工程地质物探与勘探的任务，主要有以下各项： （一）详细研究建筑场地的岩性及地质结构。研究个地层的性质、厚度、纵向和横向变化，进行地层划分并确定其接触关系；基岩的风化深度及风化岩石性质，划分风化带研究岩层的产状、裂隙发育程度及随深度的变化；褶皱、断裂、破碎带以及其它地质结构现象的空间分布、变化的特点。提供岩石右钻性和岩体强度、结构面发育等定量指针。 （二）查明水文地质条件。了解含水层和隔水层的分布厚度、性质及其变化，地下水位（水头）等。 （三）研究地貌及物理地质现象。查明各种地貌形态，如河谷阶地、洪积扇、斜坡的位置和结构等。研究各种物理地质现象，如岩溶的规模及发育深度，滑坡的范围、滑动面位置、动态等。 （四）取样及提供野外试验条件。从勘探工程中采取岩土样及水样，供室内试验及分析鉴定用。在勘探工程中可作各种野外试验，如岩土力学性质试验、地应力量测、水文地质试验等。 （五）其它项目。如利用勘探工程布置地下水及各种工程动力地质现象的长期观测，进行井下摄影及井下电视、灌浆等工程处理。 物探可以说是一种间接的勘探工作，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，与测绘工作相配合尤为适宜，又可为勘探工作的布置指出方向。物探成果亦须由勘探工作来证实。勘探工作包括钻探和坑探两种，能较可靠地了解地下地质情况，万其是坑探工程，勘探人呐可以直接在其中观察测量；但是它耗费人力和资金较多，周期也长，因此使用时应具经济观点。布置钻探和坑探工程，要以测绘和物探工作为基础。考虑到物探和勘探各自的优缺点，在布置工作时应综合运用，互为补充。 一个工程在不同的勘察阶段，物探 和勘探往往是配合测绘工作的，而应较多地采用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。随着勘察程度的提高，为了深入研究各种工程地质问题，以进行确切的分析、评价，钻探和坑探工程将愈来愈被广泛地采用，成为主要的勘察手段，而物探工作则作为勘探工程的辅助手段。本章ZD论述物探和勘察在工程地质勘察中的适用条件，所要解决的主要问题，统计局萧要求。心肝及勘探工作的布置、设计及施工顺序等问题。 工程地质物探 物探的全称为地球物理勘探，它是以专门仪器来探测地表层各种地质体的物理场，从而进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的一种勘探方法。 由于地质体具有不同的物理性质（导电性、弹性、磁性、密度、放射性等）和物理状态（含水率、裂隙性、固结程度等），就为利用物探方法研究各种不同的地质体和地质现象提供了物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理状态差异愈大，使用这种方法就愈能获得比较满意的结果。 需要指出的是，物探方法虽能简便而迅速地探测地下地质情况，但由于它经常受到非探测对象的影响和干扰，心肝及仪器测量精度的不够，其所得判断和解释的结果往往较为粗略，且有多解性。所以，在物探工作之后，还常须用钻探或坑探来验证，以获得确切的地质成果。物探工作的方法有电法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、核子勘探以及地球物理测井等，在工程地质勘察中运用Z普遍的是电法和地震勘探。 一、电法勘探在工程地质勘察中的应用 将各个电测 点所得地质资料边成剖面，即为物探地质剖面，它如同利用钻孔资料所墨守成规的剖面（图3—3） 环形电测深法是利用对称四极装置改变其方向，测量同一点的视电阻率。它可用来确定各向异性很明显的地质介质，职陡立岩层的走向、断层破碎带与含水裂隙带的延伸和岩溶发育的主导方向，以及它随深度的变化情况等。图3—4是利用环形电测深法所测得的裂隙主导走向为N10°W（椭圆长轴所指方向）。这个方向在不同极呓（即不同深度上）都是稳定的。 但是，钻探方法也有它一定的缺点，主要是：一般难于进行直接观察；一些有重大工程地质意义的软弱层（破碎泥化夹层、风化夹层等）和构造破碎带，往往不易取得岩心，以致达不到地质要求。为了克服上述缺点，近十余年来发民兵了钻孔摄影技术和钻孔电视以及便于地质人员能直接下井观测的大口径钻孔，使用效果良好。 二、工程地质钻探的特殊要求 工程地制裁钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的，它多具综合目的，因而在钻进方法、钻孔结构、钻进进程中的观测编录等方面均有特殊要求。 工程地质钻探 对岩心采取率要求校高，一般岩层不能低于80%；对工程建筑物至关生要的软弱夹层和断层破碎带也不能低于60%，但往往不易取得岩心。为保证获较高的岩心采取率，针对不同的勘探对象应采用相尖的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时，要昼养活冲洗液或用干钻，降低钻速，缩短钻程，Z好采用双层岩心管。近年来，黄河水利委员会在水浪底水利枢纽勘察中，革新钻具，采用套钻和化学树脂胶合的措施，几乎可以地采取泥化夹层和断层破碎带的岩心。在土层中钻进时，以采取干钻为宜，并应适当缩短钻程。 为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常运行，必须按含水层的位置和试验工作的要求，确定孔身结构及外电进方法。对不同的含水层要换径并分层止水，加以隔离。含水层愈多，换径和分层止水的次数就愈多。一般的工程地质钻孔终孔直径为91MM，根据换 径次数及位置，即可确定孔身结构。。若在基岩面以一的砂卵石层中作抽水试验干钻，不允许使用泥浆加回孔壁的办法。一般钻孔要直，不能发生弯曲；孔壁要求光滑规则，同一孔径段应大小一对敌。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。 钻孔水文地质观测，是工程地质钻探的一项重要工作，藉以了解岩层透水性的变化，发现含水层和得知其近似水位并掌握各含水层之间的水力联系等。在外钻进过程中应按水文地质钻探的要求，做好孔中水位测量，测定冲洗液消耗量及外电孔涌水量、测量水温等工作。在工程地质钻探中，为了研究岩土的物理力学性质，经常要采取岩土槔。坚硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，则必须配备专门的取土器，燕应注意取样方法和操作工序，以尽量使土倦不受或少受扰动。为达到上述的特殊要求，钻探人员应严格按规定操作，不能盲目追求进尺。 三、工程地质钻探常用的钻探方法和设备 自然地质条件是复杂的，各种钻探方法和设备都有一定的使用条件，选择钻探方法和设备时，应视钻探的目的和地质条件而定。目前，工程地质勘探中常用的钻探方法、钻具及其使用条件和优缺点列于表3—2中。 由表列可知：钻探方法可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在工程地质勘探中主要采用冲击钻探和回转钻探：按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高，孔深大，又能采取岩心，所以在工程地质勘探中使用Z为广泛。目前，国内外正在大力革新钻探技术，逐步朝着全液压驱动、仪表控制、勘探与测试相结合的方向发展。近年来，法国生产的FORACO-V。P。R。H钻机可称得上是钻探技术革新的代表，它兼具振动、冲击、回转钻进，又可作静力和动力触探试验，操作全由仪表控制，由机械手拧卸钻具，钻进效率高，适用于工程地质勘探。 为了研究工程土体的物理力学性质在工程地质勘察中，应结合勘探工作采取原状土样。但是在钻孔中采取原状土样时受到很多因素影响，其中主要的是取土器的结构和取土实用。下面介绍几种常用的取土器。 1、限制球阀式取土器在取土过程中，进入取土器内的液体、气体将球顶起排出；当取土停止时，由于球上部弹簧的作用将球压回原阀座位置，以起封闭作用，。这种球阀装置密封可靠，但要选择适当的弹簧强度，调节到适当的压力。球的直径与排水孔的直径要互相适应，以便于水、气、泥排出。 2、上提橡皮垫活阀式取土器土样进入取土筒时，取土器内的水、气、泥由活阀上部排排出，。上提钻杆时，橡皮垫封闭活门，即可取上土样。 3、回转压入式取土器有两层管，外管回转（带有合金钻头或螺旋），内管压入。内管一般球阀式取土器类似，上部是球阀封闭。这种取土器适用于深层取土。 4、水压活塞式取土器活塞式取土器的下口一下处于封闭状态，在贯入土时，取土筒下压使土样进入，活塞静止，土样上部不随任何压力，也不受钻孔内冲洗液的影响。这种取土器是借助于水泵的压力推动活塞使取土筒进入土层。在取土器下入孔底时，一个活塞将取土器下口封闭；压土时，上部活塞带动取土筒下压而采得原状土样，如图3—13所示。 以上四种取土器适用于采取粘性土的原状土样。采取砂类土和饱水软粘土是很困难的，要使用特制的取土器。近年来，我国水电勘察部门研制了厚壁管靴长筒上提 活阀式取土器，反旋活阀分节取土器和真空活塞取砂器等，采取地下水位惟下的原状砂类土和软粘土样，效果较好。原状土样的采取方法主要有三种： （1）击入法：适用于较硬的土层中取样，又可分为孔外及孔内的轻锤多击法和重锤少击法。实践证明，孔内的重锤少击法取样效果好，效率高而土样扰动小。 （2）压入法：适用于较软的土层中取样，又可分为连续压入和断续压入法。连续压入法是借助活塞油压筒或钢绳滑轮组合装置，将取土器一次快速均匀地压入土中，土样的扰动较小，当采用连续压入法无法将取土器压入土层时，则可采用断续压入法。 （3）振动法：当振动钻进进，可利用振动器的振动作用将取土器压入土中。 这种方法对土样的边缘部分扰动较大。易受振动液化的土层不适用。为了保证土样的质量，除了对取土器和取土方法进行选择外，还应注意钻探方法、钻、孔结构、清除孔内残土、操作方法、和土样封存及运输等各顶问题。 四、工程地质勘探钻孔类型及其适用条件 钻孔的类型指的是钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角，也叫做钻孔倾角。按照钻孔倾角及其变化情况，可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定各孔四种。在进行工程地质勘探时，窨采用何种角度及方向的钻孔，需视钻孔的具体任务及地形地质条件而定。为了能取得尽可能多的地质资料，又节省钻探工作量钻进方向Z好与不同岩性接触面或断层面垂直，但是在实际上往往不易达到，一般要求基夹角不中于20°。 （一） 直孔 倾角90°。在工程地质钻探中此类孔Z常用，适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。作压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。 （二） 斜孔 倾角小于90°，且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大（﹥60°），或陡倾的断层破碎带，常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。在水利水电工程地质勘探中，常用斜孔探查河床下的地质结构。尤其是在河床不很宽而水流湍急的峡谷中 ，可在两岸以斜孔向河底交叉钻进，既可较好地控制河床下的地质结构，又可以养活或避免河中布孔进行水上钻探的困难。但是斜孔钻进技术要求较高，常易发生孔身偏斜，而使地质解释工作产生误差，在软硬相间的岩层中钻进，此现象尤为严重。 （三） 水平孔 倾角多为0° 。一般在坑探工程中布置，可作为平硐、石门的延续，用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地制裁结构及卸葆裂隙，效果也较好。 （四） 定向孔 采用一些技术措施，可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲，进行定向钻进，如岩层上缓下陡进，或在一个孔中控制多个定向分枝孔，共同钻探同一目的层，或在一个孔中控制多个定向分枝孔，共同钻探同一目的层。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来，国内外广泛采用在一个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案，效果。 五、大口径钻进和小口径（金刚石钻头）钻进在工程地质勘探中的应用 （一）大口径钻进 工程地制裁勘探钻孔的孔径，大多数是168MM开孔，91MM终孔，这样的孔身结构能够满足一般的勘探、试验要求。但是在特殊情况下，譬如为了探查坝基软弱夹层和强透水带的位置及展布方向、断层破碎带和缓倾角裂隙的产大辩论和特征，以及为了检查基础的灌浆质量和混凝土的浇筑情况，就需按照工程地质的要求，打一些大口每项钻孔，以工程技术人员进入孔中直接观察和测量。。 大口径钻孔主要在水电工程地质勘探中采用。我国于1963年在丹江口坝直址打成了diyi口大口每径钻孔；之后，葛洲坝、小浪底、偏窗子、三峡等水利枢纽工程中相继采用，均取得 很好的勘探效果。面且承担了大坝基础处理等任务。 由于大口径钻孔能够让勘探人员直接进入其中观测和取样，准确地搜集到diyi性地质资料，因而避免了用一般勘探耗费大量进尺而未能搞清某些地质现象和问题的弊病。它也代替了施工复杂的竖井工程，而且由于无爆破震动，可以保持岩层的天然状态。 大口径钻探方法有冲击钻进和回转钻进，在工程地质勘探中主要使用后者，其孔径分别1150、1050、950和750MM，孔深 30—60M，可以取得财心。钻具是在现有设备基础上改装的，主要包括钻头、岩心管、取粉管、钻杆等。除钻具外，还应配备吊笼、绞国及潜水泵等必要的设备。 大口径钻进的工作情况如图3—18所示。 （二） 小口径（金刚石钻头）钻进 近年来，我国在工程地制裁勘探中逐渐推广小口径的金刚石钻进。这种钻进有很多优点：能钻进极硬的岩石，使用寿命长，钻进效率高，岩心采取率高，且岩心完整度好；孔径均匀，孔壁光滑，钻弯曲度小；钻进时平稳，设备的磨损小，能量消耗少；重量轻，搬运方便等。金刚石钻具主要包括金刚石钻头、金刚石扩也器、岩心卡簧及金刚石钻进用岩心管。金刚石钻头目前生产有直径76、66、46、36MM等几种规格，较一般的钻头要小得多，故称之为“小口径”。这种钻头是将金刚石颗粒镶嵌在钻头唇部，利用金刚石的硬度磨削岩石钻入地层。金刚石钻进一般均使用双层岩心管。从小泵送来的冲洗液，经内、外管之间的间隙而到达孔底，可减少对岩心的冲刷影响。 采用小口径（金刚石钻头）钻进，在操作上必须注意的是：在任何情况下都不允许无水钻进否则发生高热会烧毁金刚石，用过钢粒钻进的孔，不能再下入金刚石钻头，因孔底遗留钢粒，在冲击振动时会使金刚石损坏；若镶嵌的金刚石颗粒掉落孔底，应即打捞，否则会使整个金刚石钻头遭到损坏；钻进中若迂软弱夹层及裂隙发育的地层，应特别注意降低压力及转速。由于在砾石层、砾岩及硬脆破碎地层中钻进时，冲击振动很大，对金刚石的包镶金属磨耗很快，故一般不采用金刚石钻进。 金刚石钻进虽有很多优点，可是它的孔径过小，有能作现场水文地质试验。 六、声波测井在工程地质钻探中的应用墀测井是一种地球物理勘探技术，它的物理基础是研究与岩石性质密切相关的声振动沿钻井的传播特征。它具有快速，轻便的优点。近十余年来在国内外逐渐推广应用，我取得了较好的效果。 声波测井可充分利用已有的钻孔，结合地质调查，了解基岩风化壳的厚度、物征，进行分带，查明深部地层的岩性特征，进行地层划分，确定软弱夹层的层位、深度和厚度；寻找岩溶洞穴和断层破碎带；研究岩石的某些物理力学性质，进行工程岩体分类等。与其它测井方法密切配合，还可怜全部或部分代替岩心钻探，开展无岩心钻进。总之，声波测井在工程地质钻探中的应用是多方面的。 目前所应用的声波测井方法主要有以下三种：一是根据墀传播速度研究地质体性质的墀速度测井；二是根据墀振幅的衰减反映岩层性质的墀幅度测井；三是利用墀在井壁上的反向我了解井壁结构情况的专长波电视测井。其中应用Z多的是声速测井。 声速测井的装置如图3—19所示，为单发射双接收型的。两个接收器R1、R2的距离为L。沿井壁的滑行波到达两个接收器的时间差为△t，具有 L △t = —— V2 △t表示声波通过厚度为L的一段岩层所需的时间，习惯上把它换算为通过一米岩层所需的时间（叫做旅行时间），单位为μs/m。由时差△t即可求出声波在岩层中的传播速度V（m/s）: V=-106/△t 三峡水利枢纽坝基为前震旦纪的石英闪长岩和闪云斜长花岗岩，经大量声波测并工作后获得的各风化带纵波速度值列于中。 由于没风化带内，岩石组织结构、矿物万分和风化程度不同的岩石所占比例及分布，状况不同，因而不但波速不同，而且声速曲线的形态也不相同。剧风化带的波速值跳跃范围不大，曲线形态以不规则的方形锯齿为主。强内化带中，当坚硬和半坚硬岩石碎块与疏松相互掺杂时，波速值跳跃范围大而密，曲线形态为紧密排弄的长尖刺状锯齿。微风化带的声速曲线摆动幅度较小。四川某坝基48号孔的综合柱状；图，可以用来说明应用声波测勘查断层破碎带的效果。从声波曲线的整个背景值来看，代表二叠纪斑状玄武岩的V为3700-4400m/s，V为2300m/s. 但在标高390m附近，却出现了一个明显的低值异常，V、Vs分加紧为2150和1350m/s，几乎相当于政党值的一半。进行幅度观测时，声波能量吸收衰减强烈，振幅大大下降。经分析，该处是断慨角砾岩，岩体十分破碎。 七、钻孔设计书的编制、钻孔观测编录及资料整理 （一）、钻探工作耗费资金较大，应尽可能使每一个钻孔都发挥综合效益，取得较多的资料。为此，工程地质人员除了编制整个工程地质勘探设计外，还应逐个编制钻孔设计书，以保证钻探工作达到预期的目的。 钻孔设计书的内容要点应包括： 1、钻孔附近的地形、地质概况及钻孔的目的。钻孔的目的一定要充分说明，使施钻人员和观测、编录人员明确该孔的意义及钻进中应注意的问题，这对于保证钻进、观测和编录工作的质量，都是至关重要的。 2、钻孔的类型、深度及孔身结构。应根据已掌握的资料，绘制钻孔设计柱状剖面图，说明将要迂到的地层岩性、地质构造及水文地质情况等，据以确定钻进方法、钻孔类型、孔深、孔和终孔直径，以及换径深度、钻进速度及固壁方法等。 3、工程地质要求。包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编录的项目及应取得的成果资料有：钻孔柱状剖面、岩心素描（或照相）、钻进观测、试验记忆录图表及水文地质日志等。 4、说明钻探结束后对钻孔的外理意见，留作长期观测抑或封孔。 （二） 孔的观测与编录 为了全面、准确地反映钻探工程diyi性地质资料，在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作。 1、岩心观察、描述和编录 应对岩主进行鉴定，描述其颜色、矿物万分和颗粒成分、结构和构造，正确地定名，必要进取样进行岩矿鉴定。对疏松砂砾土秋粘性土，应观察其致密程度和稠度状态。确定节理裂隙的类型、延续性、蚀变充填情况、倾角 、间距等，进行裂隙统计。对风化岩石，应将岩心按风化程度进行分带和描述。必要时编制岩心素描及岩心拄状图。 通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指针等定量指针。岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总矩度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑及碎粉物质。 岩石质量指针（RQD）由D·U·迪你提出的，它是指在取出的岩心中，只计算长度大于10cm的柱状岩心长度，与本回次进飞的百分比。其计算和等级划分如图3—22所示。上述三项定量指针可反映岩石的坚硬和完整程度。岩石愈坚硬、完整，数值愈高；而愈软弱、破碎的岩石，则数值愈低。它们也与钻进的工艺和技术水平有关。 每回次取出的岩心应顺序排列，并按有关规定进行编号、装箱和保管。并应注明所取原状土样、岩样的数量及深度。 2、孔水文地质观测 注意并记录钻进过程中冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应测定其初见水位及稳定水位，确定含水层顶底板标高及厚度，测量水温，定深取水样以进行水质分析。 3、孔内情况 钻过过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻埋钻和涌砂现象等，结合岩心以判断孔内情况。如果孔壁坍塌及卡钻，岩心厂矿且采取率又低，就表明岩石裂孙发育觐上于构造破碎带中。 当钻进过程中，迂到严重风华蔌裂隙十分发育的岩层、断层破碎带、岩溶洞穴时，岩主采取率往往很低，甚至取不到岩心，给判断孔内情况带来困难。钻孔摄影和钻孔电视弥了这一缺陷，通过对孔壁的观察，可以对岩层的裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、财溶洞穴和软弱泥化夹层等，取得较为清晰的照片或图像，给人以孔内直观的感觉。目前我国水电部门使用的SK——150型钻孔摄影仪和JZS—1型钻孔电视机，为提高工程地质勘探的质量和钻孔利用率，显示了独特的优越性。 二、坑探工程设计书的编制、观测与编录 （一）坑探工程设计书的编制及观测 坑探工程的设计是在工程地质勘探总体布置的基础上进行的。其主要内容包括：坑探工程附近的地形地质情况、坑探的目的、类型、掘进深度及其谁、施工条件、观测与编录内容、取样位置和成果要求等。 坑探工程的观察、描述内容，依其类型和目的不同，侧ZD有所不同，侧ZD有所不同，一般应有：第四系和基岩地层的时代、岩性、成分、结构构造、厚度、产状及接触关系；岩石的风化特点及风化壳分带；软弱夹层的岩性、厚度、产状破碎泥化情况；断裂、裂隙的组数、产状、性质、密度、宽度以及延展、空切情况；地下水渗水点位置、特点、涌水量大小；以及不育地制裁现象的描述等。 （二）坑探工程的编录 坑探工程的编录工作主要是绘制展视图。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开。用它表示的地质成果一目了然，故在生产上广为应用。 不同类型坑探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，它们的比例尺一般为1：25—— 1：100。现介绍如下： 1、试坑、浅井、竖井等铅直坑探工程展视图，一般采用四壁辐射展开法或四壁平等展开法。前者适用于试坑，后者适用于浅井和竖井。 2、探槽展视图一般只画底和一壁，有时也将两侧壁画出。如果槽长且方向、坡度有转析时，可分段画出，使壁与氏保持平行。 3、平硐展视图一般将五个面全部画出，其中硐顶分开单画，其余几个面相联展开。硐底坡度有变化时，要用高差曲线表示。第五节 工程地质勘探的布置 布置勘探工作的总要求是：以Z少的勘探工作量取得尽可能多的地质资料。为此，要求工程地质人员必须明确勘探的目的和任务，做好勘探设计，将每个勘探工程都布置在关键部位。以发挥综合效益。
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whl1459 
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