形态、化学成分和物理性质的单质元素或化合物，是构成地壳岩石的物质基础

造岩矿物：组成岩石主要成分的矿物（石英、方解石、正长石等）

岩石是在各种不同地质作用下产生的，由一种或多种矿物有规律地组成的矿物集合体（火成岩、沉积岩、变质岩）

岩体是指在天然产出条件下，含有诸如节理、裂隙、层理、断层等的原位岩石

6．矿物的物理性质：形态（固态矿物单个晶体形成集合体的状态），颜色，条痕（在白色无釉瓷板上擦划而留下的颜色），光泽（矿物表面对光线的反射能力），解理（矿物晶体或晶粒在外力打击下能沿一定方向发生断裂并产生光滑平面的性质），断口（矿物受外力打击出现的破裂面呈各种凹凸不平的形状），硬度等

矿物的力学性质指矿物在外力作用下表现出的各种性质。常用的有解理、裂开、断口、硬度、比重 7．火成岩是岩浆活动的产物，即地下深处的岩浆侵入地壳或喷出地表冷却而成 分类：酸性岩，中性岩，基性岩，超基性岩；喷出岩，浅成岩，深成岩

火成岩的结构是指组成岩石的矿物结晶程度、结晶颗粒大小、形态及晶粒之间或晶粒与玻璃质之间的相互关系的特征。（矿物之间）

岩石的构造是指组成岩石的矿物集合体之间、岩石的各个组成部分之间的相互关系特征

产状：火成岩体的大小、形状及其与周围岩石相接触的关系称为火成岩产状。侵入岩体的产状（岩基、岩株、岩墙与岩脉、岩床、岩盆和岩盘）；喷出岩的产状（熔岩流、熔岩锥、火山锥、熔岩被）

结构：根据岩石中矿物结晶程度（全晶质结构（花岗岩），半晶质结构，非晶质结构即玻璃质结构）；根据岩石中晶粒大小（显晶质结构（粗 5mm 中1mm细），隐晶质结构）；根据晶粒相对大小（等粒结构，不等粒结构，斑状结构）

构造：流纹状构造，气孔状构造（玄武岩），杏仁状构造，块状构造

8．沉积岩是指地表或近地表的岩石遭受风化剥蚀作用的破坏产物以及生物作用与火山作用的产物在原地或在外力作用下形成的沉积物，又经固结作用而形成的岩石（风化破坏阶段、搬运作用阶段、沉积作用阶段、成岩作用阶段）。碎屑岩类（砾岩和角砾岩、砂岩、粉砂岩），黏土岩类（泥岩、页岩），化学岩及生物化学岩（石灰岩、白云岩、泥灰岩）

物质组成：碎屑物质，粘土矿物，化学沉积物，有机物质

结构：碎屑结构，泥质结构，结晶状结构，生物结构

构造：层理构造（水平层理、斜交层理、交错层理），层面构造（波痕、雨痕、泥痕），结核，化石 9．地壳中原已形成的岩石由于地壳运动和岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化，使原来岩石的成分、结构、构造发生一系列改变而形成的新岩石称为变质岩。这种促使岩石发生变化的作用，称为变质作用。（片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、石英岩、大理岩）

变质作用：接触变质作用（热接触变质作用（重结晶，化学性质不变）、接触交代变质作用），动力变质作用，区域变质作用

结构：变晶结构，变余结构，碎裂结构

构造：变余构造，变成构造（板状、千枚状、片状、片麻状、块状）

10．地壳运动，也称构造运动或岩石圈运动，是指由于地球内部应力（或称内动力）而引起的地壳变形或变位。垂直（升降）运动，水平运动

11．地质构造是指地壳中的岩层地壳运动的作用发生变形与变位而遗留下来的形态。地质构造因此可依其生成时间分为原生构造与次生构造。水平构造，倾斜构造（单面山35猪背岭）

12．岩层是指被上、下层面限制的同一岩性的层状岩石，包括沉积岩和一部分变质岩

产状：岩层产状是指岩层在岩石圈中的空间方位和产出状态（水平、倾斜、直立）

产状三要素：走向、倾向和倾角

13．岩层接触关系：指上下岩层之间在空间上的接触形态和时间上的发展概况。直接从一个侧面记录了地壳运动发生和演化历史（整合接触、平行（假）不整合接触、角度不整合接触、沉积接触、侵入接触）

整合：上下地层在沉积层序上没有间断，岩性和所含化石基本一致或基本递变，他们的产状基本平行，是连续沉积的产物。鉴别特征：地层连续，没有尖端，岩性和生物演化递变，产状基本一致

不整合：与上述特征相反（平行不整合：上下两套底层近于平行，但之间存在地层缺失，代表地壳运动以上升和下隆为主。角度不整合：地层上下岩层不平行，之间存在地层缺失）

14．岩层在构造运动中受力产生一系列连续弯曲的永久变形称为褶皱构造。

基本类型：背斜（岩层向上弯曲，两侧岩石相背倾斜，核心岩层时代较老，两侧依次变新并对称分布）；向斜（岩层向下弯曲，两侧岩层相向倾斜，核心岩层时代较新，两侧较老，对称分布）

基本形态：按轴面和两翼岩层的产状（直立褶皱、倾斜褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱、翻卷褶皱），按褶皱在平面上的形态（线状褶皱10:1短轴褶皱3:1穹窿和构造盆地（纵向长度和宽度比）），按枢纽产状（水平褶皱、倾伏褶皱），按转折端形态（圆弧褶皱、尖棱褶皱、箱型褶皱、扇形褶皱）

识别：根据岩层是否有对称重复的出露，可判断是否有褶皱存在；对比褶皱核部和两翼岩层的年代新老关系，判断褶皱是背斜还是向斜；根据两翼岩层的产状，判断褶皱是直立的、倾斜的，还是倒转的等。（沿皱曲轴延伸方向进行平面分析）

15．断裂构造是岩体受力超过其强度极限时发生破裂形成的地质构造

节理：断裂两侧岩石仅因开裂而分离，并未发生明显相对位移的断裂构造

成因：原生（成岩）节理；表生（次生）节理；构造节理

构造节理：由地壳运动产生的构造应力作用而形成的节理（剪节理、劈理和多数张节理）

16．张节理可以使构造节理，也可以是表生节理、原生节理，是岩石所受张应力超过其抗张强度后破裂产生的。多见于脆性岩石中。①产状不稳定，延伸不远。单条节理短而弯曲，节理常侧列出现 ；②张节理面粗糙不平，无擦痕 ；③在胶结不甚坚实的砾岩或砂岩中张节理常常绕砾石或粗砂粒而过，如果穿切砾石，破裂面也凹凸不平；④张节理多呈张开的裂口状，一般被矿脉或岩脉充填，脉宽变化较大，脉壁平直或粗糙不平，脉内矿物（如石英）常常呈梳状结构 ；⑤张节理常沿早起“X”型节理发育而成，故剁成锯齿状延伸，通常称为追踪张裂；⑥沿张节理面的内摩擦角值较剪节理高，但若有粘土等物质填充，则抗剪强度受填充物控制

剪节理一般为构造节理，是岩石所受剪力超过其抗剪强度后破裂而产生的裂隙。一般发生在与最大应力方向成45度左右夹角的平面上，成“X”型交叉。①节理面平直光滑，有时可见到擦痕，产状稳定，可延伸较长，在砾岩中长平直切穿坚硬的砾岩；②成闭合状，裂隙本身的宽度很窄小（1~3mm），但受后期地质作用力的影响，也可裂开并充填粘性土或岩屑；③成组成对出现，即多条节理常相互交叉切割，并且其间距常大致相等，在同一作用力下形成的共轭“X”型节理，他们互相交叉切割，使岩层形成菱形或方形；④沿剪节理面抗剪强度往往很低，在边坡或坝基岩体中易形成滑动破坏面

17．断层是岩石受力发生断裂，断裂面两侧岩石存在明显位移的断裂构造

基本要素：断层面和断层碎裂带，断层线，断盘（上盘、下盘），断距

类型：形态分类（正断层（上盘下降下盘上升）：梯式断层、地堑、地垒；逆断层：冲断层45逆掩断层25辗掩断层（断层面倾角）；平移断层）。力学成因性质分类（压性断层，张性断层，扭性断层，压扭性断层，张扭性断层）。断层产状与岩层产状关系分类（走向断层，倾向断层，斜交断层(与岩层)，纵断层，横断层，斜断层（与褶轴））

18．断层识别：①沿岩层走向搜索，若发现岩层突然中断，而和另一岩层相接处，则说明有横穿岩层走向的断层或与岩层走向斜交的断层存在；②沿垂直岩层走向的方向进行观察，若岩层存在不对称的重复式缺失，则说明有平行于岩层走向的断层存在；③由于构造应力的作用，沿断层面或断层破碎带及其两侧，常常出现一些伴生的构造变动现象；④在地貌上，断层常形成断层崖、三角面山、山脉的中断或错开，以及山地突然与平原接触等现象；⑤沿断层带常形成沟谷、洼地，或出现线状分布的湖泊、泉水等；⑥某些喜湿性植物呈带状分布

断裂构造对山体或岩体完整性、稳定性、渗透性影响极大，所以在水工建筑中特别重视

19．活断层指现今正在活动，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层（蠕动、错动）

特征：活断层的长度和断距（长度可由几公里到几百公里，断距大多不超过10m）；活断层的错动速率（突发型活断层在突然错动时速率很快可达0.5~1m/s，蠕变型活断层的错动速率大多在年平均几至几十毫米之间）；活断层的分段（发震断裂带，断层的活动往往呈现明显的分段现象）

判别标志：直接标志（①错断晚更新世以来的地层者，②断裂带中的构造岩或被错动的脉体经绝对年龄测定其最后一次错动的年代距今100~150ka以内者，③根据仪器观测沿断层有位移和地形变者，④沿断层有历史和现代中、强震震中分布或有晚更新世以来的古地震遗迹或密集而频繁的近期弱地震活动者，⑤在地质构造上证实与已知活断层有共生或同生关系的断层）；间接标志（沿所研究断层实际观测和测量到的地形地貌、地球物理场、地球化学场、水文地质场等方面的异常形迹，不能单独使用）；参考标志（小比例尺区域图件和遥感图像上解读的地貌、地球物理场、地球化学场等方面的异常形迹，以及物理模拟和数学模拟求出的活动性强烈的断层段）

20．风化作用：指由于温度、大气、水溶液及生物等因素的作用，使得分布在地表或地表附近的岩石，发生物理破碎、化学分解和生物分解的作用或过程

类型：物理风化作用（指由于温度变化、水的物态变化等因素的影响，岩石在原地只能发生机械性破坏的作用，常见有温差风化、冰劈作用、盐类的结晶作用等）；化学风化作用（指在大气、水和水溶液的作用下，岩石中的矿物成分发生化学变化，改变或破坏岩石的性状并可形成次生矿物的作用，作用方式有氧化作用、溶解作用、水化作用、水解作用等）；生物风化作用（指生物的生命活动引起地表岩石的分解破坏作用，生物物理风化作用指生物活动导致岩石机械破坏的作用，生物化学风化指生物在新陈代谢过程中的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂形成腐殖质作用于岩石并使岩石分解破坏的作用）

影响因素：岩石性质（矿物成分、结构、构造）；地质构造；气候（气温和降水量）；地形；地下水的渗流条件和化学成分等。全风化，强风化（不能在上建筑），弱风化，微风化

21．河流的地质作用：

侵蚀作用：下蚀作用（河水及其所挟带的沙砾对河床基岩撞击、磨蚀，对可溶性岩床还进行溶解，致使河床加深，上游区表现明显），侧向侵蚀作用（使河谷愈来愈宽，河床愈来愈弯，牛轭湖）

搬运作用：拖运，悬运，溶运

沉积作用：河流入海、入湖或支流入干流处或河流的中下游以及河流的曲岸 22．河流阶地：指河谷谷坡上分布的洪水不能淹没的台阶状地形

侵蚀阶地：由基岩构成阶地面上基岩直接裸露或只有很少的参与冲积物

基座阶地：由两部分组成，上部为冲积物，下部为基岩，分布于地壳上升显著的山区，是由于后期河流的下蚀深度超过原有河谷谷底的冲积物厚度切入基岩内部形成

堆积阶地：完全由冲积物组成，反应了在阶地形成过程中，河流下切的深度没有超过冲积物额度厚度。常见于河流中下游。上叠阶地，内叠阶地

23．岩溶：在可溶性岩石分布地区，岩石长期受水的淋滤、冲刷、溶蚀等地质作用而形成各种独特地貌形态的地质现象，总称为熔岩（喀斯特），这种地质作用成为岩溶作用（溶沟、石芽、落水洞、溶洞、溶蚀漏斗）

基本条件：岩石的可溶性（碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石、卤化物类岩石），岩层的透水性（裂隙和孔洞的多少和连通情况），水的溶解能力（二氧化碳含量），水的流动特性，气候、地形、植被和覆盖层等（潮湿炎热、土壤层较厚、生物繁茂的可溶性岩区岩溶最为发育）

基本规律：岩溶发育的垂直分带性（垂直岩溶发育带、水平和垂直岩溶交替发育带、水平岩溶发育带、深部岩溶发育带），岩溶分布的不均匀性（岩溶分布受地质构造控制、岩溶分布受岩层及其组合控制、溶洞发育的成层性）

24．泥石流是一种含有大量泥沙、石块等固体物质，具有强大破坏力的特殊洪流

形成条件：地形地貌条件（泥石流多发生在沟谷汇水面积较大、地形较陡、地表水能快速集中并沿着沟谷急剧泄流的沟谷发育地带），地质条件（地质构造复杂、岩体破碎、各种自然地质条件比较发育或人工松散堆积层发育），水文气象条件（短期的暴雨或冰雪突然融化形成的具有强大冲刷力的水流）

25．地震是由于地址构造活动、火山活动及岩溶塌陷等引起的地壳震动

震级（M）指一次地震所释放出能量的大小（超微震1微震3弱震5强震7大震）

烈度（I）指地震发生后，地面及各种建筑物受地震影响的破坏程度

基本烈度指一个地区在今后100年内在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度

设防烈度又称设计烈度或计算烈度，指在基本烈度的基础上考虑建筑物的重要性、等级以及结构物的特点，为保证建筑物的安全而修正的烈度

26．地震破坏作用：振动破坏（地震力，振动周期（共振）与振动时间的影响），地面破坏（地面破裂、斜坡破坏和地基强度失效）

27．地下水分类：按埋藏条件（上层滞水、潜水和承压水），按空隙性质（孔隙水、裂隙水、岩溶水）28．潜水是埋藏于地下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水。特征：无压水；在重力作用下由潜水位较高处向潜水位较低处流动，流动快慢取决于含水层的渗透性能和水力坡度；一般情况下潜水的分布于补给区是一致的；潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化

承压水是指充满于两隔水层之间的水。特征：当钻孔揭露承压含水层时，在静水压力作用下，初见水位与稳定水位不一致；一般情况下承压水的分布区与补给区不一致；承压水的出水量、水质、水温等受当地气候的影响较小，随季节变化也不明显；承压水受地表污染少

29．地下水的循环是指地下水的补给、径流和排泄的全过程

地下水补给是指含水层自外界获得水量的作用（大气降水入渗、地表水入渗、水汽凝结、人工）

地下水径流是指地下水由补给区流向排泄区的过程

地下水的排泄是指含水层失去水量的过程（泉水、向地表水、蒸发）

30．地下水物理性质：温度，颜色，透明度，嗅，味，比重，电导性，放射性

化学性质：酸碱性，总矿化度（地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量），硬度

31．坝的工程地质研究：查明水工建筑地区的工程地质条件，分析可能存在的工程地质问题，保证水利工程的经济合理与安全

32．水工建筑物的工程地质条件：地形地貌条件，岩土类型及工程地质性质，地质结构，水文地质条件，自然（物理）地质现象，地质物理环境，天然建筑材料

33．坝区的渗漏包括：坝基渗漏和绕坝渗漏，其产生的原因是水库蓄水以后，坝上、下游形成一定的水位差，使库水在一定的水头压力作用下，通过坝基或坝肩的渗漏通道向河谷下游渗漏

渗透通道（K大于1E-7），纵谷（良好渗漏通道），横谷（一般倾向下游、倾角较小更容易形成渗漏），斜谷（交角愈小形成渗漏可能性愈大）绕坝渗漏量计算：QKb((H1H2)2)(HL)

34．渗透变形：坝基岩土体在渗透水流作用下，使其某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象。

管涌：土体内的细颗粒或可溶成分由于渗流作用而在粗颗粒孔隙通道内移动或被带走的现象

流土：在上升的渗流作用下，局部黏土和其他细粒土体表面隆起、顶穿或不均匀的砂土层中所以颗粒群同时浮动而流失的现象

接触冲刷；接触流失

产生条件：土体结构因素（粗细颗粒粒径比、土颗粒级配的不均匀系数、土层结构），水动力条件（动水压力）

35．坝基抗滑稳定：坝基岩体在建坝后各种工程荷载作用下抵抗发生剪切破坏的性能（表层滑动，浅层滑动，深层滑动（楔形、棱柱形、锥形））。边界条件：滑动面，切割面（拉裂面），临空面

36．边坡变形：松弛张裂（指当边坡侧向应力减弱之后，由于卸荷回弹而出现张开裂隙的现象）；蠕动（在坡体应力（自重应力为主）长期作用下向临空面方向发生的缓慢变形）

边坡破坏：崩塌（指在陡坡地段上岩土体被多组张裂缝和节理裂隙分割，因受重力作用突然脱离母体，倾倒、翻滚坠落于坡脚的现象）；剥落（边坡表面因长期风化作用而破碎成细小的碎屑物质，这些物质在雨水冲刷或其他外力作用下，出现层层脱离母质沿斜坡滚动堆积于坡脚的现象，对渠道、溢洪道可造成淤积和堵塞）；滑坡（边坡岩土体在重力作用下，沿贯通的剪切破坏面（带）整体滑动破坏的现象）（滑坡体、滑坡带、滑坡面、滑坡床、滑坡壁、滑坡周界、滑坡舌、滑坡台阶、滑坡鼓丘、主滑线、鼓涨裂隙、封闭洼地、剪裂隙、扇面裂隙、拉账裂隙）

滑坡分类：按滑体岩性（堆积层滑坡，黄土滑坡，粘性土滑坡，砂性土滑坡，岩基滑坡）；按滑面与岩层面的关系（顺层滑坡，切层滑坡，均质滑坡）；按引起滑动的力学性质（推动式滑坡，牵引式滑坡）；按滑动面的形态（圆弧型滑坡，平面滑坡）

防止边坡变形与破坏的措施：防渗与排水（防止地表水入侵到滑坡体，对地下水丰富的滑坡体进行排水）；削坡减重与反压；修建支挡工程（抗滑挡土墙，抗滑桩）；锚固

37．渠道的工程地质研究：渠道选线的工程地质条件；渠道的渗漏问题；渠道的边坡稳定问题；渠道的冻胀问题及处理措施

渠道边坡的破坏类型：滑坡，塌方，崩塌

岩质渠道边坡的稳定分析：静水压力，动水压力

东南大学工程地质实习报告 篇6

东南大学交通学院

工程地质实习报告

学 号 21110134

姓 名 刁天逸

2012年9月9日

东南大学工程地质实习报告

目录

第一章

绪言

.....................................1.1 实习时间...................................3 1.2 实习地点...................................3 1.3 实习人员...................................3 1.4 实习任务及目的................................3

第二章

实习路线及实习地区简介..................3

2.1安徽马鞍山凹山铁矿..........................3 2.2 燕子矶....................................4 2.3 宜兴善卷洞.............................6 2.4 浙江长兴金钉子国家地质公园..................8 2.5 宁镇山脉排山，棒槌山........................9 2.6 南京阳山碑材...............................9 2.7 南京地质陈列馆，南京古生物博物馆.............12

第三章

专题论述

................................14

由宜兴善卷洞引发的思考—岩溶地区的主要工程地质问题及处

东南大学工程地质实习报告

理措施...............................................14

第四章

实习总结与感想........................20

第一章 绪言：

实习时间：2012年8月27日~8月29日 实习地点：8月27日 安徽马鞍山铁矿；燕子矶

8月28日 宜兴善卷洞；浙江长兴金钉子国家地质公园

8月29日 宁镇山脉排山，棒槌山；南京阳山碑材；南京地质陈列馆，南京古生物博物馆

实习人员：211101全班人员 实习任务及目的：

1.通过实习巩固课堂所学的工程地质基本理论，联系现场实际，培养我们独立思考的能力以及现场判断、解决实际问题的能力。

2.了解岩层的产状，形成过程和发展状况，分析沿途的岩石性质以及地区的地质发展演变史。

3.了解矿物和岩石的形成过程、结构等，初步建立对某一种岩石的工程地质评价。

4.学会通过观察、分析矿物与岩石的外貌特征来判别其种类。5.学会野外观察地质现象和分析评价工程地质问题的初步能力。

6.学会分析工程地质条件对基坑设计与施工的影响和地质灾害与边坡工程的治理。实习要求：

1.注意安全，野外实习不得穿拖鞋、短裤，以免弄伤脚腿。不要随意爬坡登高，以免摔伤造成不必要的伤害。在旅游风景区要遵守风景区规则，以免造成不必要的麻烦。

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2.认真观察沿途地质现象，进行分析，撰写实习报告。

第二章 实习路线：

1.安徽马鞍山铁矿

8月27日上午，我们前往了安徽马鞍山凹山采矿场。凹山采场是全国八大黑色冶金露天采矿场之一，也是华东地区最大的露天铁矿，素有马钢“粮仓”之称，位于马鞍山市区8公里处。

凹山铁矿场最早开采与1917年。凹山矿床是由一亿二千万年前濮黄“断裂火山带形成”。以铁，硫矿为主，属高温热液型矿床。矿体呈东北-西南走向。凹山铁矿属山坡和深凹复合型露天矿采场。

我们可以很容易地观察到层层叠叠颜色各异的岩层，采场深部矿石全铁占29.85%，工业类型属于混合贫磁铁矿，呈酸性。自然类型主要分四类：闪长玢岩角砾浸染状磁铁矿、磷灰石阳起石磁铁矿、高岭土化闪长玢岩浸染状磁铁矿、绿泥石化闪长玢岩浸染状磁铁矿。主要岩石为闪长玢岩。了解了边坡岩土体工程地质性质后我们又观察到南山矿凹山采掘场采用选进的边坡开采技术，一层层开采面被有序剥离后形成梯台，运送矿石的铁路就直接铺设。下图描绘了梯台的形态特征。

从上至下剥离，从顶部看犹如一节节巨大的楼梯向凹坑推进。

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2.燕子矶

8月27下午，我们去了南京燕子矶公园。燕子矶作为长江三大名矶之首，有着“万里长江第一矶”的称号，位于南京市主城区北郊观音门外，长江三大名矶之一，是岩山东北的一支。海拔36米，山石直立江上，三面临空，形似燕子展翅欲飞，故名为燕子矶。

从燕子矶公园门口登山到燕子矶头观察白垩系，为浦口组地层。岩石成紫红色，厚块状砾岩为主，夹紫红色砂岩，粉砂岩。砾岩中砾石成分比较复杂，主要为石英，玛瑙，少量为周围地层中岩块，如灯影组中的白云质灰岩角砾。我们登上了燕子矶头，可以观察长江边地貌。在燕子矶头遥望东，南，可见长江三级阶地以及河漫滩地貌。向北望，可见八卦洲。在长江对岸亦可见长江三级阶地。向西南遥望，可以看到一系列陡崖。这是长江断裂造成的断层崖。沿江断层崖是沿江大断层作用而成的陡崖。此断层崖延伸较长。由于横向冲沟的切割，使断崖变成一系列断层三角面。

在燕子矶西南方沿江的悬崖上有若干个石灰岩溶洞，古时游记中称为岩山12洞，大都是悬崖绝壁，为江水冲击而成。其中主要的有头台洞、观音洞、二台洞和三台洞。头台洞距燕子矶约1 公里，洞内钟乳石奇形怪状，观音洞与之毗邻。其他诸洞景观亦大同小异。三台洞中有观音泉、小有天等名胜；洞右有石梯，可达一线天；再上有石阶百级，飞阁凌空，别开境界。

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3.宜兴善卷洞

8月28日上午的实习地点为宜兴善卷洞，它是著名石灰岩溶奇洞，位于宜兴西南25公里，张渚镇东北2.5公里的螺岩山中。远古时代，这一带的海底岩石随着地壳慢慢上升，后经水流的长期冲刷，在二叠纪或三叠纪成为喀斯特洞穴。洞四周出露的地层均为中下三叠统青龙群（T1+2）灰岩，产状向南倾，倾角20度，洞沿NE60度方向延伸，据资料分析这几乎平行于燕山晚期的煌斑岩脉，与一组断裂构造有关。另外，洞顶有北北东和北西西两组裂隙呈网状切割地层，洞内沿这两组裂隙滴水、渗水，形成石钟乳。善卷洞开始形成要从距今约2亿1千万年的三叠纪时算起，那时这里还是一片汪洋大海。由于富含碳酸钙，并逐步

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沉积，形成石灰岩沉积地层，地壳变动，水的冲刷，先形成上洞；而后地壳再变动，再形成中洞；最后形成下洞和水洞；约在100万年前基本定形。善卷洞总的形成于青龙群石灰岩生成以后，所以洞的规模大，地质地貌丰富，地层分明。

(1)中洞。为善卷洞入口处。洞穴形态为天然的弯形大厅，长60—70米，宽14—15米，高11—12米，可容纳二、三千人。洞穴堆积，洞顶岩层裂隙处有近期堆积物。洞口兀立的大石笋高达7米多，如中流砥柱，故名“砥柱峰”。经考查，其生长速度为1cm/30—50年据此推算该石笋已形成三万多年。左右洞壁上灰华堆积形似狮象，故中洞又称为“狮象大场”。洞顶、洞底均经人工修饰，洞穴堆积不发育。在中洞的东南侧，有北东向裂隙，现今上洞之水仍流经中洞转入地下，说明洞穴的发育与谚组断裂构造有关。

(2)上洞。原属中洞，因崩塌后经人工处理而成上洞。洞穴形态：宽度大于高度，为一倾斜状扁形溶洞，形似螺壳，规模比中洞还要大一倍。洞穴类型：上洞仅一出口，向高处封闭，为一盲洞。由于该洞正处在螺岩山的中心部位，洞中不见曦日，常年气温保持在23摄氏度—27摄氏度，冬暖夏凉。洞内霞雾迷漫，烟云缭绕，故又称“云雾大场”。洞穴堆积：洞内石钟乳、石柱、石幔等堆积物，形态怪异，琳琅满目。特别是洞中央的两株五、六人才能合抱的石柱，连绵到洞顶，享有“万古双梅”之誉。上洞东南侧北东向裂隙以及沿此裂隙排列有序的堆积形态，证明溶洞延伸方向与此断裂构造的密切关系。

(3)下洞与水洞。这里最大的特色是水。洞穴形态：长度>高度>宽度，为裂隙状和锥状溶洞。长180米，宽18米，高度20米。洞穴类型：有进口与出口，为一穿洞。穴堆积：发育良好，形态各异。

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善卷洞的产生源于喀斯特地貌，因此洞中多是奇石怪乳，始一进洞，便是左青狮，右白象的迎宾格局，顺着导游小姐的手电光束，大家一一识别着狮子的血盆大口，大象的象鼻、象腿、象尾等等，再顺着光束，只见头顶上“狮象大场”四个大字赫然醒目。深入洞中，还有很多鬼斧神工的奇观，白鹤、苍鹰、狗熊等等栩栩如生、惟妙惟肖。记得有一处钟乳林立，从下面一摊浅水看其倒影，竟是深不见底，而且诸多钟乳的倒影在水中看起来犹如夏日盛开的莲花，美不甚收。

上洞里云雾弥漫，据称常年温度在23度左右，冬暖夏凉，人在其中感觉的确比较惬意。记忆比较深刻的还有下洞洞口处的一道瀑布，飞泻而下落入深潭之中。水声隆隆，溅起的水花扑打在脸面上，让人顿生拥抱瀑布的冲动。

出洞没有沿着原路返回，而是乘坐一叶轻舟，穿过一条幽深并且伸手几欲触顶的隧道。艄公以桨撑天，驱动小船前行。头顶上还险境连连，我们不时俯首以避开山石。偶有几点从石壁渗透的水珠滴落下来。4.浙江长兴金钉子国家地质公园

地层的年代分为前古生界、古生界、中生界和新生界。每个界又分为多个系。系与系之间的全球标准就俗称为“金钉子”。显然，“金钉子”不止一个，但却有大小之分、主次之分。二叠系是古生界最末一个系，三叠系是中生界最早一个系。所以，浙江煤山的“金钉子”既是二叠系与三叠系界线的标志，又是中生界与古生界之间的标志，被认为是地质历史上三个最大的断代“金钉子”之一。

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对于古生界和中生界的划分，地质学界100多年来，一直沿用耳菊石化石作为标志，但由于耳菊石分布的局限性，无法充分解释全球范围内的地质现象

2001年3月，国际地科联在阿根廷通过投票，正式将浙江长兴灰岩剖面确定为全球二叠―三叠系界线层型及点(即 “金钉子”)。全球二叠―三叠系界线层型剖面是地球历史上最重要的三个断代界线之一，位于浙江省长兴县槐坎乡葆青村，自西向东共分为A、B、C、D、E、Z六个剖面。其中，D剖面为标准剖面，即“金钉子”点位所在地。“金钉子”是一种永久性纪念标志的代名词。经国际地质科学联合会认定，长兴灰岩代表了世界晚二叠纪的最高层位，是全球二叠系至三叠系界线层型标准剖面，在国际地质学界具有至高地位。这里的九米塔型建筑是“全球二叠系－三叠系界线层型剖面”的标志性建筑。这是经我国科学家多年研究，由国际地质科学联合会申报，联合国教科文组织同意的“世界标准”的永久性标志。通俗地说，全世界所有地方的二叠系到三叠系的地层，都以这里作标准来进行比较，好像大英博物馆珍藏的那把铂金米达尺，是世界上测量长度的“权威”，长兴的界线层型剖面也是一段地质年代的地层“权威”。长兴灰岩-“金钉子”地质公园是长兴三大古生态奇观之一，在地质学界具有无可替代的至高地位。

在长兴地质公园里，我们参观了地质博物馆，经过导游的讲解，学习了各大行星在宇宙中的地位，了解宇宙的历史与变迁。我们还观看了4D电影，关于物种的起源，身临其境，体会了生命的产生，繁衍，消亡，物种的发展。5.宁镇山脉排山，棒槌山

8月29日上午，我们前往了宁镇山脉排山，棒槌山。这里的地质构造运动导致岩层变形非常明显。汤山—棒锤山地区从震旦纪到总体的沉积环境比较的稳定。前期沉积以海相的石灰岩和白云岩为主，后期则主要沉积形成页岩，粉砂岩，砂岩。志留纪后期发生海退运动，该地区到晚泥盆世发生沉降，出现陆相（滨海

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相和湖泊相）沉积环境，许多地方由于风化作用没有沉积。我们可以在实地观察到褶皱、风化等地质现象，差异性风化尤为明显，棒槌山西面为灰黄色页岩岩和泥质灰岩的互层，西南部为页岩和泥灰岩的互层。对于硬度不同的岩石，风化产生了显著的差异较硬的灰岩渐渐显得突出，而较软的页岩则凹进。

排山采石场在阳山的东南隅，其延伸方向与灰岩地层的走向一致，为东北—西南向，长500米，宽约100米。这里分布的是下二叠统栖霞组石灰岩。下二叠统栖霞组与船山组为假整合，厚度约130米。分为四部分：

上硅质层：灰黑色燧石岩夹生物屑微晶灰岩，露头零星。栖霞本部：深灰色微晶生物屑灰岩，中厚岩，产生黑色燧石结灰。下硅质岩段：为灰黑色燧石岩夹同色具纹层构造的含硅生物微晶灰岩，露头零星。

臭灰质岩段：为灰黑色富含沥青质生物微晶灰岩，中厚层，发育缝隙构造，产米氏蜓。6.南京阳山碑材

离开排山后，我们的目的地是阳山碑材。阳山位于汤山镇西北，碑材系明成祖为其父朱元璋树碑而开凿的巨型石材。公元1405年明成祖朱棣起兵夺得他侄儿的帝位，为笼络人心，稳定政局，就决定要一巨型石碑以表朱元璋的功德。于是，他征集了全国万余工匠依阳山南麓开凿碑材三块。其中碑座石材高13米，宽16米，长30.35米，重达1.6万吨；碑身石材长49.40米，宽4.4米，高10.7米，重约8700吨左右；碑额石材高10米，长20.3米，宽8.40米，重约6千吨左右。若此碑立起总高为73米，重3.1万吨，是当之无愧的世界第一碑。为取此石材，古代劳动人民付出了非凡的艰辛与血汗，数千民工累死采石场，今碑石附近坟头村即是当时民工的合葬地。这三块石材都已成形，其中碑额已与山体分开，碑身、碑座也仅有一端相连。此石材又为何遗弃不用？说法有二：一说明朝国势渐衰，朱棣又迁都北京，故不用；一说因南京地理与气候所了限，不适古代的滚木与冰运的方法，无法运输而不用。

阳山碑材又名孝陵碑材，是明成祖朱棣为颂扬其父朱元璋功德而凿的。碑材分碑座、碑身和碑额三块，如果将它们拼合后竖立起来，总高度可达78米，堪称绝世碑材。但这一绝世碑材最终未被使用，依然留存在原地。此次新建的明文

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化村，就是以开采阳山碑材为主脉设计建造的，力求再现历史场景。

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7.南京地质陈列馆，南京古生物博物馆

8月29日下午，地质实习最后一站我们主要参观了南京地质陈列馆和南京古生物博物馆。南京地质博物馆位于南京市珠江路 700 号，是我国历史最悠久的自然科学博物馆之一，也是我国第一个以地质矿产为主要内容的专业博物馆。历经半个多世纪的发展，南京地质博物馆现已成为涵盖地学各个领域的综合性展馆，它以历史悠久、馆藏丰富而享誉海内外。南京地质博物馆由老馆（改造完成）和新馆（建设中）组成。老馆为一幢具有德式风格的红色 3 层建筑物，占地面积约 2500平米。展出标本 1 万余件，设有《地学摇篮》、《中国石文化》、《矿产资源》、《地质环境》4 个展厅。

（一）、生物进化史主题展

1）门厅：大型生命进化浮雕，大型地球仪，“进化中的生命、演变中的地球”主题展台。另包括博物馆简介，展览内容布局和参观路线示意图，总服务台。

2）上山之路：展示南京地区震旦系-侏罗系地层的仿真岩层剖面（镶有许多南京地区的化石）。

3）化石奥秘：介绍化石定义、化石类型、化石形成、化石作用和达尔文进化论的展墙，大型展台和相间分布的动植物化石以及一些大型古生物化石的展示。

4）前寒武纪：地球在太阳系中的位置展墙，早期地球环境展墙，生命的起源和早期演化油画展墙和展台，早期火山喷发展墙，最古老岩石展墙和最古老岩石和化石展品，生物的五界分类展墙，瓮安生物群展墙和展台，埃迪卡拉动物群

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展墙和展台。

5）古生代：各纪古地理展墙，梅树村动物群展墙，澄江动物群景观橱窗，寒武纪大爆发展墙，寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪展墙和展台。

6）中生代：三叠纪、侏罗纪和白垩纪展墙和展台，菊石时代展墙和展台，爬行动物和恐龙时代展墙，白垩纪末恐龙绝灭事件展墙。

7）新生代：古近纪、新近纪、第四纪和第四纪气候展墙、展台以及大型绘画和大型骨架化石。

（二）、生命进化专题展

1）澄江动物群特展厅：包括主题墙：澄江动物群-揭示寒武纪大爆发的独特窗口，澄江动物群大型地层剖面，澄江动物群景观复原图：寒武纪早期海洋生物世界，奇虾Anormalocaris等模型，海底景观隧道，反映澄江动物群生态的三维动画，放大镜展墙，复原图展墙，化石照片展墙等。展出澄江动物群代表性化石：12个大类，80多个种，约240块标本。

2）恐龙天地：大型岩石地台，知识展台，恐龙景观箱，侏罗纪和白垩纪恐龙生态模拟岩石，展台。展示了以马门溪龙，沱江龙、禄丰龙和翼龙构成的群体造型。

3）微观世界：直径6m仿颗石藻的圆形展厅，内设显微镜四台、投影仪一台。

4）菊石展台，展示震旦纪到第四纪的代表性化石。

5）无脊椎动物化石大观展墙，展示十一个门类的化石。

6）二叠纪末的生物大灭绝：模型景观、大型喷绘画与展台、展墙。

7）恐龙时代的海洋（关岭生物群）：大型模型景观，展台。

8）海百合化石幕墙，展示28块大型海百合化石。

9）热河生物群：展墙、展台、大型绘画、大型模型景观窗。展示以东方叶肢介-狼鳍鱼-三尾拟蜉蝣为代表的热河生物群以及中华龙鸟，孔子鸟，孔子鸟，尾羽鸟，娇小辽西鸟等

10）鸟类的起源和早期演化：模型景观和展台。

11）山旺生物群：岩石展台和图文展台。

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12）南京直立人：大型溶洞，展板。南京直立人头骨模型和其它古人类头骨复原模型以及与南京直立人共生的展示，南京直立人在人类演化历史上的地位等。

13）南京地史演变：展示南京地区地层表和南京地区数字地质图的展墙，大型南京地形模型。

14）我从哪里来：大型喷绘，展墙和影象展示。

第三章 专题论述

宜兴善卷洞—岩溶地区的主要工程地质问题及处理措施

岩溶也称喀斯特（karst）,是指以碳酸盐为主的可溶性岩石（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐）地区，由于地表径流和地下水流对岩石的溶蚀作用和机械破坏作用，在岩体中形成洞穴，或在岩层的表面形成奇峰异石等独特的地貌景观。南斯拉夫的喀斯特高原是典型地区，并因此得名“喀斯特”。1966年5月在中国第二次全国岩溶学术会议上将“喀斯特”以“岩溶”作为中国的通用术语。

凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解与沉淀）为主。机械过程（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。这种作用所造成的地表形态和地下形态叫岩溶地貌。岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。

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就整个岩溶地区来说，地貌的发育与地下水面有密切关系，而地下水面又随当地河流或海平面的变化而变化。因此，可以认为整个岩溶地区地貌发育的基面是河流或海平面，但就岩溶地区地下岩溶来说，其发展深度是以可溶性岩石底板为下限。因此，可溶性岩石的底板就是地下岩溶发育的基面。假定有一个上升的宽平高地，地壳上升以后，长期稳定，且由产状平缓、岩性致密和厚层的石灰岩所构成，则岩溶地貌的发育大致如下：

开始发育成石芽、溶沟、漏斗和落水洞。地表水部分转入地下，循裂隙进行溶蚀。此时裂隙扩大不多，地面河流仍居优势。随着裂隙的不断扩大，岩体内形成许多独立的洞穴系统。在较大的洞穴系统内，地下水面的位置较低；较小的洞穴系统内，地下水面的位置较高，一般无统一的地下水面。随着地下洞穴充分发育，独立的洞穴逐渐归并，成为一个完整的系统，并形成一个统一的地下水面。地下水面以上的溶洞干涸，地下水面附近的洞穴内有地下河。此时，地下水的垂直分带十分明显，地面河流已大部转入地下，成为非常缺水的蜂窝状地面。后来，由于长期的溶蚀和侵蚀，地面逐渐被蚀低，离地面较浅的溶洞，因洞顶崩塌而出露地表，地下河的某些河段，也因地下河不断扩大和顶板的崩塌，出露地表，成明流与暗流交替出现。

最后，地下河就逐渐转变为地面河。在地下河转化为地面河的过程中，地下河的顶板崩塌愈多，破坏及搬运作用也愈强烈，地面破碎，形成大型的溶蚀洼地和峰林等地貌。由于地下河道及溶洞的大量崩塌形成了地表水系，岩溶盆地不断蚀低扩大，这时地面降低了，在岩溶盆地底部或平原上堆积石灰岩残余堆积物——红土，溶蚀平原上残留有石灰岩残丘及孤峰，地面起伏已很小，接近于准平原。

由于岩溶的发育致使建筑物场地和地基的工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。归纳起来，岩溶区的工程地质问题主要有以下几类：

1.地基稳定性及塌陷问题

在岩溶地区，由于地表覆盖层下有石芽溶沟，岩体内部有暗河、溶洞，建筑物的地基通常是很不均匀的。上覆土层还常因下部岩溶水的潜蚀作用而塌陷，形

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成土洞。土洞的塌陷作用常常是突然发生的。土洞出现的地区往往就是地下岩溶发育的区域。

工业与民用建筑物的压力作用范围多在地面以下10m左右。所以，建筑物的地基既涉及上覆土层，也涉及下伏基岩。岩溶区的土层特点是厚度变化大，孔隙比高。因此，地基很容易产生不均匀下降，从而导致建筑物倾斜甚至破坏。根据岩溶发育的特点，岩溶地区可能遇到以下几类地基：

（1）石芽地基

由于地表岩溶作用，石灰岩表层溶沟发育。纵横交错的溶沟之间多残留有锥状或尖棱状的石芽，致使石灰岩基面高低不平，形成石芽地基。石芽间的溶沟常被土充填，因此强度较低，压缩性较高，易引起地基的不均匀沉降而影响建筑物的稳定性。因此，在石芽地基上修建建筑物时，必须查清基岩的埋深、起伏情况、覆盖土层的压缩性及石芽的强度。

（2）溶洞地基

溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模、埋深及充填情况。当溶洞的规模大、埋深浅、溶洞顶板承受不了建筑物的荷载时，就会使溶洞顶板坍塌、地基失稳。当建筑物地基直接遇到溶洞时，可视溶洞的规模及充填物情况，进行适当处理。规模小，可采用清除或堵塞，或盖板跨越；规模大，则不宜作为建筑物的地基。为了确保溶洞地基的稳定性，必须根据溶洞的规模、溶洞顶板岩层的性质确定洞穴离地面的安全深度，即溶洞顶板的安全厚度。当溶洞埋深大于安全厚度时，地基是稳定的；否则地基不稳定，必须进行处理。实践中，对溶洞顶板安全厚度的确定常采用以下方法：

a.对洞顶完整的溶洞，顶板安全厚度采用厚跨比法确定。认为当溶洞顶板厚度h与建筑物跨过溶洞的长度L之比h/L>0.5时，溶洞顶板安全。

b.对顶板不完整、洞顶坍塌的溶洞，顶板安全厚度洞顶板坍塌堵塞计算法。所需塌落高度(H)按下式计算：

H=H0/(K-1)式中

H0——洞体最大高度（m）；

K——岩体松散（涨余）系数，石灰岩K=1.2，粘土K=1.05。

c.若溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育，则可按裂隙节理分布特征采用受力的梁

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（板）计算弯矩，根据弯矩和岩体应力求洞顶板的厚度。（3）土洞地基

在覆盖型岩溶地区，可溶岩的上覆土层中常常发育着空洞，一般叫土洞。当土洞顶板在建筑物荷载作用下失去平衡而产生下陷或塌落时，则危及建筑物的安全。因此，凡是岩溶地区有第四纪土层分布的地段，都要注意土洞发育的可能性，应查明土洞的成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小，以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟的分布。

由于溶洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞的处理首先措施是治水，然后根据具体情况，可采取以下方法处理：

a.当土洞埋深较浅时，可采用挖填和梁板跨越；

b.对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁板跨越；

c.对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂（砾）或灌碎石混凝土以充填空间。

渗漏和突水问题

地区的岩体中有许多裂隙、管道和溶洞，在进行水库、大坝、隧道、基坑等工由于岩溶程活动时，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。

库区应选在地势低洼，四周地下水位较高，上游有大泉出露而下游无大泉出露，上下游流量没有显著差异的河段上，要避免邻区有深谷大河。如果发现库底有渗漏，可采用堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库内或导出库外）等方法进行处理。

对岩溶突水的处理，原则上以疏导为主。对隧道中的岩溶水，可用水管引入隧道边沟或中心排水沟排出。水量过大时，可用平行导坑排水。

岩溶地基变形破坏主要形式有地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动、地表坍塌等。目前对岩溶洞体稳定性评价方法有定性、半定量和定量之分。对稳定围岩,将洞体顶板视作结构自承重体系,可用结构力学分析法;对不稳定围岩,一般用散体理论分析法。岩溶地基处理方法视具体情况采取“不处理”、“绕避”、“处理”

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三类措施。

1．岩溶地基可不加处理的场合 属于下列情况的,岩溶地基可不加处理: 岩溶在基础影响范围以外;溶洞处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力与洞顶地层自重应力之比≤10%时,洞顶板无破碎现象,受力地基边缘无土洞、漏斗、落水洞地段;基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁,洞隙被密实充填且无被水冲蚀可能地段;洞体厚跨比大于1,围岩完整性好或洞体小于基础底面。可采取绕避措施的场合

当遇到以下情况时,宜采取“绕避”措施: 岩溶区。断裂、孔隙发育,宽度和密度较大,其底与溶洞、暗河相通的地段;溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞径大、顶板薄、裂隙发育、基岩破碎,暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段;岩溶水以表流和暗流交替出现,岩溶发育复杂无规律;落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常发生的地段;基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下水活动强烈地段;地基处理费用太高的地段。

土洞区。土层薄、裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、暗河或呈负岩面的地段;石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、通道发育为地表水集中入渗的地段;地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段;隐伏深大岩溶洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临近基岩面以上有软弱土层分布地段;人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水体近旁的地段。

当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求,常据岩溶具体情况、工程要求、施工条件,按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法。

3．常用地基处理方法 3.1 填垫法

该法可分为充填法、换填法、挖填法、垫褥法等几类。

充填法适用于裸露岩溶土洞,其上部附加荷载不大的情况。最底部须用块石、片石作填料,中部用碎石,上层用土或混凝土填塞,以保持地下水的原始流通状况,使其形成自然的反滤层。

当已被充填的岩溶土洞,如充填物物理力学性质不好,可采用换填法。须清除

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洞中充填物,再全部用块石、片石、砂、混凝土等材料进行换填。石横电厂厂房岩溶地基处理采用此法取得了很好的效果。

对浅埋的岩溶土洞,将其挖开或爆破揭顶,如洞内有塌陷松软土体,应将其挖除,再以块石、片石、砂等填入,然后覆盖粘性土并夯实,称挖填法。此法适用于轻型建筑物,并且要估计到地下水活动再度掏空的可能性。为提高堵体强度和整体性,在填入块石、片石填料时,注入水泥浆液;对于重要工程基础下或较近的溶洞、土洞,除去洞中软土后,将钢筋或废钢打入洞体裂隙后再用混凝土填洞,对四周的岩石裂隙注入水泥浆液,以粘结成整体,并阻断地下水。

对岩溶洞、隙、沟、槽、石芽等岩溶突出物,可能引起地基沉降不均匀,将突出物凿去后做30-50 cm砂土垫褥处理,称为垫褥法。

3.2 加固法

该法通常包括灌浆法、顶柱法、强夯法、挤密法、浆砌法等。

对埋深较大的岩溶土洞,宜采用密钻灌浆法加固。应视岩溶洞隙含水程度和处理目的来选择材料。用于填塞时,可用粘土、砂石、混凝土、水泥砂浆等;用于防渗时,可用水泥浆和沥青作帷幕,灌浆顺序可先外围后中间,先地下水上游后下游;用于充填加固时,用快干材料或砂石等将洞隙先行填塞,开始时压力不宜过高,以免浆料大量流出加固范围。在对广州白云机场候机楼扩建工程岩溶地基处理过程中,程鉴基运用双液化学硅化法对复杂多层含水溶洞成功进行加固。

当洞顶板较薄、裂隙较多、洞跨较大,顶板强度不足以承担上部荷载时,为保持地下水通畅,条件许可时采用附加支撑减少洞跨,称顶柱法。一般在洞内做浆砌块石填补加固洞顶并砌筑支墩作附加支柱。贵州一铁路构筑物以半挖半填形式通过一顶板厚2—3.2 m的大型溶洞上方,在洞内砌筑4根浆砌片石柱以支撑溶洞顶板,即获解决顶板稳定问题。

在覆盖形岩溶区,处理大面积土洞和塌陷时,强夯法是一种省工省料、快速经济且能根治整个场地岩溶地基稳定性的有效方法。一般夯击遍数1—8遍,夯点距3 m。如无地下水影响,两遍夯击间歇时间可不受限制,在夯击过程中,如果夯锤突然下陷,说明下部有隐伏土洞,此时可随夯随填土或砂砾土料处理。

对岩洞土洞中软土较深地段,适宜于挤密性。采用砂柱、石灰柱、松土桩、混凝土桩或者钢管等打入洞内,形成复合地基,提高地基稳定性和强度。

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3.3 跨越法

此法包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。

深度较大、洞径较小不便入内施工或洞径虽大、但因有水的溶洞,可据建筑物性质和基底受力情况,用混凝土板或钢筋混凝土板封顶,称板跨法。桂林某厂车间柱基基础下面采用钢筋凝土板跨越下伏溶洞或土洞,在各杯口周围同样预留灌浆孔,保证了各柱沉降比较均匀;宜春市张坊大桥3号桥台也用钢筋混凝土板跨越溶沟,处理效果良好。

对埋藏较深但仍位于地基持力层内的规模较小的塌陷或土洞,可用弹性地基梁或钢筋混凝土梁跨越土洞或塌陷体。贵州某影剧院岩溶地基的处理采用倒挂式沉井墩式基础作支承,然后在沉井、墩基及基岩上架设20.6 m的弹性地基梁跨越溶洞处理效果甚佳。

在地下建筑工程的边墙、堑式挡墙、堤式坡脚挡墙及桥墩、桥台等地基下常见洞身较宽、深度又大、洞形复杂或有水流的岩溶地基,宜采用拱跨形式。拱分浆砌片石拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱。

3.4 桩基法

溶洞、塌陷漏斗较深较大或溶洞多层发育,可采用桩基础。在基岩起伏处,其上覆土层性质较软弱、厚度又大、不易清除时,宜采用钻孔或冲孔灌注桩、爆扩桩,视工程需要作支承桩或摩擦桩,桩头锚入基岩内;采用打入桩时,桩尖应锚入基岩,采用人工挖孔桩时,多数情况开挖时宜设护壁。湖南某厂锅炉房采用钻孔灌注桩有效处理了深达12.3 m、宽4.8 m的溶洞。广西某市中心广场24层贸易大厦采用冲孔和挖孔要结合,解决复杂、多层、含水岩溶地基强度和稳定性问题。

第四章 实习总结

短短三天的地质工程实习让我们学到了很多的知识。工程地质实习不仅仅是简单的“公费旅游”，而是要我们在游览的过程中思考工程地质课程中学习的知识，对应到眼前所见。例如我们在宜兴善卷洞，观察到的溶洞现象是我们在教材中无法领略到的，所谓实践出真知，正是我们切身的投入到实践中才更好的巩固了我们的知识。这三天的学习我们收获了很多。首先，我们巩固了上学期工程地质课上所学到的知识，对课本上理论介绍有了更深刻的理解。其次，我们了解了很多常规的地质工作基本方法与技能，练习了编写实习报告的能力。同时，在实

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习过程中发现了自己的不足，地质作用不是像书上所写的那样简单的，而是复杂的多样的，只是通过书本上的东西来进行研究，不到现场去观察了解，是不能真正弄清一个地质现象的。

中南大学地质工程综合 篇7

岩土工程勘察的主要目的是查明建筑场地及附近不良地质现象以及对拟建建筑物的影响程度;查明场地地层时代、岩性、结构及分布情况;查明各土层的物理力学性质指标并对其稳定性及承载力作出评价;查明场地土的湿陷类型和地基湿陷等级;查明地下水埋藏条件, 并对其腐蚀性作出评价;查明场地土的类型, 建筑场地类别;对地基进行评价, 提供地基处理方法, 推荐经济合理的地基基础方案。为保证建筑物地基基础的经济合理、安全可靠, 现场勘察工作量的布置遵循有关勘察设计、抗震等方面的规范, 结合建筑物性质, 以钻探、井探、原位测试等多种手段进行综合勘察、分析评价, 并取得科学合理的勘察成果, 为工程设计提供科学依据。

1-钻孔;2-动探孔;3-取样孔;4-标贯试验;5-控制孔;6-抽水孔;7-孔号孔源;8-孔口标高水位埋深;9-剖面线及编号

2工程概况

湖南某商住综合楼工程, 呈东西向长方形布置, 建筑平面尺寸35 m×62 m, 其中主楼长58 m×宽32 m, 地上为18层, 裙楼为两层, 地下设有两层地下室。采用框剪结构, 筏板基础, 基础砌置深度-9.50 m, 基底承载力为400 kPa。建筑物对差异沉降敏感, 安全等级属一类建筑物, 场地拆除旧房后其高差仅有0.84 m, 较为平坦,

3岩土工程勘察与地基土的工程性能分析

3.1 勘察方案布署及勘察手段

该工程共布置勘探点13个, 主楼9个, 深度16.00 m～28.30 m, 其中有5个钻孔, 为采用SM植物胶护壁 (冲洗液) 钻进钻孔与N120超重型触探对比孔;裙楼钻孔共4个, 深度14.70 m～15.10 m;另外为获得水文地质数据布抽水试验钻孔1个, 深度25.00 m, 见图1。

工程除采用钻探与N120超重型触探外, 还进行了标贯、微贯及波速等原位测试。室内进行了常规土分析、固结试验、剪切试验、颗粒分析、基岩天然单轴抗压强度试验、水质分析等。通过这些勘察及试验手段, 为查明岩土层分布及其工程特性取得了必要的数据。

3.2 地基土的工程性能

该场地地貌单元属临江I级阶地, 地基土埋深18.50 m, 以浅由第四系人工堆积层、粘性土等组成, 按其成因类型、土层结构及其性状特征可分为7层, 各土层现自上而下分述如下。

(1) 人工填土。

浅黄色、褐红色, 稍湿, 层厚1.70 m～2.40 m;

(2) 粘土。

褐红色, 湿, 可塑, 层厚0.80 m～2.10 m, N=5.4击, 微贯P=2.05, γ=27.6 kN·m-3, Ip=19.2, Il=0.23, e=0.813, C=17kPa, ϕ=19°, av=0.31MPa-1;

(3) 粉土。

浅灰色, 湿, 局部硬塑, 层厚0.60 m～1.90 m, N=7.0击, γ=27.6 kN·m-3, Ip=9.0, Il=0.49, e=0.762, C=16kPa, ϕ20°, av=0.58MPa-1;

(4) 粉砂。

湿, 层厚0.00 m～1.50 m, N=6.7击;

(5) 中砂。

很湿, 中密, 层厚0.50 m～3.10 m, N120触探1.96击;

(6) 卵石。

层厚0.00 m～10.00 m, N120触探松散2.53击、稍密4.67击、中密7.50击, 密实11.03击;

(7) 基岩。

由白垩系泥岩组成, 风化深度大, 岩层破碎, 强风化带厚度约3.80 m～5.80 m, 而中等风化泥岩较为完整, 但强度较低, 平均抗压强度为2.05 MPa。

本次5个采用SM植物胶护壁 (冲洗液) 钻进钻孔均揭露至基岩, 根据原位测试、室内试验并结合本地区建筑经验, 地基土物理力学指标建议值如表1。

3.3 地下水

场地地下水类型有上层滞水和孔隙潜水, 上层滞水局部赋存于人工填土层中, 其分布与生活用水有关, 无统一的水位, 仅分布在局部地段;孔隙潜水主要赋存于第四系冲洪积砂卵石中, 受大气降水及地下径流补给, 并通过地下径流、蒸发等方式排泄。经查明场地地下水静止水位为-6.90 m, 根据区域水文地质资料, 地下水丰枯水期年变化幅度为1.50 m～2.50 m。

该建筑设计地下室开挖深度-9.50 m, 其坑底面低于地下水静止水位2.60 m, 故基坑开挖时必须降水后才能干作业施工。为此, 选定在场地西南角施工一个水文试验孔, 旨在获得水文地质资料和参数, 为基坑降水开挖设计提供依据。采用GY100-1型型钻机成孔, 井管结构:成孔ϕ550 mm, 成管ϕ300 mm, 在井内7.50 m～22.50 m井段为抽水试验段。

抽水试验采用抽水能力为40 t深井泵一台, 作一次降深, 连续抽水及观测21h30min, 其中水位稳定时间11 h。涌水量用三角堰测定流量, 利用公式Q=c·h5/2, 计算涌水量q=10.3L·s-1, Q=889.9 m3·d-1。用电水位器测量水位, 水位降深S=5.40 m。该孔含水层厚度18.10 m, 损失水头3.30 m, 求得H=14.80 m。渗透系数 (K) 值及降水影响半径 (R) 的计算公式如下:

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根据 (1) 、 (2) 式计算结果K=15.3 m·d-1、R=162.5 m供设计使用, 建议在降水设计时应按施工周期内最高水位参加计算。

据《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001) 环境划分该场地应为Ⅱ类环境, 水质分析结果该场地属HCO-3;Ca2+·k+·Na+型地下水, pH值=6.6为中性水。根据地下水对砼腐蚀性判别, 其腐蚀介质测试值:SOundefined、Mg2+、NH+4、OH-均小于评定值, 而PH值大于评定值, 故对砼结构无腐蚀性;CI-+SOundefined×0.25小于评定值, 故对砼结构中钢筋无腐蚀性;pH值大于评定值, 故对钢结构无腐蚀性。因此, 对施工砼中水泥及防护层厚度均不作特殊要求。

4场地工程地质分析及判定

4.1 建筑场地的稳定性及适宜性评价

本场地构造位置是在四级构造的湘中褶皱带中, 分布基本一致, 其长轴走向呈NE30°～40°, 形成沉积厚度相对均匀的丘陵地带, 断裂及沉降活动大为减弱, 趋于稳定。由于本场地距地下隐伏断裂甚远, 无新构造活动的迹象, 在地壳稳定区内, 因此适宜建筑。

4.2 场地地震效应分析

根据《建筑抗震设计规范》 (GB5001l-2008) , 本工程抗震设防烈度为6度, 设计地震分组为第一组, 设计基本地震加速度值为0.06g。该场地为良好场地分区。

场地内饱和粉土及粉砂在地震作用下是否液化, 需按《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2008) 第4.3.4条液化判别标准贯入临界击数计算, 计算式如下

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经 (3) 式计算Ncr=4.4﹤N63.5=8.2 (实测击数) , 故粉砂不属液化土;粉土中含粘粒为11.96%, 大于10%, 故可不考虑液化影响, 且这两层土均在基坑开挖时被清除, 故地震时土层不会液化而影响建筑的稳定性。

场地中单孔波速测试地基土的卓越周期为0.286 s, 剪切波速加权平均值 (vse) 为250 m·s-1, 故场地地基土属中硬场地土, Ⅱ类建筑场地, 属建筑抗震有利地段。

建筑物在地震作用下, 是否因共振而发生破坏, 可根据场地的卓越周期和建筑物的固有周期进行估算。根据本地区经验判别式进行判别:

0.3Tb<|T-Tb| (4)

式中: Tb—建筑物的固有周期;Tb= (0.05～0.08) n;N—结构层数 (22层) ;T—实测场地地基土的卓越周期 (0.286s) 。

当地震作用下等式成立则建筑物不会产生共振破坏, 反之则建筑物产生共振破坏。经计算结果如下:

0.3Tb= (0.33-0.528) <|T-Tb| (5) = (0.814-1.474)

根据判别等式成立, 可判定拟建综合楼不会产生共振破坏。综上所述该场地地基土中无液化土层, 建筑在地震作用下也不会产生共振破坏的不良地质作用, 其安全是有保证的。

4.3 场地地基土均匀性评价

该综合楼主楼初拟采用天然地基, 筏板基础, 基础埋深-9.50 m, 基础底面标高为487.82 m。为分析评价天然地基的均匀性, 首先确定主楼地基压缩层深度 (Zn) 及其土质组成。

主楼地基压缩层深度按《高层建筑岩土工程勘察规范》 (JGJ72-90) 第6.2.6条 (6.2.6-2) 公式计算如下:

Zn= (Zm+ξb) β (6)

式中: Zm—与基础长宽比有关的经验值;l、b—基础长度、宽度;l/b=1.8125;Zm=12.3;ξ—系数:ξ=0.48;β—调整系数, 碎石土β=0.3。

经计算, 主楼地基压缩层深度为8.20 m, 对主楼持力层及下卧层情况进行了统计, 根据统计资料从持力层层面坡度、持力层和第一下卧层在基础宽度方向上的均匀性以及地基压缩层内压缩模量的均匀性等三个方面进行评价:

(1) 按持力层层面坡度的均匀性评价:根据建筑周边各钻孔之间持力层层面高程差计算坡率, 坡率大于10%为不均匀;小于10%为均匀, 经计算在3-3′、6-6′剖面即场地西南角, 孔间坡率分别为11.11%和13.12%, 存在不均匀性, 因土质及厚度变化较大所致。

(2) 按地基持力层和第一下卧层在宽度方向上均匀性评价:在拟建主楼三条剖面上进行了持力层和第一下卧层在宽度方向上的厚度差计算, 当厚度差值大于0.05b (b为基础宽度) 为不均匀地基, 经计算:8-8′剖面地基持力层以及4-4′、8-8′两剖面第一下卧层厚度差大于0.05b为不均匀地基, 其产生不均匀的原因与 (1) 相同。

3) 按压缩层内各土层压缩模量评价地基宽度方向上的均匀性:根据本地区建筑经验将钻孔各土层的变形模量按经验公式Es=E0/1.1换算成压缩模量, 再按各土层厚度与压缩模量进行加权平均, 求得单孔压缩模量加权平均值进行评价计算, 采用评价剖面两端钻孔压缩模量差与压缩模量之和的1/20相比, 若后者小于前者为不均匀地基。经计算6-6′剖面Es9-Es3=11.36MPa, (Es9+Es3) /20=4.17MPa, 故呈现了不均匀性, 产生不均匀的原因是ZK9钻孔在下卧层中细砂层厚度大、压缩模量低所致。

从以上三方面对场地天然地基均匀性评价结果可以看出, 该场地天然地基存在不均匀性, 属局部不均匀地基。存在不均匀性的主要原因, 是在持力层和下卧层顶部中存在⑤中砂及⑥松散卵石层呈软弱夹层或透镜体赋存在基坑底面上下, 造成土质强度和模量变化大而引起的, 故直接利用作天然地基有一定难度, 只有采取地基处理措施, 以满足主楼基础对地基土均匀性的要求。

4.4 主楼地基土变形分析

根据《高层建筑岩土工程勘察规范》 (JGJ72-90) 第6.2.2条, 地基土的均匀性以压缩层内各土层压缩模量为评价依据时, 当属于不均匀地基, 应进行横向倾斜验算。 (JGJ72-90) 第6.2.6条“对不能准确取得压缩模值的地基土, 如碎石土, 可利用变形模量按 (6.2.6-1式) 计算天然地基沉降量:

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式中: S—沉降量 (mm) ;P—相应于荷载标准值时基础底面处平均压力 (kPa) ;b—基础底面宽度 (m) ;δi—与l/b有关的无因次系数, 查表确定;η—修正系数, 查表确定;Eoi—基础底面下第i层土按载荷试验求得的变形模量 (MPa) ;Zn—地基压缩层深度 (m) 。经计算, 7-7′、8-8′剖面相对倾斜度分别为0.000 73和0.001 13, 远小于基础容许倾斜值;6-6′剖面相对倾斜度为0.001 93≈基础容许倾斜值0.002, 这是由于钻孔ZK3中夹中砂层, 其厚度在3.00 m左右, 变形模量低所致, 由此可见沉降量及相对倾斜值都说明了该场地地基土的不均匀性。

5场地基础方案设计建议

5.1 基础持力层及下卧层判定

基础底面之下持力层及压缩层内地基土持力层由中-密实卵石和中砂组成, 各占一半, 而下卧层的1、2层中部分夹有中砂及松散卵石层, 由于夹层承载能力和模量低, 造成地基土在基础宽度方向上的不均匀性和相对倾斜值偏大, 故中砂和松散卵石不能满足基础设计荷载和变形的要求, 建议基础持力层宜选用稍-密实卵石层。

5.2 对初拟基础形式的评述

拟建建筑物设置二层地下室, 基础埋深-9.50 m, 拟采用筏板基础, 根据建筑物特点, 场地经查明地层以稍密-密实卵石层为主, 有少量松散卵石和中砂以软弱夹层或透镜体的形式赋存在基坑底面上下, 造成土质和强度变化大, 采用天然地基不能满足强度和变形的要求, 必须进行有效的地基加固处理。处理方法建议采用碎石桩或CFG桩法。应该由有相应资质的单位进行设计、施工和检测, 合格后可采用筏板基础。

6结语

综上所述, 本工程布置勘察工作量适度, 并采用多种原位测试和室内试验手段, 查明了岩土结构、地基土工程性能及波速等有关数据、地下水赋存条件以及水文地质参数, 满足了设计和岩土分析评价的要求。

本次勘察充分利用区域地质资料, 对场地稳定性和建筑适宜性进行了评价, 并对地震效应等进行了综合分析;场地地基土属中硬场地土, Ⅱ类建筑场地, 为建筑抗震有利地段;场地及地基稳定性好, 适宜修建高层商住综合楼。

摘要：本文结合工程实例, 详细介绍了高层商住楼工程地质勘察岩土与水文地质情况, 并在地基土层分析验算及判定的基础上, 对基础形式及设计方案进行了论证, 并提出合理建议。

关键词：高层商住楼,岩土工程,地质勘察,不均匀地基,原位测试

参考文献

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[3]GB50223-2004, 建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[4]吴爱君.浅谈工程地质勘察的野外工作[J].山西建筑, 2008, (34) .

中南大学地质工程综合 篇8

摘要：当前矿山资源在拉动我国经济发展与社会进步上发挥着巨大的作用，为了有效满足当前的需求量，地质勘探部门需要不断提升技术创新水平。地质找矿能力的核心内容和物质基础就是地质勘探技术，加强对其勘探方法以及技术应用的探究具有十分显著的意义。

关键词：地质勘探；方法；技术应用

引言

地质勘探是矿产开采的前提，做好地质勘探工作不仅能有效防止开采过程中的地质灾害发生，保证开采工程的安全和效率。现今地质勘探的方法多种多样，每一种方法都有其自身特点，但是每一种方法应用在地质勘探中都有其明显的局限性，从而不能做到详细的了解地质状况，因此把地质勘探中的这些技术手段有机结合，综合运用在实际地质勘探中。

一、地质勘探中运用综合勘探方法的意义

地质勘探就是通过一定的技术手段，对某一部分区域进行地质情况的详细了解，获取该地区的详细地质数据和资料，为后面进行的地质活动提供有力的参考数据地质勘探的具体工作就是矿产的勘察开发、地质灾害的调查取证、地质环境的保护等。如何有效的利用好地质勘探方法，有机的结合各种方法，取长补短，是现今我国地质勘探的主要工作方向，也是当前地质勘探行业面临的最主要的任务之一。其实施意义在于综合了这些方法的优点点，把这些方法中的一些有点扩大化。对优点进行糅合、合理组织，不仅能能优化勘探工作，提高其效率；充分利用每种方法的优点，扬长避短达到多方位结合，使地质勘探更加立体化、层次化和参数化。在保证勘探质量的同时，对勘探后续事业有奠定基础的作用，使采矿业、公路修建业、建筑业能顺利发展，为这些以地质业为基础的行业做出划时代的意义。

二、当前我国地质勘探的发展现状

虽然我国探测勘探技术取得了很大的进步，而且还在以前的技术基础上形成了新的勘探技术技能。但是放眼看世界，可以得出，虽然我国勘探技术和装备的研究水平和制造水平仍然与国际公司的差距很大。甚至拉开了一代这样远的距离，最主要的还是没有一套完善的成像勘探设备。另外，在实际的地质勘探的工作中，还出现了这种差距主要体现在地质勘探储备技术少，地质勘测的成果转化慢，自主创新能力不足，尤其是综合性研究人才缺乏。

地质勘探的技术勘探压迫遵循四个原则：统筹规划，遵循规律、合理布局，突出工作重点，拓宽工作领域和做好科技创新，增强工作能力。其一，就第一点统筹规划来说，需要完善国内外的地质勘探事项，发挥地质勘探在找矿工作中的重要作用，有关部门必须提前十年或者十五年对地质勘探工作进行规划；其二，遵循规律合理布局来说，我国地大物博，资源丰富，有关地址勘探部门还需具体问题具体分析，从实际出发，具体分析城镇格局、人口分布以及基础设施等实际情况，从而进行地质勘探工作的统筹规划，引导地质勘探工作的顺利进行；其三，在工作过程中，要以我国的地质条件为出发点，要突出成矿区带的勘察工作，并根据社会发展的经济形势的需要，扩宽地质勘查工作的工作领域。最后，关于科技创新方面，全面推动成矿理论的完善和地质勘查技术的发展，大力促进地质勘探科技能力的提高，发挥现代技术的有效作用，培养一支专业水平一流的地质勘探队伍。

三、地质勘探中综合地质勘探方法

1、地球物理勘探。地球物理勘探法也是俗称的物探，它根据岩石、土壤、矿体自身的物理性质，利用各种高科技仪器发射信号，对这些物质反射回来的信号加以分析，人为的研究信号内容，得到这些地质的物理性质，达到了解矿产分布和地质构造的目的。一般物理勘探法中使用最多的是地震和电阻率测定法，着两种方法也是物理勘探法中获取资料最多应用也最广泛的方法。

2、坑探工程法。坑探法是挖取岩石土壤材料，在实验室对采到土样进行是分析，通过对大尺寸原状土样和扰动土样的技术分析，得到该地区地质的详细数据。坑探所挖的坑一般至少要能进一个人进行材料取样，这种方法获取的地层资料最详细，是一种可靠的地质勘探方法。进行坑探工程挖掘时，要对周边的环境进行监测，设定所需要挖坑的深度、长度、和宽度有一个良好的规划处理。

3、钻探工程法。对于一些地质结构复杂的地区，表面覆盖的调查已经不能满足对该地区的实际评估，这就需要对该地区岩层进行垂直、倾斜或水平钻孔，对钻孔所去得的地质构造组成成分进行分析，从而得到这个地区的主要地质勘探数据。钻探工程法能利用钻探機械进行深度不一的地质钻探，一般在钻探法适用于一些岩石成分含量较大，地质组成较复杂的区域。

4、地质填图法。地质填图法是一种客观的地质分析方法，通过的一个地区某一段地质的了解，按照一定的比例和特定的技术将剩下的地质构造通过绘图的方法描绘在地质地图上。地质填图法要切身结合实际，对已知的那一段地质构造需要有精确的数据作为保证，才能减少人为地质填图法所产生的误差，这种方法在实际观察和实地考察的基础上，利用填图技术人员所掌握的专业知识进行地质分析，是一项相对于其他地质勘探方法较安全的方法措施，也是对工作区域的地质情况分析的重要技术手段。

5、遥感地质调查法。卫星遥感技术的广泛应用，不仅对定位有着突出贡献，对地质勘探也有深远影响。这种先进的新兴勘探手段在地质调查过程中，主要是通过对该地区的卫星遥感胶片进行判读。得到这些地区的地质数据，是一种未来广泛利用的地质勘探方法，遥感拍到的胶片在专业技术人员的读取分析下，就能得到一个个重要的地质勘探数据，也是一种高效快速的地质勘探方法。

四、地质勘探中先进技术的应用

1、地、物、化三场异常相互约束的技术方法。这类创新办法特别是在老矿山的深部和覆盖区的定位预测中有着重要的作用。尤其是X荧光分析技术能够使单位获得矿产元素成分和品位更加轻便、更加快速、更加灵巧，在未来的地质勘察中有着至关重要的，其找矿勘察的效果也很明显。尽管这种方法是目前出现了一些小的问题，但是这个方法能够使得地质勘探工作趋向于创新道路，所以，也是值得推广和了解的。

2、射线荧光技术。通过试验证明，这种新型方法准确性高，能够精确的确定地下资源的具体位置，更加加快了地质勘探这一活动的准确性还有快捷性，整体提高了工作效率。再次是采用GPS感应系统采集信息，目前这一项新型的技术在勘探行业已经被广泛使用，且主要用于地质勘测方面。这是一种新型的定位系统，找矿地质勘探中也经常使用该技术，在使用中，要先建立感应系统，该系统是由空间的导航星座、地面点的控制站、GPS接收机及地面通信网所组成。

3、综合技术。找矿的方法有很多种，现代找矿方法应该加深从地表到地质深部的传统的找矿思路，运用综合技术去思考找矿技术的方法。也就是分析岩石物理性质以及成矿规律，同时使用现代科技，使用各种精密的物理仪器工具进行测量，从而获得准确的详细的数据，还要利用现代的网络信息系统将各种数据制作成图表或者表格供技术人员参考。新思路和新方法都应得到应用，只有保证找矿的准确度，以便更能满足生产单位和国家的实际需求。通过实践证明，只要矿山工程和地下水资源的研究领域和创新技术都能得到发展。

结束语

进行地质勘探时采用单一的勘探方法具有一定的局限性，只有进行科学合理的布局，对这些地质勘探方法进行有机结合，才能让地质勘探更多更好的为我国的经济发展和社会进步做出最好的贡献。

参考文献：

[1]王嘉伟.浅谈综合地质勘探方法在地质勘探中的应用[J].西部探矿工程，2014（16）：101-103.

[2]高贵云.浅析淮南矿区矿井地质勘探方法[J].中国科技信息，2013（26）：142-143.