水电地质培训教材：二、勘察技术方法

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1、第二章 勘察技术方法 -常用方法 工程地质测绘 工程地质勘探（物探、钻探、坑探等） 工程地质测试与试验 工程地质观测及监测 工程地质物理模拟与数值分析（结构中心 岩土中 心） 第二章 勘察技术方法 -规程规范 水利水电工程地质测绘规程 SL299-2004 水利水电工程物探规程 SL326 2005、 DL/T5010-2005 水利水电工程钻探规程 SL291-2003 水利水电工程坑探规程 SL166-96 、 DL/T5050-2000 水利水电工程钻孔压水试验规程 SL31-2003 水利水电工程钻孔抽水试验规程 SL320-2005 第二章 勘察技术方法 -规程规范 水利水电工程岩石

2、试验规程 SL264-2001， DL5006-92 土工试验规程 SL237-1999 水利水电工程地质观测规程 SL245-1999 第二章 勘察技术方法 地质测绘 水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的 基础 工作。 工程地质测绘的 任务 是调查与水利水电工程建设有 关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工 程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提 供基础地质资料，并为布置勘探、试验和专门性勘 察工作 提供依据 。 第二章 勘察技术方法 地质测绘 测绘使用的 底图 应是符合 精度要求 的同等或大于 地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘 比例尺的地形图时，应在图上注明实

3、际地质测绘 精度。 图上宽度大于 2mm的地质现象应予表示。对具有 特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足 2mm时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。 地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的 2mm。 第二章 勘察技术方法 地质测绘 不同工程、不同勘察阶段对地质测绘的要求见 相关勘察规范； 具体测绘工作的程序、方法、内容等在测绘规 程中有详细规定； 地质测绘的前提： 一定要拉剖面，定标志层， 作综合地层柱状图。 第二章 勘察技术方法 工程物探 是通过检测介质的电、磁或弹性波等 物性差异 而获 取地质信息的勘探方法。 工程物探的方法很多。从原理上分，主要有：弹性 波法（地震波法、声波法）

4、、电法、磁法、电磁法、 层析成像法（弹性波 CT、电磁波 CT）及物探测井等。 每种方法都有各自的特点，在工作中应具有综合物 探的思想。根据工程勘察现场的地质条件、地球物 理应用前提，结合钻孔资料，合理运用一种或多种 物探方法，经过综合分析，排除或减少多解性的影 响，尽量接近真实。 第二章 勘察技术方法 工程物探 电法勘探的原理 电法 是以岩石和矿物存在的 电性差异 为 基础，通过研究电场的分布特征来解决 具有不同电性的物质的分布，从而解决 与之有关的工程地质问题。 电法勘探中主要应用的电磁参数有视电 阻率（ ）、介电常数（ ），磁导率 （ ），与电化学性质有关的激发极化率 （ ）以及电化学活

5、动性等。 第二章 勘察技术方法 工程物探 电法勘探适用范围 电测深法 探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态， 进行地层分层和风化分带；探测地下水位埋深等； 探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、 堤防隐患等；测试岩土体电阻率。 电剖面法 探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特 和洞穴等。 第二章 勘察技术方法 工程物探 电法勘探适用范围 高（超高）密度电法 探测构造破碎带、岩性分界面、 喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；探测覆盖层 厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。 自然电场法 探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探 测；探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐 蚀情况等。 充电法 测试地下

6、水流速、流向；探测黏土或水充填 的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分 布情况。 第二章 勘察技术方法 工程物探 电法勘探适用范围 激发极化法 地下水探测，圈定含水的古河道、古洪 积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深， 评价含水层的富水程度。 可控源音频大地电磁测深法 探测隐伏断层破碎带、 覆盖层厚度、古河道、喀斯特、洞穴等；堤防和防 渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地震勘探的原理 地震勘探 是通过人工激发产生的地震波在岩体中的 传播，当遇到弹性波差异的分界面时，弹性波在界 面上产生反射和折射，用地震仪器记录下反射波、 折射波、面波等信息，

7、分析波的运动学与动力学特 征，进而研究岩体的性质，推断地质结构。 水利水电工程地质勘察常用的地震勘探方法有： 浅 层折射波法、浅层反射波法、瑞雷面波法 。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地震勘探适用范围 瞬变电磁法 探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞 穴等；进行分层、风化分带，地下水和地热水资源 调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防 渗墙隐患等。 浅层折射波法 探测地层厚度及其分层、基岩面起伏 形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的 地下水位以及滑坡体厚度等；测试岩土体纵波速度。 不宜探测高速屏蔽层下部的地层。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地震勘探适用范围 瑞雷波法 进行浅

8、部覆盖层分层，饱和砂土液化判定， 地基加固效果评价等。 浅层反射波法 探测高速层下部的地层，划分沉积地 层层次和探测有明显断距的断层，可探测地层厚度 及其分层、基岩面起伏形态及风化层厚度、隐伏断 层构造等；探测松散层中的地下水位以及滑坡体厚 度；测试岩土体纵波速度。 第二章 勘察技术方法 工程物探 弹性波测试适用范围 单孔声波 测试岩体或混凝土纵波、横波速度和相关 力学参数；探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷 带；测试洞室围岩松弛圈厚度；检测建基岩体质量 及灌浆效果等。 穿透声波 测试岩土体或混凝土波速；探测不良地质 体、岩体风化和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度， 评价混凝土强度，检测建基岩体

9、质量及灌浆效果等。 第二章 勘察技术方法 工程物探 弹性波测试适用范围 表面声波 测试大体积混凝土或基岩露头的声波，评 价混凝土强度或岩体质量。 声波反射 检测隧洞混凝土衬砌质量及回填密实度； 检测大体积混凝土及其他弹性体浅部缺陷。 脉冲回波 检测地下洞室明衬钢管与混凝土接触状况； 检测混凝土衬砌厚度和内部缺陷。 第二章 勘察技术方法 工程物探 弹性波测试适用范围 地震穿透波速 测试岩土体纵波、横波速度，圈定大 的构造破碎带、喀斯特等速度异常带，检测建基岩 体质量和灌浆效果等。 地震连续波速测试 洞室、基岩露头等岩体纵波、横 波速度测试；检测建基岩体质量，探测风化带和卸 荷带。 第二章 勘察技

10、术方法 工程物探 地球物理测井适用范围 电测井 主要用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹 层、裂隙和破碎带位置及厚度，确定含水层的位置、 厚度，划分咸淡水分界面，也可用于测试岩层电阻 率。 声波测井 主要用于划分地层，区分岩性，确定裂隙 和破碎带位置及厚度，也可利用测试的声波速度与 其他参数计算地层岩土体的力学参数和孔隙度。 地震测井 主要用于划分地层，区分岩性，确定破碎 带的位置及厚度，也可进行地层波速测试。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地球物理测井适用范围 自然 和 测井、磁化率测井 均可用于划分地层， 区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带， 测 井还可以测试岩层密度和孔隙度。 钻孔电视

11、观察 主要用于划分地层，区分岩性，确定 岩层节理、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置和产状， 观察钻孔揭露的喀斯特洞穴的情况，也可用于检查 灌浆质量、混凝土浇筑质量，及观察井下物体等。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地球物理测井适用范围 孔壁超声成像 主要用于确定钻孔中岩层、裂隙、破 碎带、软弱夹层的位置及大致产状，也可用于检查 灌浆质量、混凝土浇筑质量，粗测钻孔直径。 温度测井 可用于测试含水层位置及地下水运动状态， 还可测试灌浆和水泥固井时水泥回返高度。 井中流体测量 可用于确定含水层位置及厚度，测试 地下水在钻孔中的运动状态和涌水量。 第二章 勘察技术方法 工程物探 地球物理测井适用范围 电

12、磁波或雷达测井 可用于划分地层和破碎带， 也可用于探查近孔壁的不良地质体。 井径测量 可用于测试钻孔的井径变化。 井斜测量 可用于测试钻孔的倾斜方位和顶角。 第二章 勘察技术方法 工程钻探 钻探 是水利水电工程地质勘察的重要手段， 通过钻探采取岩心可以： 1、 直接观察 确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征； 2、 判断 含水层与隔水层的情况，揭露地下水位（或水头） 3、 采 取岩（土） 样 、水样； 4、在钻孔中作各种水文地质 试验 、综合测井、变形测试、 地应力测量以及利用钻孔进行相关项目的长期观测等。 第二章 勘察技术方法 工程钻探 钻 进 方 法 岩石可钻性等级和特点 表镶金刚石回转钻

13、进 4 11级，较完整均一岩层 孕镶金刚石回转钻进 4 12级，较破碎不均一岩层 金刚石冲击回转钻进 9 12级，坚硬打滑岩层 硬质合金钻进 1 7级，软、中硬岩层 硬质合金冲击回转钻进 5 8级，中硬岩层 冲击钻进 1 5级，松散地层 空气潜孔锤钻进 4 12级，较完整均一岩层 第二章 勘察技术方法 压水试验 压水试验 是水利水电工程地质勘察中最常用的 岩 体 原位渗透试验，其 目的是掌握岩体的透水性。通 常求得岩体的透水率，为工程防渗设计提供依据。 试验的 重点及难点 ： 1、试段压力的确定，包括压力计算零线的确定方 法 2、透水率的计算 3、单位吸水量与透水率的关系。 第二章 勘察技术方

14、法 压水试验 1、试段压力的确定 试段压力是指作用于试段内的实际平均压力。 当用安装在与试段连通的测压管上的压力表测压时， 试段压力按 P= PP + Pz计算。 式中： P 试段压力（ MPa） PP 压力表指示压力（ MPa） Pz 压力表中心至压力计算零线的水柱压力 （ MPa）。 当用安设在进水管上的压力表测压时，试段压力按 P= PP + Pz- Ps计算。 式中： Ps 管路压力损失（ MPa） 第二章 勘察技术方法 压水试验 压力计算零线的确定： 1、当地下水位在试段以下时，压力计算零线为通过 试段中点 的水平线； 2、当地下水位在试段以内时，压力计算零线为通过 地下水位以上试段

15、中点 的水平线； 3、当地下水位在试段以上时，压力计算零线为 地下 水位线 。 第二章 勘察技术方法 压水试验 2、透水率的计算 试段透水率采用 最大压力阶段 的压力值 （ P3）和流量值（ Q3）按式 计算 式中 q 试段的透水率（ Lu） L 试段长度（ m） Q3 第三阶段的计算流量（ L/min） P3 第三阶段的试验压力（ MPa） 3 3 PL Qq 第二章 勘察技术方法 压水试验 压水试验成果整理 绘制 P-Q曲线 应采用统一比例尺，即纵坐标（ P轴） 1mm 代表 0.01MPa，横坐标（ Q轴） 1mm代表 1L/min。 曲线图上各点应标明序号，并依次用直线 相连，升压阶段

16、用实线，降压阶段用虚线。 曲线类型分为层流型、紊流型、扩张型、 冲蚀型和充填型。分别用 (A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)表示 试段压水试验成果表达方式： 20（ B） 第二章 勘察技术方法 压水试验 3、单位吸水量与透水率的关系 单位吸水量的物理意义是在 1m水柱压力作用下每米 试段内每分钟压入 1L水量为 1个单位吸水量。单位是 升 /分 .米 .米 透水率的物理意义是在 1MPa压力作用下每米试段内 每分钟压入 1L的水量为 1Lu。 因此，二者的关系为 100倍 。 第二章 勘察技术方法 抽水试验 抽水试验 是通过测量从试验钻孔中抽出的水量和在 距抽水孔一定距离处的观测孔中

17、量测的水位降低值， 根据涌水的稳定流或非稳定流理论来确定含水层水 文地质参数和判断某些水文地质边介条件的一种现 场渗透试验方法。 抽水试验是确定含水层渗透系数（ K）、导水率 （ T）、储（释）水系数（ Ss）、给水度（ ）和 导压系数（ a）的重要方法。 第二章 勘察技术方法 抽水试验 抽水试验分为：稳定流与非稳定流，单孔与多孔， 完整孔与非完整孔。 稳定流抽水试验： 在抽水试验过程中，固定地下水 降深值，同时观测其涌水量的变化，直到经过一定 时间后形成一种相对稳定的关系，并可利用裘布衣 公式进行水文地质参数计算的抽水试验。 非稳定流抽水试验： 一般是保持常流量观测水位降 深值的变化，并根据

18、泰斯非稳定流理论利用井函数 进行水文地质参数计算的抽水试验。 第二章 勘察技术方法 抽水试验 单孔抽水试验： 不带观测孔，只在一个抽水孔中测 量涌水量与水位降深值数据的抽水试验。 多孔抽水试验： 带观测孔的抽水试验。在一个抽水 孔中抽水并测量涌水量同时在观测孔中观测动水位。 完整孔抽水试验： 抽水孔进水段长度完全贯穿含水 层厚度的抽水试验。 非完整孔抽水试验： 抽水孔进水段长度仅为含水层 厚度一部分的抽水试验。 第二章 勘察技术方法 抽水试验 资料整理与参数计算 仅单孔抽水试验就有近 20个公式，使用的 计算参数就有 10多个，再加上多孔抽水试验 的计算公式，情况比较复杂。 要根据试验地段的水

19、文地质条件、钻孔结构、 抽水试验类型选择参数计算公式，要 特别注意 单位的换算 。 第二章 勘察技术方法 抽水试验 重点： 1、搞清含水层的 性质 ，是潜水或是承压水含水层； 2、搞请是什么 类型 的抽水试验（潜水完整孔、潜水 非完整孔、承压水完整孔、承压水非完整孔） 3、搞清 过滤器 处于含水层中的什么 位置 ，这个问题 出现在非完整孔中。过滤器位于含水层的上部，即 非淹没式。过滤器位于含水层的中部或下部，为淹 没式。 4、搞请约 11个（ k、 Q 、 R 、 r 、 s 、 M 、 H、 L、 a、 b、 c） 参数 中每个的含义以及它们之间的关系。 第二章 勘察技术方法 注水试验 用人

20、工抬高水头，向试段内注入清水，测定 岩土体渗透性的一种原位试验方法 试坑单环：地下水位以上的砂层、砂砾石层 试坑双环：地下水位以上的粉土、粘土层 钻孔 常水头 注水试验：渗透性较 大 的介质 钻孔 降水头 注水试验：地下水位以下的渗透 性较 小 的介质 第二章 勘察技术方法 注水试验 FQk /67.16 式中： Q-注入流量， L/min F-试坑环内面积， cm2 试坑单环注水试验渗透系数 第二章 勘察技术方法 注水试验 钻孔常水头注水 K值计算 当试段位于地下水位以下时： （式 2-7-3） 式中： k 试验土层的渗透系数， cm/s； Q 注入流量， L/min； H 试验水头， cm

21、； A 形状系数， cm。 AH Qk 67.16 第二章 勘察技术方法 注水试验 钻孔常水头注水 K值计算 干孔，且 50 H/r 200、 Hl时， 式中： r 钻孔内半径， cm； l 试段长度， cm； 其余符号意义同式（ 2-7-3）。 r l lH Q k 2 lg 05.7 第二章 勘察技术方法 地下水观测 1、地下水观测主要包括：地下水简易观测和地下 水动态观测。 2、 地下水 简易 观测 包括钻孔初见水位、钻进过程 水位、终孔水位和稳定水位以及自流孔的水头、流 量观测等。 第二章 勘察技术方法 地下水观测 3、 分层观测 。 钻进中发现新的承压含水层或其它 含水层时，应停止钻

22、进，进行临时止水隔离，并依 据观测稳定水位的要求进行水位观测。 预计在同一钻孔中 ， 可能揭露两个或两个以上含 水层 ， 需要分别测定稳定水位时 ， 则应在钻孔任务 书中作出钻孔结构设计 ， 并在实施中进行止水效果 检查 。 第二章 勘察技术方法 地下水观测 4、 地下水 动态 观测 （项目）应包括地下水位、水 质、水温及泉水流量观测；同时尚应包括工程区的 降水量观测和地表水体的水位、水质和水温观测。 地下水动态观测点网应分别由垂直和平行河流流 向的观测点线组成；远离河流的宜分别由平行和垂 直于地下水流向或垂直和平行微地貌分介线的观测 点线组成。 第二章 勘察技术方法 土工试验 1、含水率（

23、w） 是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。通常用百分 数表示。 测定含水率一般采用烘干法，将试样在 105110 的恒温下 烘至恒重。烘干时间对粘质土不少于 8h；砂类土不少于 6h； 对有机质含量超过 10%的土，应将烘干温度控制在 6570 。 在 野外 如要快速测定含水率时，也可采用 酒精燃烧法 和比重 法。酒精燃烧法适用于简易测定细粒土含水率，比重法适用 于砂类土。 第二章 勘察技术方法 土工试验 2、土粒比重（ Gs） 是指土粒在 105110 下烘至恒重时的质量与土粒同体积 4 纯水质量的比值。 其试验方法有浮称法、虹吸法和比重瓶法。 测定土粒的比重，对于粒径小于 5mm的土

24、，应采用比重瓶法。 粒径大于 5mm，其中粒径大于 20mm的土的质量小于总土质 量的 10%的土，应采用浮称法；粒径大于 20mm的土的质量 大于总土质量的 10%的土，应采用虹吸筒法；粒径小于 5mm 部分采用比重瓶法。取其加权平均值作为土粒比重。 一般土粒比重用纯水测定，对含有可溶盐、亲水性胶体或有 机质的土，须用中性液体（如煤油）测定。 第二章 勘察技术方法 土工试验 3、天然密度（ ） 测定土的密度，对一般粘质土采用环刀法；土 样易碎裂，难以切削，可用蜡封法；对于砂和 砾质土宜在现场采用灌水法或灌砂法。 土的主要物理水理性质指标 土粒比重（ Gs ） 天然密度（ ） 含水率（ ） 渗

25、透系数（ k） 孔隙比（ e） 土的稠度与界限含水率 孔隙率（ n） 土的主要物理水理性质指标 土的密度、土粒比重和含水率均 系直接试验参数。 其它指标都可 通过这三个指标计算得到。 其它物理性质指标 指标名称 物理意义 常用换算公式 干密度 饱和密度 孔隙比 孔隙率 饱和度 土的总体积 土粒质量 V m s d V Vm vs sat 土粒的体积 土中孔隙体积 s v V Ve 1 0 0 土的总体积土中孔隙体积VVn v 1 0 01 0 0 土中孔隙体积土中水的体积 v wr VVS wd 01.01 dwsa t n 1)0 0 1.01( wde ws 1 0 01 een e dw

26、S s r 土的三相图 三相图 土 图相三的 粒土 水 气 量重积体 W Wv Wa Ww WsVs Vw Va Vv V 土的主要物理水理性质指标 孔隙率（ n） 是指土中孔隙体积（ Vv）与土的总体 积 (Vs)之比。通常用百分数表示。 孔隙比（ e） 是指土中孔隙体积（ Vv）与土粒体积 (V)之比。 二者都是表示孔隙在土中所占相对体积的指标，反 映土的紧密程度。 (% )1001 een 土的主要物理水理性质指标 土的稠度 ： 细粒土因含水率的变化而表现出的各种不 同物理状态，称为细粒土的稠度。 细粒土的稠度状态主要有液态、塑态和固态三种。 土的界限含水率 ： 由一种稠度状态转变为另一

27、种稠度 状态时相应于转变点的含水率称为界限含水率。 液限（ WL） 是粘土处于可塑状态的上限含水率，相 当于液态与可塑状态之间的界限含水率。 土的主要物理水理性质指标 塑限（ WP） 是使粘性土成为可塑状态的下限含水率； 缩限（ ws） 相当于从半固态转入固态的界线含水率。 塑性指数（ IP） 是表征土的塑性状态的指标，它反映 粘性土具有可塑性的含水率变化范围，间接表明土 的强度随含水率改变而变化。 plp wwI 土的主要物理水理性质指标 液性指数 ： 式中 w 是土的天然含水率 液性指数（ IL）是判断粘土稠度状态的重要指标。 Il0 坚硬； 0Il 0.25 硬塑； 0.25Il 0.7

28、5 可塑； 0.751.0 流塑 p p pl p I ww ww ww lI 土的主要物理水理性质指标 渗透系数（ k） 是指当土中水渗流呈 层流状态时，其流速与作用水力梯 度成正比关系的比例系数，单位为 cm/s或 m/d。（达西定律） 是水文地质中重要的指标之一，通 常由现场试验或室内试验获得。 土的主要力学性质指标 压缩系数 (或压缩模量 )（ a） 抗剪强度（ ） 灵敏度（ St） 无侧限抗压强度（ qu） 土的压缩性 在压力作用下，土体中的孔隙体积减小，而 引起土体积变小的性质。用压缩系数表征。 压缩系数（ a） 是 指在 K0固结试验中，土试样 的孔隙比减小量与有效压力增量的比值

29、，即 ep压缩曲线上某压力段的割线斜率，以绝 对值表示，单位为 Mpa-1。 压缩系数的应用 在工程实际中，常以压力段为 0.1Mpa至 0.2Mpa的压缩系数（ 1-2）作为判断土的压 缩性高低的标准。 当 1-20.1Mpa-1时，为 低压缩性 ； 当 0.1Mpa-11-20.5Mpa-1时，为 中压缩性； 当 1-20.5Mpa-1时，为 高压缩性 。 抗剪强度（ ） 土具有的抵抗剪切破坏的极限强度。抗剪强度参数用摩擦 系数和凝聚力表示。 土的剪切破坏可以看作是颗粒之间联结的破坏；颗粒之间 的联结强度随剪切面上的有效应力大小而改变，这是土的 抗剪强度的主要特征之一。 土的抗剪试验包括

30、直剪试验 、 三轴剪切试验 及 十字板剪切 试验 等， 根据试验方法及排水状态有多种抗剪强度指标。 一 般根据工程需要和规程规范选用。 tgcf 无侧限抗压强度（ qu） 为土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂 向压力的极限强度。 3=0； 1=qu=2c tg(450+0.5) qu 粘性土的无侧限抗压强度 对于饱和软粘土，在不固结不排水的条 件下 =0；因此，饱和软粘土的抗剪强 度 tf=c=0.5 qu 灵敏度（ St） 灵敏度（ St） 是指原状土的无侧限抗压强度与 相同含水率的重塑土的无侧限抗压强度之比。 根据灵敏度指标判断土的灵敏性。 当 St8时为高灵敏。 颗粒分析试验 有筛析法、密

31、度计法和移液管法 筛析法 适用于粒径大于 0.075mm的土。 密度计法和移液管法 适用于粒径小于 0.075mm的土。 当土中即含有粗粒也含有细粒时，可联合 使用筛析法及密度计法或移液管法。 土的工程分类 2008年 6月 1日开始实施的 土的 工程分类标准 （ GB/T50145- 2007）属于基本分类，即通用分 类标准。它是以土的颗粒尺寸、 水理性质等为界定指标的分类体 系，较为原则与概括 SL237 001 1999与之基本一样 粒组划分 （注意界限粒径） 粒组 颗粒名称 粒径 d的范围（ mm） 巨粒 漂石（块石） d200 卵石（碎石） 60 d 200 粗粒 砾粒 粗砾 20

32、d 60 中砾 5 d 20 细砾 2d 5 砂粒 粗砂 0.5 d 2 中砂 0.25 d 0.5 细砂 0.075 d 0.25 细粒 粉粒 0.005200mm的颗粒质量 超过总质量的 50% 卵石 碎石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 d20mm的颗粒质量 超 过总质量的 50% 圆砾 角砾 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 d2mm的颗粒质量 超 过总质量的 50% 砂土分类（ P48表 3-8） 名称 颗粒级配 砾砂 d2mm的颗粒质量占总质量的 2550% 粗砂 d0.5mm的颗粒质量占总质量的 50% 中砂 d0.25mm的颗粒质量占总质量的 50% 细砂 d0.075mm的颗粒质量

33、占总质量的 85% 粉砂 d0.075mm的颗粒质量占总质量的 50% 粘性土分类 名称 塑性指数 Ip 粉质粘土 1017 土的三角坐标分类 采用高 100mm的等腰三角形，三角形的 三个边分别代表一个粒组， 常用砂粒组、粉粒组和粘粒组 逆时针由 0至 100%划分为 10等分 颗粒分析成果表示在图中 命名 土的三角坐标分类 三角坐标图 轻粉质 砂壤土 粉土 轻砂 壤土 砂土 重粘土 粘土 砂质粘土 粉质粘土 重壤土 重粉质壤土 中粉质壤土 轻壤土 中壤土 轻粉质壤土 重砂壤土 重粉质砂壤土 特征粒径 通过颗分曲线可以查得： 界限粒径（ d60）：小于该粒径的颗粒占总 质量的 60%， mm

34、； 平均粒径（ d50）：小于该粒径的颗粒占总 质量的 50%， mm； 中间粒径（ d30）：小于该粒径的颗粒占总 质量的 30%， mm； 有效粒径（ d10）：小于该粒径的颗粒占总 质量的 10%， mm。 土的不均匀系数 土的 不均匀系数（ Cu） 是表示组成土的颗粒 的均匀程度的指标，不均匀系数越大，表明 土的粒度组成越不均匀，用下式计算： 10 60 d d C u 土的曲率系数 表示某种粒径的粒组是否缺失的情况 6010 2 30 )( dd d C c 4、相对密度（ Dr ） 相对密度 （ Dr ） 是度量无粘性土紧密程度的指标， 相对密度试验包括测定最大孔隙比（砂在最松散状

35、 态时的孔隙比）与最小孔隙比（砂在最紧密状态时 的孔隙比）。 ddd ddd r ee eeD )( )( m i nm a x m a xm i n m i nm a x 0m a x 岩石的成因分类 一级分类 岩浆岩（火成岩） 是上地幔或地壳深部产生的 炽热粘稠的岩浆冷凝固结形成的岩石。如花岗岩、 玄武岩等。 沉积岩 是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。 在地壳表层，母岩经风化作用、生物作用、火山喷 发作用而成的松散碎屑物及少量宇宙物质经过介质 （主要是水）的搬运、沉积、成岩作用形成沉积岩。 如灰岩、砂岩等。 岩石的成因分类 一级分类 变质岩 由于地质环境和物理化学条件的改变，使原 先已

36、形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成 分发生改变所形成的岩石。如片麻岩、大理岩等。 岩石的主要物理水理性质指标 岩石颗粒密度（ P） 岩石块体密度（ 0 ） 软化系数（ ） 吸水率（ ） 渗透系数（ K） 孔隙率（ n） 岩石的主要物理水理性质指标 岩石颗粒密度 （ P） 是指岩石的固体部分质量与其 体积之比， g/cm3。 岩石块体密度 （ ） 是指岩块质量与其体积之比， g/cm3。按岩块的含水状态，分为干密度（ d）， 饱和密度（ sat）等。 孔隙率 （ n） 是指岩石中孔隙的体积与岩石的体积 的比值。 岩石的主要物理水理性质指标 自由吸水率（ a） ： 是指岩石试件在一个大气压和

37、 室温条件下自由吸入水的质量与岩石干质量的比值。 饱和吸水率（ s） ： 是指岩石试件强制饱和（煮沸 法或真空抽气法）后吸入水的质量与岩石干质量的 比值。 饱水系数 ：自由吸水率（ a）与饱和吸水率（ s） 之比。 岩石的主要物理水理性质指标 岩石的 吸水率 和 饱水系数 是表征岩石水理性质的重 要指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙 的数量、大小及其张开程度。 根据饱水系数的大小可以判断岩石的 抗冻性能 ，饱 水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻 性能差。 岩石的主要物理水理性质指标 在工程实践中 ， 岩石 （ 岩体 ） 的透水性有两种表 达方式： 渗透系数 （ k） 是指水力

38、坡度为 1时 ， 水在岩石中流 动的速度 。 单位为 cm/s， 也有用 m/d 。 透水率 的单位为吕荣 （ Lu） ， 即当试验压力为 1MPa 时每米试段的压入水流量 （ L/min） 。 岩石的主要物理水理性质指标 软化系数 是指岩石浸水 饱和 后的抗压强度与 干燥 状态下抗压强度的比值。 表示岩石遇水软化的性能，越大软化性能越弱， 其抗冻性和抗风化能力强；反之亦然。 岩石的主要力学性质指标 单轴抗压强度（ R） 抗拉强度（ t） 抗剪强度（ ） 泊松比（ ） 变形模量（ E0） 岩石的主要力学性质指标 单轴抗压强度（ R） 是指岩石试件在单向受力破 坏时所能承受的最大压应力，单位为

39、MPa。 根据岩石的含水状态，表征岩石抗压强度的指标 还有干抗压（ RC）、饱和抗压（ Rs） 等。 抗拉强度（ t） 是指岩石试件在单向受拉条件下 所承受的最大拉应力，单位为 MPa。 常用的试验方法有轴向拉伸法和劈裂法，其中采 用劈裂法的较多。 岩石的主要力学性质指标 抗剪强度（ ） 是指岩石试件受剪力作用时能抵 抗剪切破坏的最大剪应力。由内聚力（ c）和内 摩擦阻力 tg两部份组成。一般表达式为 =tg+c，单位为 MPa。 抗剪强度按试验方法不同，通常分为三种抗剪 强度。 岩石的主要力学性质指标 抗剪断强度 是指在一定的法向应力作用下，沿预定 剪切面剪断时的最大剪应力。反映了岩石的内聚

40、力 和内摩擦阻力之和。 抗剪（摩擦）强度 是指在一定的法向应力作用下， 沿已有破裂面剪坏时最大剪应力。 抗切强度 是指法向应力为零时沿预定剪切面剪断时 的最大剪应力。 岩石的主要力学性质指标 变形模量（ E0） 是指在单向压缩条件下，岩石试件 的轴向应力与轴向应变之比，单位为 Mpa。 当岩石的应力 应变为直线关系时，变形模量为 一常量，称为弹性模量（ E）。 泊松比（ ） 是指在单向压缩条件下，岩石试件的 横向应变与轴向应变之比。 岩体的工程地质特性 岩体中的结构面和结构体称为岩体的结 构单元，不同类型的结构单元在岩体内 的组合和排列形式称为岩体结构。 岩体结构类型是评价岩体质量的重要基 础

41、 水利水电工程地质勘察规范 将岩体 结构分为 5类 13亚类。 岩体结构及分类 类 型 亚类 岩体结构特征 块 状 结 构 整体状 岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于 100cm 块状 岩体较完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般 10050cm 次块状 岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，间距一般 5030cm 层 状 结 构 巨厚层状 岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于 100cm 厚层状 岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般 10050cm 中厚层状 岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般 5030cm 互层状 岩体较完整或完整性差，呈互层状，结构

42、面较发育或发育， 间距一般 3010cm 薄层状 岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于 10cm 岩体结构及分类 类型 亚类 岩体结构特征 碎裂 结构 镶嵌碎裂 结构 岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发 育，间距一般 3010cm 碎裂结构 岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于 10cm 散体 结构 碎块状 结构 岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物 碎屑状 结构 岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块 单项指标 岩石的强度分级 按岩石的饱和单轴抗压强度进行划分 Rb60 Mpa ，坚硬岩 60Rb30 Mpa，中硬岩或较坚硬岩 30Rb15 Mpa，较软岩 15Rb5 Mpa，软岩

43、Rb 5Mpa，极软岩 单项指标 岩体质量指标 RQD 分级 岩体质量评价 RQD（ %） 完整 很好 90100 较完整 好 7590 中等完整 中等 5075 较破碎 差 2550 破碎 很差 025 10010(% ) （ m ） （ m ）cmR Q D 钻探进尺深度 岩芯累积长度长度 单项指标 岩体完整性及分级 岩体与相应岩块的 弹性波速比值的平方 称为岩 体稳定性系数（ Kv）。据此将岩体分为 5级： 完整： Kv 0.75； Jv 3 较完整： 0.55 Kv0.75， Jv： 310 完整性差： 0.35 Kv0.55， Jv： 1020 较破碎： 0.15 Kv0.35， J

44、v： 2035 破碎： Kv0.15， Jv35 RQD与体积节理数 Jv的关系： RQD=115-3.3 Jv 单项指标 岩土体渗透性分级 GB50287-2006将岩土体的渗透性分 六级 极微透水 K 10-6cm/s q 0.1Lu 微透水 10-6K 10-5 0.1 q 1 弱透水 10-5 K 10-4 1 q 10 中等透水 10-4 K 10-2 10 q 100 强透水 10-2 K 100 q 100Lu 极强透水 K100cm/s q 100Lu 岩体风化带划分 岩体风化是指地表岩体在太阳辐射、温 度变化、水、气体、生物等因素的综合 作用下，组织结构、矿物化学成分和物 理

45、性状等发生变化的过程和现象。 岩体的风化程度不同决定了岩体的强度、 变形及渗透特性的不同，因此水利水电 工程中岩体风化带划分十分重要。 岩体风化带划分 水利水电工程地质勘察工作中按全、强、弱、 微、新分为五个风化带。岩土工程勘察规范 按残积土、全、强、中等、微、未风化分为 六个风化带。 GB50287-2006时增加了灰岩按溶蚀进行分 带。（ P97） 软弱夹层的工程地质特性 软弱夹层的分类 软弱夹层的形成与成岩条件、构造作用和地下 水活动等密切相关。按其成因一般可分为： 原生型 次生型 构造型 泥化夹层的工程地质特性 1、泥化夹层的矿物成份主要是蒙脱石、伊利 石和高岭石等 粘土矿物 ；其化学

46、成份主要为 SiO2、 Al2O3、 Fe2O3，其次为 CaO、 MgO、 K2O、 Na2O等。 2、泥化夹层的物理力学性质主要表现为粘粒 含量高 （一般大于 30% ） 、天然含水量高 （常大于塑限 ） 、 干密度低、抗剪强度低 （ 0.2左右 ） 、高压缩性以 及膨胀性、亲水性、渗流分带和渗流集中等 方面。 泥化夹层的工程地质特性 3、泥化夹层具有较强的亲水性。亲水性指标（ 液限 含水量与粘粒含量之比 ）可用来判断泥化夹层性质 的好坏，大于 1.25者为较差， 0.75-1.25者为中等， 小于 0.75者为较好。 泥化夹层的分类 （据粘粒含量） GB50287-2006根据颗粒组分以

47、粘粒（粒径小于 0.005mm）百分含量分为 四类 ： 粘粒含量少或无 岩块岩屑型 粘粒含量小于 10% 岩屑夹泥型 粘粒含量 10-30% 泥夹岩屑型 粘粒含量大于 30% 泥型 软弱夹层抗剪断强度的取值原则 按 GB50287-2006附录 D的规定，软弱夹层抗剪 断强度的取值应遵循如下原则： 1、软弱夹层应根据岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥 夹岩屑型和泥型四类分别取值。 2、当试件呈塑性破坏时，应采用屈服强度或流变 强度作为标准值。 3、当试件粘粒含量大于 30%或有泥化镜面或粘土 矿物以蒙脱石为主时，应采用流变强度作为标准值。 软弱夹层抗剪断强度的取值原则 4、当软弱夹层有一定厚度时，应考

48、虑充填度的影 响。当厚度大于起伏差时，应采用充填物的抗剪强 度作为标准值；当厚度小于起伏差时，还应采用起 伏差的最小爬坡角，提高充填物抗剪强度试验值作 为标准值。 5、根据软弱夹层的类型和厚度的总体地质特征进 行调整，提出地质建议值。 第二章 勘察技术方法 岩石（体）试验 对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度 及变形试验更重要。包括： 变形 试验 刚性承压板法和柔性承压板法 抗剪 试验 室内与现场，直剪与三轴，岩石、 岩体、结构面及混凝土与岩石等。 现场 的变形试验、抗剪试验一般在平硐中进行， 也可以在平地上进行 第二章 勘察技术方法 岩石（体）试验 岩体三轴强度试验 测定岩体在三向应力状

49、态所具有的抗压强度。工程 建设中建筑物的地基以及地下洞室围岩，多处于三 向应力状态，而岩体力学性质通常与所处应力状态 有关。与室内岩块试样三轴试验相比，现场岩体三 轴强度试验由于包含裂隙和层面等不连续面，能更 好地反映岩体的性质，能提供较大尺寸岩体单轴抗 压强度、围压系数、岩体内摩擦系数（或内摩擦 角）、粘聚力以及岩体变形参数。 现场岩体三轴强度试验采用等侧压（ 2=3）状态测 定岩体强度，试验主要技术问题为侧压的选取、试 体尺寸的确定、顶部和侧向摩擦力消除、加荷方式 与加荷速率等。 第二章 勘察技术方法 岩石（体）试验 岩体载荷试验 岩体载荷试验主要是测定半无限岩体表面所能承受 的极限载荷。

50、 通常只针对较破碎和软弱的岩体（如粘土岩、页岩、 断层破碎带等）进行。 通过岩体载荷试验可确定岩体强度特性的各特征点， 包括比例极限、屈服极限、破坏极限和极限载荷点。 与极限载荷点对应的载荷为极限承载力，表征被测 岩体所能承受的最大承载能力。 岩体载荷试验的主要试验技术问题为承压板的面积 大小和承压板应具有足够的刚度。 点载荷试验 第二章 勘察技术方法 岩石（体）试验 承压板法变形试验 圆形刚性承压板法试验计算岩体弹性（或变形）模 量 E的 计算公式： 式中 E 岩体弹性（或变形）模量（ MPa），当 W 取总变形时，计算结果为变形模量，当 W取弹性变形 时，计算结果为弹性模量； W 岩体变形（ cm）； p 承压板下单位面积上的压力（ MPa）； D 承压板直径（ cm）； 岩体泊松比。 W pDE )1( 4 2