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岩土勘察设计——岩土勘察方法

作者:点击:1432 发布时间:2021-11-18

岩土勘察设计——岩土勘察方法。

1.工程地质坑探、井探、槽探、钻探坑。槽探是一种常用的勘探方法,用于在施工现场挖掘井或槽,以获得直观数据和原始土样,不使用专用机具。当地质条件复杂时,坑探可以直接观察地层的结构和变化,但坑探的深度较浅。坑探的类型有探槽、探坑和探井。在工程地质勘察中,常用的坑、槽主要有坑、槽、井、洞等类型。

       探槽是在挖掘生长条形,两壁倾斜,上宽下窄,截面有梯形或梯形。为了安 全起见,必 须对深槽两壁进行必要的支护。一般在覆盖土层小于3.0m时使用探槽。适用于了解地质结构线、断裂破碎带宽度、地层分界线、岩脉宽度及其延伸方向、采用原土试样等。挖掘深度小、形状不同的坑或矩形较短的探槽坑为探坑。探坑深度一般为1.0~2.0m,与土层目的相同。探井深度一般大于3.0m,截面形状为方形、矩形和圆形。圆形探井在水平方向上能承受较大的侧压,比其他形状的探井更安 全。

       坑探原土样可按以下步骤进行:首先,在井底或井壁指定深度挖掘土柱。土柱的直径必 须大于土柱的直径。将土柱顶面平整,套上两端开口的金属筒,切除筒外多余的土,一边切割土壤,一边压入筒,直到筒完全套入土柱,切断土柱。然后切掉两端多余的土壤,上盖,用熔蜡密封,贴上标签,注明土柱的上下方向和编号。

2.钻探

(1)工程地质钻探的概念。

       工程地质钻探是获取地表下准确地质数据的重要方法,通过钻孔采用原岩土样品和现场力学试验也是工程地质钻探的任务之一。

       钻探是指用钻头在地表下钻入地层的勘探方法。在地层径较小、深度较深的圆通孔称为钻孔。直径大于等于800mm的钻孔通常称为大直径钻井。

       钻孔上直径大,下直径小,呈阶梯状。钻孔的上部是孔,底部是孔底;周围的侧壁是孔壁。钻孔截面的直径为孔经;从大孔到小孔,称为换经。孔口与孔底的距离为孔深。

(2)钻探过程及钻孔方法。

       根据自然条件的复杂性和工程要求,选择钻井设备和钻井方法。钻机一般分为旋转式和冲击式。旋转钻机是利用钻机的旋转器驱动钻具旋转,磨掉底层钻孔,通常使用管状钻具,可取柱状岩芯样品。冲击钻机利用卷扬机用钢丝绳驱动具有一定重量的钻具上下反复冲击,使钻头打破孔底层,形成钻孔后用泵提取岩 石碎片或扰动土样。根据不同的岩 石和地层条件,可以选择不同的钻机和钻具。

钻探过程中有三个基本程序:

破碎岩土:人力和机械方法广泛应用于工程地质钻探,使少量岩土脱离整体,成为粉末。岩土块或岩土芯的现象称为破碎岩土。岩土破碎是通过冲击、剪切、研磨和压力来实现的。

采用岩土:用冲洗液(或压缩空气)将破碎的碎屑冲出孔外,或用钻具(泵筒、勺形钻头、螺旋钻头、取土器、岩芯管等。)用人力或机械将孔底的碎屑或样芯取出地面。

孔壁孔壁:为顺利进行钻探工作,必 须保护孔壁不倒塌。护壁一般采用套管和泥浆。

根据岩土破碎的方法,钻井方法可分为以下四种:

冲击钻进

       底部圆形钻头采用冲击钻进法。钻孔时,将钻具提升到一定高度,利用钻具的自重快速放落。钻具下落时产生冲击动能,冲击孔底岩土层,使岩土层达到破碎的目的,加深钻孔。

回转钻进

       回转钻法采用底部嵌焊有硬质合金的圆形钻头钻进。钻孔时施加钻压,使钻头在旋转过程中切入岩土层,达到加深钻孔的目的。钻入土质地层,有时为了有效、完整地暴露标准地层,还可以用勺形钻头钻入。

冲击-旋转钻入

       冲击-旋转钻孔结合了前两种钻孔方法在地层钻孔中的优点,以提高钻孔效率。其工作原理是:钻头在钻孔过程中克取岩 石时,施加一定的动力,对岩 石产生冲击,加快岩 石破碎速度,破坏粒度大于旋转剪切粒度。同时,由于冲击力的作用,硬质合金刻入岩 石的深度增加,岩 石在旋转过程中被切断。这大大提高了钻井效率。

冲击-旋转-振动钻进

       冲击-旋转-振动钻孔结合了地层钻孔前三种钻孔方法的优点,以提高钻孔效率。机械动力产生的振动力通过连接杆和钻具传递到圆柱形钻头周围的土壤中。由于振动器的高速振动,圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量,使土层更容易切割钻孔,切割钻孔速度更快。

(3)钻孔地质柱状图。

       钻孔地质柱状图是指钻孔穿过的地层,综合图表。图为地质时代、土层埋深、土层厚度、土层底部绝 对标高、岩土描述、柱状图、地面绝 对标高、地下水水位和测量日期、如何选择岩土位置等。柱状图的比例尺一般为1:100-1:500。

4)采用土样。

原状土样的概念。

       工程地质钻探的主要任务之一是探的主要任务之一。在采用样品的过程中,应保持样品的自然结构。如果样品的自然结构,样品就会受到干扰。这种样品被称为干扰样品,在工程地质勘察中是不允许的。二次扰动样品无效,除非另有明确说明。

       由于土工试验获得的土壤指标应可靠,因此在工程地质勘察中获得的样品必 须是保留自然结构的原始样品。原状样品包括岩芯样品和土壤样品。岩芯样品由于其坚硬,其自然结构难以破坏,而土壤样品则不同,不易受到干扰。因此,采用原土样品是工程地质勘察的重要技术。但在实际工程地质勘察的钻探过程中,不可能完全不扰动样品。

土样扰动有三个原因:

一、外部条件引起的土样扰动,如钻进工艺、钻具选择、钻压、钻速、取土方法选择等。如果选择不合理,土壤的自然结构就会被破坏。

二、采样过程中土壤中的应力条件发生变化,导致图纸中质点之间的相对位置和组织结构发生变化,甚至质点之间粘聚力的原因。

三、采用土样时,采用取土器。但无论采用何种取土器,都有一定的壁厚、长度和面积。切割如土层时,土样会产生一定的压缩变形。壁越厚,排出的土壤越多,变形越大,对土壤样本的干扰越大。

       从上面可以看出,所谓的原土样品实际上不可避免地会受到不同程度的干扰。因此,在采用土壤样品的过程中,应尽量减少对样品的干扰,尽量消除各种可能增加干扰的因素。

根据取样方法和试验目的,岩土工程勘察规范对土壤样品的扰动程度分为以下质量等级:

试验项目包括:土壤定义、含水量、密度、强度系数、变形参数、固结压密系数。

二级-轻微扰动,可进行的试验项目有:土壤定义、含水量、密度。

三 级-显著扰动,可进行的试验项目有:土壤定义。含水量。

四级-完全扰动,可进行的试验项目有:土类定义。

钻孔取样时,薄壁取土器采用的土样定为一 级~二级;

中厚壁或厚壁取土器采用的土样定为二级~三 级;

用标准贯入器、螺纹钻头或岩芯钻头制成的粘土、粉土、砂土和软岩样品均定义为3~4级。

从上面可以看出,为了获得一 级质量的土壤样品,一般采用薄壁取土器,以满足正确获得土工试验的所有物理力学参数。减少土样扰动的注意事项。

为保证土样不受干扰,采用土样前后及过程中应注意以下事项:合理的钻孔方法是确保土样不受干扰。


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