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来自一线专家的岩土工程勘察经验心得分享

369 2021-02-02 14:24:52





岩土工程勘察专家

经验心得分享


万凯军


1982年毕业于

中国地质大学  (武汉)


从事勘察工作近40年,一直致力于岩土工程勘察,积累了较为丰富的经验。2012年受聘为武汉市建设科学技术委员会岩土与深基坑专家委员会主任委员,同年中国勘察设计协会聘为全国工程勘察设计行业奖评审专家,是湖北省乃至全国勘察行业的知名专家。曾获得“武汉长江隧道工程岩土工程勘察”等奖项,并为享受国务院特殊津贴的专家。对工程勘察前沿发展有所研究。

岩石?岩块?岩体?傻傻分不清

接下来就请我们的专家万老师针对岩体工程勘察重点为大家分享一下吧!




干货“分享”,给大伙儿充点儿电吧~


岩体工程勘察

工作要点

随着公司业务市场的拓展,尤其是近年来山区工程和地下工程项目持续增加,涉及岩体工程项目随之递增。鉴于工程岩体自身固有特性,而且工程岩体质量取决于多种因素,为此本文对岩体工程勘察工作要点进行归纳,与相关工程技术人员进行交流和商讨,以提升公司相关业务能力和水平。


Memories


图1 现场技术交流


截止目前,国内外发生的岩体工程事故几乎无一不与岩体中结构面相关(如图2和图3中基坑和边坡失稳),使人们逐渐认识到了“岩体”与“岩石”的本质差异,岩体工程中结构面是重要乃至决定性因素。


图2  某基坑工程边坡中结构面构成的楔形分离体失稳


图3  某路堑边坡沿外倾结构面滑塌


所以在岩体工程勘察过程中必须采取有效工作程序和方法揭示岩体中结构面发育状态,并在勘察报告书中准确反映岩体结构面以及由此形成的岩体结构的工程特性,为后续的岩体工程治理设计提供可行依据。



岩体工程基本勘察方法


对于岩体工程采用单一的常规钻探方法无法探明结构面和岩体结构特性,而应采取由表及里和逐步深入的综合勘察方法。



01

搜集和分析既有材料


全面搜集相关资料,尤其是场地及其周边的大比例尺地质图和基岩地质图及其说明书,据此初步确定场地所处地质构造单元,并了解岩层产状和断层的分布状况。

利用所搜集的资料,初步建立场地内及其周边的综合地层柱状图(尤其是标志性地层),分析区域地应力作用过程及其结果(褶皱和断裂等),以及各组构造结构面的分布及其力学特性,用于指导后续工程地质测绘和调查工作。


02

工程地质测绘和调查(含水文地质)


通过地表调查、观察和测绘,运用工程地质学原理,分析和推断深部岩体结构特征,并绘制工程地质图。实测和掌握场地内标准地层剖面后,选用穿越法确定地质构造(垂直地质构造线),采用追索法确定断裂构造(平行构造线)。地质观测点设在工程地质条件变化部位,图上点距为2~5cm。对于覆盖层较薄地段,可以辅以探井、探槽和人工刨面等方法进行追踪揭露观察。测绘和调查不要局限于红线范围,可扩大至建设场地外围,尤其是构成周边边坡的基岩出露部位。


   图4 现场工程地质测绘和调查


张性断裂平行于主地应力作用方向,一般为正断层,沿其走向呈锯齿或波浪状,破碎带的宽度较大且多为碎裂—散体结构;压性断裂垂直于主地应力作用方向,一般为逆断层,破碎带主要呈碎裂状;扭性(剪性)断裂与主地应力方向呈45度左右相交,一般为平推断层,连续性较长、平直而宽度相对较小,断层带呈碎裂状,两盘岩体呈碎裂~块裂状。

在块裂介质、板裂介质区域进行节理裂隙结构面调查统计,每个区不宜少于3处实测统计点,每处结构面统计数量不宜少于150条,绘制结构面等密度图,以此分析确定岩体中优势结构面和分离体的边界条件。


图5 现场实测岩体中结构面


节理裂隙实测内容包括产状、长度、宽度、充填物(无充填、岩屑、泥质)、起伏粗糙状况(起伏粗糙、平直光滑)等,作为结构面抗剪强度参数经验取值依据。一般张性结构面为锯齿状(Ф角相对较大,甚至存在上坡效应),扭性(剪性)结构面平直光滑(Ф角相对较小),压性结构面处于二者之间。

实测岩体体积节理数Jv(条/m3)并通过表1对应关系换算为岩体完整性系数(Kv)值,作为确定岩体完整程度依据。见下表

对于高(陡)边坡,可采用岩体结构智能解译技术。该项技术是以无人机倾斜摄影、激光扫描所获取岩体露头面三维点云数据,实现岩体结构的自动识别和参数计算。


03

物探


对于覆盖层较厚(尤其是工程地质测绘推测下伏有断裂构造)的地段,选用物探方法作进一步勘察。根据勘察场地内岩土的物性差异特性(如电阻率、磁性、地震波和声波),与物探专业人员商定有效的物探方法,并通过现场试验确定,以保证物探方法的有效性。


04

勘探

在满足规范要求布置钻探工作的基础上,重点在深埋岩体和物探异常部位进行钻探,必要时采取斜孔定向钻探,测定岩芯中结构面产状。对于重大复杂工程,在重点部位可采取平洞,并绘制平洞展示图。


图6 重庆奉节高铁站项目双层岩芯管连续取芯    (破碎岩体)


05

勘察成果资料

分析与整理


根据外业勘察取得工程地质条件资料和拟建岩体工程特性(如边坡高度、坡度、坡面倾向)等进行工程地质分区,确定各区岩体结构类别,绘制工程地质分区图及相应分区表。

对于不同类别的岩体工程(如边坡、隧道、地基等),采用相应的技术标准要求进行岩体分类或分级。其中《工程岩体分级标准》GB 50218-2014分类准则合理,提供了确定主要岩体参数及其初步评价等依据,适用各类岩体工程,所以可首先以此进行分类,再结合相应工程类别要求进行补充和完善。

在岩体结构分类的基础上,对各区段工程岩体的力学介质特性(如连续介质、块裂介质、板裂介质、碎裂介质),采用相应分析计算方法对其稳定性分析和评价。

对于块裂介质和板裂介质岩体,《岩体力学》(李铁汉等)“软弱结构面及其与临空面的组合关系,决定着岩体是否具备可能滑动的几何边界条件、可能失稳岩体的形态和规模、滑动方向以及滑动破坏的类型,是定性评价与定量预测岩体稳定性的主要依据和基础”,可据优势面结构面和不利结构面(即连续性长且可能构成潜在滑体边界的结构面)与临空面组合关系,采用赤平极射投影、实体比例投影和工程地质图(大比例尺)分析确定块裂分离体的边界。如某山前岩质边坡分析如下见下表:

图7  边坡赤平极射投影图


1) 由于边坡岩体中主要结构面同边坡倾向相反或走向线切割交角较大,且结构面倾角较陡,多大于拟建边坡角65度,所以不会产生单滑面滑动现象。

2) 由F1~J4,层面~F2和J2~F2等结构面构成的双滑面交线倾角为8.0~17.5度,不考虑这些结构面内聚力C值,仍小于节理面或断层面的内摩擦角(φ节理=24°,φ断层=22°),所以均为稳定块体。

3) 由F2~J4结构面构成的双滑面交线倾角为58度,其小于拟建边坡角65°,大于两结构面的内摩擦角(φ节理=24°,φ断层=22°),属危险分离岩体,需作分析计算。

岩体工程参数主要包括岩体物理力学参数和结构面抗剪强度,采用现场原位测试和室内试验、查表(如《工程岩体分级标准》GB 50218-2014)、工程地质类比取值(如《岩石力学性质手册》)等方法取值,并按反演分析结果进行复核和修正。

工程岩体承受的荷载按照实际工况及其有关技术标准考虑,主要包括滑体自重、地下水静水和动水压力,以及地震力、地应力、爆破振动和工程作用力等。在高应力区应考虑地应力作用,隧道应考虑围岩中重分布作用。

工程岩体的稳定评价可先据分级结果,按照《工程岩体分级标准》GB 50218-2014)对其自稳能力进行初步评价,再依据工程岩体的分类及其力学介质属性,采用有关技术标规定的公式进行稳定性分析计算,并运用工程地质类比法对分析评价结果进行复核和调整,在此基础上提出分析结论和针对性治理建议。另外,若未对边坡岩体稳定性进行定量分析,勘察报告书中所提供的坡率允许值不可一味地查表确定,应充分考虑外倾结构面的不利影响。

勘察报告书内容应符合《房屋建筑和市政基础设施勘察文件编制深度》有关章节的要求,如边坡工程勘察报告应明确工程地质条件和边坡稳定性结论,做到参数取值准确、治理措施建议合理可行。需要重视的是工程地质剖面图、探槽和平硐展示图等应准确反映岩体结构面产状,以免出现下图所示工程地质剖面图中岩层为水平状,而实际发生沿外倾层面滑移失稳事故。


图8 某基坑侧壁桩端基岩顺层滑移失稳



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《微信公众号:CSADI地下空间工程技术中心》

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