巖土工程勘探與取樣

1、勘探與取樣,工程地質測繪與調(diào)查巖土工程勘探與取樣原位測試與室內(nèi)試驗現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測3S技術應用地質雷達,巖土工程勘探是在工程地質測繪的基礎上，利用各種設備、工具直接或間接深入地下巖土層，查明地下巖土性質、結構構造、空間分布、地下水條件等內(nèi)容的勘察工作，是探明深部地質情況的一種可靠的方法。,探明建筑場地的巖性及地質構造，即各地層的厚度、性質及其變化；劃分地層并確定其接觸關系；了解基巖的風化程度，劃分風化帶；了解巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育

2、程度及其隨深度的變化；了解褶皺、斷裂、破碎帶及其他地質構造的空間分布和變化。 探明水文地質條件，即含水層、隔水層的分布、埋藏深度、性質及地下水位。 探明地貌及物理地質現(xiàn)象，包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結構；巖溶的規(guī)模及發(fā)育程度；滑坡及泥石流的分布、范圍、性質等。 采取巖土樣及水樣，提供對巖土特性進行鑒定和各種試驗所需的樣品。提供野外測試條件。,,,,,,,,物理地質現(xiàn)象是指大量的地質變遷現(xiàn)象。

3、地質現(xiàn)象有滑坡、泥石流、巖崩、巖溶、巖堆（坡積層）、軟弱土、膨脹土、濕陷性黃土、凍土、水害、采空區(qū)以及強震區(qū)（高地應力）等。,地球物理勘探：利用專門的儀器來探測各種地質體物理場的分布情況，并對其數(shù)據(jù)及繪制的曲線進行分析解釋，從而劃分地層、判定地質構造、水文地質條件及各種不良地質現(xiàn)象，又稱為物探工程。理論依據(jù)： 地質體的物理性質——導電性、彈性、 磁性、密度、放射性等； 地質體的物理狀態(tài)——含水率、空隙性、固結狀

4、態(tài)等； 通過量測這些物理場的分布和變化特征，結合已知的地質資料進行分析研究，繼而推測地質性狀。,物探工程的特點： 速度快、設備輕便、效率高、成本低，但具有多解 性，屬間接方法。主要作用：作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質界線、界面或異常點（如基巖面、風化帶、斷層破碎帶、巖溶洞穴等）；作為鉆探的輔助手段，在鉆孔之間增加地球物理勘探點，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；作為原位測試手段，測定巖土體的

5、波速、動彈性模量、土對金屬的腐蝕性等參數(shù)。,物探工程主要解決的問題：測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追溯斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質，測定巖石的動彈性模量和泊松比；劃分巖體的風化帶、測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。,電阻率法,依靠人工建立直流電場，在地表測量某點垂直方向或水平方向的電阻率變化，從而推斷地表下地質體性狀。影響巖土介質電阻率的因素：介質組分、巖石的結構、構造、孔隙性、濕度、礦化度、溫度

6、等。電阻率剖面法：聯(lián)合剖面法、中間梯度法、對稱四極剖面法。電測深法。高密度電阻率法。,電阻率法解決的地質問題：確定不同的巖性，進行地層巖性的劃分；探查褶皺構造形態(tài)，尋找斷層；探查覆蓋層厚度、基巖起伏及風化殼厚度；探查含水層的分布情況、埋藏深度及厚度，尋找充水斷層及主導沖水裂隙方向；探查巖溶發(fā)育情況及滑坡體的分布范圍；尋找古河道的空間位置。,地震反射波法,通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點來探查地質體。主要解決的地

7、質問題：測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質，測定巖石的動彈性模量和動泊松比；劃分巖體的風化帶，測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。,物探工程的一般要求,被探測對象與周圍介質之間有明顯的物理性質差異；被探測對象具有一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強度；能抑制干擾，區(qū)分有用信號和干擾信號；在有代表性地段進行方法的有效性試驗。,地震勘探,地震勘探主要是研究人工激

8、發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土介質中的傳播規(guī)律。地震波的波場特征：運動學特征（波傳播的時間與空間的關系，是地震波對地下地質體的構造響應）；動力學特征（波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，多表現(xiàn)出地下地質體的巖性特征，亦是地質體結構特征的響應）；工程地震勘探的基本任務就是通過研究地震波的波場特征，以解決淺部地層和構造的分布，確定巖土力學參數(shù)等工程和水文勘察種所涉及到的地質問題。,巖土介質的巖性、物性、成分和結構以及所處環(huán)境的構造和地

9、表條件的不同等，都會使得地震波的運動學和動力學特征發(fā)生變化，了解和掌握這些引起地震波傳播和參數(shù)等特征變化的地質因素，實質上就是地震勘探的地質基礎問題。巖土介質的密度：巖土越致密，波速越高；波在雙相介質中傳播的速度與孔隙度成反比，即同樣巖性的巖土介質，當孔隙度大時，其速度值相對變小；（砂巖、灰?guī)r）速度的變化實際上隨巖石密度的增大而增大。一般情況下巖石埋藏得越深，反映他們的年代越老，承受上覆地層壓力的時間常、強度大，波的傳播速度越大。

10、地震波在不同巖性地層中傳播的速度稱為層速度。,地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應用地震勘探的前提，也就是工區(qū)的地震地質條件。在淺層地震勘探種，其地震地質條件主要是指淺部巖土介質的性質和地質特征，以及地表的各種影響因素。疏松覆蓋層（低速帶）潛水面和含水層地質剖面的均勻性地震界面和地質界面的差異地震標志層的確定,主要任務：探明建筑場地的巖性及地質構造，即各地層的厚度、性質及其變化；劃分地層并確定其接觸關系；了解

11、基巖的風化程度、劃分風化帶；了解巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化；了解褶皺、斷裂、破碎帶及其他地質構造的空間分布和變化。探明水文地質條件，即含水層、隔水層的分布、埋藏厚度、性質及地下水位。探明地貌及物理地質現(xiàn)象，包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結構；巖溶的規(guī)模及發(fā)育程度；滑坡及泥石流的分布、范圍、特性等。采取巖土樣及水樣，提供對巖土特性進行鑒定和各種試驗所需的樣品。提供野外測試條件。,地球物理勘探：利用專門的儀器

12、來探測各種地質體物理場的分布情況，并對其數(shù)據(jù)及繪制的曲線進行分析解釋，從而劃分地層、判定地質構造、水文地質條件及各種不良地質現(xiàn)象，又稱為物探工程。理論依據(jù)： 地質體的物理性質——導電性、彈性、 磁性、密度、放射性等； 地質體的物理狀態(tài)——含水率、空隙性、固結狀態(tài)等； 通過量測這些物理場的分布和變化特征，結合已知的地質資料進行分析研究，繼而推測地質性狀。,物探工程的特點： 速度

13、快、設備輕便、效率高、成本低，但具有多解 性，屬間接方法。主要作用：作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質界線、界面或異常點（如基巖面、風化帶、斷層破碎帶、巖溶洞穴等）；作為鉆探的輔助手段，在鉆孔之間增加地球物理勘探點，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；作為原位測試手段，測定巖土體的波速、動彈性模量、土對金屬的腐蝕性等參數(shù)。,物探工程主要解決的問題：測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追溯斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石

14、的彈性性質，測定巖石的動彈性模量和泊松比；劃分巖體的風化帶、測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。,電阻率法,依靠人工建立直流電場，在地表測量某點垂直方向或水平方向的電阻率變化，從而推斷地表下地質體性狀。影響巖土介質電阻率的因素：介質組分、巖石的結構、構造、孔隙性、濕度、礦化度、溫度等。電阻率剖面法：聯(lián)合剖面法、中間梯度法、對稱四極剖面法。電測深法。高密度電阻率法。,電阻率法解決的地質問題：確定不同的巖性，進行地層巖性的劃分；

15、探查褶皺構造形態(tài)，尋找斷層；探查覆蓋層厚度、基巖起伏及風化殼厚度；探查含水層的分布情況、埋藏深度及厚度，尋找充水斷層及主導沖水裂隙方向；探查巖溶發(fā)育情況及滑坡體的分布范圍；尋找古河道的空間位置。,地震反射波法,通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點來探查地質體。主要解決的地質問題：測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質，測定巖石的動彈性模量和動泊松比；劃分巖體的風化

16、帶，測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。,物探工程的一般要求,被探測對象與周圍介質之間有明顯的物理性質差異；被探測對象具有一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強度；能抑制干擾，區(qū)分有用信號和干擾信號；在有代表性地段進行方法的有效性試驗。,地震勘探,地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土介質中的傳播規(guī)律。地震波的波場特征：運動學特征（波傳播的時間與空間的關系，是地震波對地下地質體的構造響應）；動力學特征（波傳

17、播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，多表現(xiàn)出地下地質體的巖性特征，亦是地質體結構特征的響應）；工程地震勘探的基本任務就是通過研究地震波的波場特征，以解決淺部地層和構造的分布，確定巖土力學參數(shù)等工程和水文勘察種所涉及到的地質問題。,巖土介質的巖性、物性、成分和結構以及所處環(huán)境的構造和地表條件的不同等，都會使得地震波的運動學和動力學特征發(fā)生變化，了解和掌握這些引起地震波傳播和參數(shù)等特征變化的地質因素，實質上就是地震勘探的地質基礎問題。巖

18、土介質的密度：巖土越致密，波速越高；波在雙相介質中傳播的速度與孔隙度成反比，即同樣巖性的巖土介質，當孔隙度大時，其速度值相對變??；（砂巖、灰?guī)r）速度的變化實際上隨巖石密度的增大而增大。一般情況下巖石埋藏得越深，反映他們的年代越老，承受上覆地層壓力的時間常、強度大，波的傳播速度越大。地震波在不同巖性地層中傳播的速度稱為層速度。,地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應用地震勘探的前提，也就是工區(qū)的地震地質條件。在淺層地震勘

19、探種，其地震地質條件主要是指淺部巖土介質的性質和地質特征，以及地表的各種影響因素。疏松覆蓋層（低速帶）潛水面和含水層地質剖面的均勻性地震界面和地質界面的差異地震標志層的確定,5.勘探與取樣,物探工程 鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置,鉆探是指用一定的設備、工具（即鉆機）來破碎地殼巖石或土層，從而在地殼中形成一個直徑較小、深度較大的鉆孔（直徑相對較大者又稱為鉆井），可取巖芯或不取巖芯來了解地層

20、深部地質情況的過程。,優(yōu)點它可以在各種環(huán)境下進行，一般不受地形、地質條件的限制；能直接觀察巖芯和取樣，勘探精度較高；能提供進行原位測試和監(jiān)測工作，最大限度地發(fā)揮綜合效益；勘探深度大，效率較高。缺點耗費人力物力較多；平面資料連續(xù)性較差；鉆進和取樣有時技術難度較大。,目的查明建筑場區(qū)的地層巖性、巖層厚度變化情況，查明軟弱巖土層的性質、厚度、層數(shù)、產(chǎn)狀和空間分布；了解基巖風化帶的深度、厚度和分布情況；探明地層斷裂帶的位置

21、、寬度和性質，查明裂隙發(fā)育程度及隨深度變化的情況；查明地下含水層的層數(shù)、深度及其水文地質參數(shù)；利用鉆孔進行灌漿、壓水試驗及土力學參數(shù)的原位測試和取樣；利用鉆孔進行地下水位的長期觀測、或對場地進行降水以保證場地巖土體的相關結構的穩(wěn)定性（如基坑開挖時降水或處理滑坡等地質問題）。,我國巖土工程勘探常用的鉆探方法有沖擊鉆探、回轉鉆探、振動鉆探和沖洗鉆探。,沖擊鉆探 利用鉆具重力和下落過程中產(chǎn)生的沖擊力使鉆頭沖擊

22、孔底巖土體并使其產(chǎn)生破壞，從而達到在巖土層中鉆進的目的。包括沖擊鉆探和錘擊鉆探。根據(jù)使用工具不同還可以分為鉆桿沖擊鉆探和鋼繩沖擊鉆探。對于硬質巖土層（巖石層或碎石土）一般采用孔底全面沖擊鉆進；對于其他土層一般采用圓筒形鉆頭的刃口借助于鉆具沖擊力切削土層鉆進。,回轉鉆進 采用底部焊有硬質合金的圓環(huán)狀鉆頭進行鉆進，鉆進時一般要施加一定的壓力，使鉆頭在旋轉中切入巖土層以達到鉆進的目的。它包括巖芯鉆探、無巖芯鉆探和螺旋鉆探

23、，巖芯鉆探為孔底環(huán)狀鉆進，螺旋鉆探為孔底全面鉆進。,振動鉆探 是采用機械動力產(chǎn)生的振動力，通過連接桿和鉆具傳到鉆頭，振動力的作用使鉆頭能更快地破碎巖土層，因而鉆進較快。該方法適合于在砂土層中，特別適合于顆粒組成相對均勻細小的中細砂土層中。,沖洗鉆探 利用高壓水流沖擊孔底土層，使之結構破壞，土顆粒懸浮并最終隨水流循環(huán)流出孔外的鉆進方法。由于是靠水流直接沖洗，因此無法對土體結構及其他相關特性進行

24、觀察鑒別。,鉆探方法的適用范圍,注：1.++適用；+部分適用；—不適用。 2.淺部土層可采用下列方法鉆探：小口徑麻花鉆鉆進；小口徑勺形鉆鉆進；洛陽鏟鉆進。,破碎巖土 鉆進首先要進行破碎巖土的工作，鉆進可以采用人力或機械力（絕大多數(shù)情況下采用機械鉆進），以沖擊力、剪切力或研磨形式使小部分巖土脫離母體而成為粉末、小的巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象就稱為破碎巖土。 在孔底將巖土全部破碎成粉末或小塊

25、的鉆進方法稱為“全面鉆進”。 鉆進過程中只破壞孔底環(huán)狀部分巖土，中間巖土芯保留的鉆進方法稱為“取芯鉆進”,采取巖土芯或排除破碎巖土 這一過程又分為三種方法：一是采用機械的方法，如用取樣器、勺鉆等取出巖土心或碎塊粉末；二是將巖粉或巖土碎塊與水混合成巖粉漿或泥漿后，用抽筒抽出地表，如沖擊鉆；三是用流體（泥漿、清水、乳化液或空氣）作為循環(huán)介質，將破碎的巖屑、土塊輸送到地表。,加固孔壁

26、 當在地殼中形成鉆孔之后，鉆孔周圍原來的地層平衡穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞，繼而可能引起孔壁坍塌。因此鉆孔后必須對孔壁進行加固，加固方法有三種：一種是借助于循環(huán)液的靜水壓力來平衡地層的側向壓力以維持其穩(wěn)定，這種方法在現(xiàn)代的反循環(huán)鉆進中得到充分利用；二是用惰性材料或化學材料對孔壁進行處理加固，常用的惰性材料有水泥、粘土，化學材料有混入循環(huán)液中 的泥漿處理劑，還有直接注入鉆孔中的堵漏劑，如氰凝、丙凝等；三是用金屬或非金屬的套管下入鉆孔中以

27、支撐孔壁，這種方法雖然可靠，但成本較高。,隨著科技進步和經(jīng)濟發(fā)展，巖土鉆掘工程在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越大的作用 。已廣泛應用于：礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采；水文地質勘探和水井鉆；工程地質勘查和生態(tài)環(huán)境研究；地質災害的防治與環(huán)境治理；工民建和道路橋梁的基礎工程；國防工程及海岸工程；科學鉆探。,大量鉆探隊伍承擔著道路橋梁及工民建的地基與基礎施工任務。,,,,,鉆機可以懸掛9150m長的鉆桿延伸到海洋底部8235

28、m深的地方。,因為水深大不能錨定系留，必須使用DPS（Dynamic Positioning System - 動態(tài)定位系統(tǒng)）。,JOIDES Resolution,,,,,常用的鉆進方法及選用原則：軟巖和中硬巖層，用硬質合金回轉鉆頭鉆進； 中硬及部分中硬以上巖層，用銑齒牙輪鉆頭鉆進；硬巖，用金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭鉆進；硬脆巖層，用液動（氣動）孔內(nèi)沖擊器鉆進或鑲齒牙輪鉆進更有效；鉆孔的直徑取決于鉆進目的、鉆孔結構和鉆進方法 金

29、剛石鉆頭主要用于小口徑； 鋼粒鉆頭主要用于91mm以上的口徑； 硬質合金和牙輪鉆頭則既可鉆進小口徑孔，又可鉆進直徑 達2m以上的大口徑水井、工程施工孔和淺井。 鉆孔的深度可在幾米至幾千米的范圍內(nèi)變化。,鋁鉆桿在五段式大陸架水平井中的應用,,俄羅斯科拉超深井,坑探工程,坑探工程的目的和作用坑探工程的類型和適用條件坑探工程設計書的編制坑探工程的觀察、描述、編錄,一、坑探工程的目的和作用,在地質勘探工作中，為了揭露地質現(xiàn)象

30、和礦體產(chǎn)狀，從地表或地下掘進的各類小斷面坑道的勘探工程，簡稱坑探。 坑道掘進過程中，使用的鑿巖、裝巖、運巖、通風、排水等專用設備統(tǒng)稱為坑探機械。,優(yōu)點：勘察人員能直接觀察到地質結構，準確可靠，且便于素描；可不受限制地從中采取原狀巖土樣和用作大型原位測試。尤其對研究斷層破碎帶、軟弱泥化夾層和滑動面(帶)等的空間分布特點及其工程性質等，更具有重要意義。 缺點：使用時往往受到自然地質條件的限制，耗費資金大而勘

31、探周期長；尤其是重型坑探工程不可輕易采用。,坑探工程的作用主要包括①供地質人員進入坑道內(nèi)直接觀察研究地質構造和礦體產(chǎn)狀。②直接采集巖石樣品，為探明高級儲量，以及為后續(xù)的礦山設計、采礦、選礦和安全防護措施提供依據(jù)。③對某些有色和稀有貴金屬礦床必須用坑探來驗證物探、化探和鉆探資料。④部分坑道用于探采結合。 坑探工程除用于金屬、貴金屬、有色金屬等普查勘探外，還用于隧道、采石、小礦山采掘和砂礦探采等領域。,二、

32、坑探工程的類型和適用條件,其中前三種為輕型坑探工程，后三種為重型坑探工程。,,,三、坑探工程設計書的編制,主要內(nèi)容包括： (1)坑探工程的目的、類型和編號。 (2)坑探工程附近的地形、地質概況。 (3)掘進深度及其論證。 (4)施工條件：巖性及其硬度等級，掘進的難易程度，采用的掘進方法(鏟、鎬挖掘或爆破作業(yè)等)；地下水位,可能涌水狀況，應采取的排水措施；是否需要支護及支護材料、結構等。 (5)巖土工程要求：包括掘進過程

33、中應仔細觀察、描述的地質現(xiàn)象和應注意的地質問題；對坑壁、頂、底板掘進方法的要求，是否許可采用爆破作業(yè)及作業(yè)方式；取樣地點、數(shù)量、規(guī)格和要求等；巖土試驗的項目、組數(shù)、位置以及掘進時應注意的問題；應提交的成果。 (6)施工組織、進度、經(jīng)費及人員安排。,四、坑探工程的觀察、描述,觀察、描述的內(nèi)容包括： (1)地層巖性的劃分。第四系堆積物的成因、巖性、時代、厚度及空間變化和相互接觸關系；基巖的顏色、成分、結構構造、地層層序以及各層間接觸

34、關系；應特別注意軟弱夾層的巖性、厚度及其泥化情況。(2)巖石的風化特征及其隨深度的變化，風化殼分帶。(3)巖層產(chǎn)狀要素及其變化，各種構造形態(tài)；注意斷層破碎帶及節(jié)理、裂隙的研究；斷裂的產(chǎn)狀、形態(tài)、力學性質；破碎帶的寬度、物質成分及其性質；節(jié)理裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、穿切性、延展性、隙寬、間距(頻度)，有必要時作節(jié)理裂隙的素描圖和統(tǒng)計測量。 (4)水文地質情況。如地下水滲出點位置、涌水點及涌水量大小等。 (5)測量點、取樣點、試驗點的

35、位置、編號及數(shù)據(jù)。(6)量測探井、探槽 、豎井、斜井、平硐的斷面形態(tài)尺寸和掘進深度。,五、坑探工程展視圖,展視圖是坑探工程編錄的主要內(nèi)容，也是坑探工程所需提交的主要成果資料。所謂展視圖，就是沿坑探工程的壁、底面所編制的地質斷面圖，按一定的制圖方法將三度空間的圖形展開在平面上。由于它所表示的坑探工程成果一目了然，故在巖土工程勘探中被廣泛應用。不同類型坑探工程展視圖的編制方法和表示內(nèi)容有所不同，其比例尺應視坑探工程的規(guī)模、形狀及地質條件的

36、復雜程度而定，一般采用1∶25～1∶100。,1、探槽展視圖,首先進行探槽的形態(tài)測量。用羅盤確定探槽中心線的方向及其各段的變化，水平(或傾斜)延伸長度、槽底坡度。在槽底或槽壁上用皮尺作一基線(水平或傾斜方向均可)，并用小鋼尺從零點起逐漸向另一端實測各地質現(xiàn)象，按比例尺繪制于方格紙上。這樣便得到探槽底部或一壁的地質斷面圖。除槽壁和槽底外，有時還要將端壁斷面圖繪出。作圖時需考慮探槽延伸方向和槽底坡度的變化，遇此情況時則應在轉折處分開，分段繪

37、制。 展視圖一般表示槽底和一個側壁的地質斷面，有時將兩端壁也繪出。展開的方法有兩種：一種是坡度展開法，即槽底坡度的大小，以壁與底的夾角表示。此法的優(yōu)點是符合實際；缺點是坡度陡而槽長時不美觀，各段坡度變化較大時也不易處理。另一種是平行展開法，即壁與底平行展開。這是經(jīng)常被采用的一種方法，它對坡度較陡的探槽更為合適。,2、試坑(淺井、豎井)展視圖,此類鉛直坑探工程的展視圖，也應先進行形態(tài)測量，然后作四壁和坑(井)底

38、的地質素描。其展開的方法也有兩種：一種是四壁輻射展開法，即以坑(井)底為平面，將四壁各自向外翻倒投影而成(圖2)。一般適用于作試坑展視圖。另一種是四壁平行展開法，即四壁連續(xù)平行排列(圖3)。它避免了四壁輻射展開法因探井較深導致的缺陷。所以這種展開法一般適用于淺井和豎井。四壁平行展開法的缺點是，當探井四壁不直立時圖中無法表示。,3、平硐展視圖,平硐在掘進過程中往往需要支護，所以應及時作地質編錄。平硐展視圖從硐口作起，隨掌子面不斷推進而分段

39、繪制，直至掘進結束。其具體做法是：最先畫出硐底的中線，平硐的寬度、高度、長度、方向以及各種地質界線和現(xiàn)象，都是以這條中線為準繪出的。當中線有彎曲時，應于彎曲處將位于凸出側之硐壁裂一叉口，以調(diào)整該壁內(nèi)側與外側的長度。如果彎曲較大時，則可分段表示。硐底的坡度用高差曲線表示。該展視圖五個硐壁面全面繪出，平行展開(圖4)。,六、坑探工程的一般要求,1.當鉆探方法難以準確查明地下情況時，可采用探井、探槽進行勘探。在壩址、地下工程、大型邊坡等勘察中

40、，當需詳細查明深部巖層性質、構造特征時，課采用豎井或平硐。2.探井的深度不宜超過地下水位。豎井和平硐的深度、長度、斷面按工程要求確定。3.對探井、探槽和探硐除文字描述記錄外，尚應以剖面圖、展示圖等反應井、槽、硐壁和底部的巖性、地層分界、構造特征、取樣和原位試驗位置、并輔以代表性部位的彩色照片。4.坑探工程的編錄應緊隨坑探工程掌子面，在坑探工程支護或支撐之前進行。編錄時，應于現(xiàn)場做好編錄記錄和繪制完成編錄展示草圖。5.探井、探槽完

41、工后可用原土回填，每30cm分層夯實，夯實土干重度不小于15KN/m3。有特殊要求時可采用低標號混凝土回填。,鉆 掘 取 樣,——土樣及巖礦心的采取2008年9月22日,鉆探工程是地質勘探工作獲取實物地質資料（土樣、巖礦樣、水樣和氣樣等）的重要手段。樣品的質量直接影響著工程地質調(diào)查、地質構造判斷、礦產(chǎn)資源評價、水文地質調(diào)查，以及提交礦產(chǎn)儲量的準確性與可靠性。如何從鉆孔中取全、取準可靠的實物地質資料是本專業(yè)的關鍵技術之一。,土樣的采

42、取巖礦心的采取常用取心工具及方法繩索取心鉆具反循環(huán)鉆進取心采集巖粉和補取巖樣,1.原狀土樣的概念,在采取試樣過程中應該保持試樣的天然結構，如果試樣的天然結構受到破壞，便稱為“擾動樣”。 （擾動樣在工程地質勘查中是不容許的，除非明確說明另有所用，否則此擾動樣作廢。）,按照取樣方法和試驗目的，巖土工程勘查規(guī)范對土試樣的擾動程度分為如下的質量等級：,Ⅰ級——不擾動，可進行土類定名、含水量、密度、

43、 強度參數(shù)、變形參數(shù)、固結壓密參數(shù)試驗。Ⅱ級——輕微擾動，可進行土類定名、含水量、密度試驗。Ⅲ級——顯著擾動，可進行土類定名、含水量試驗。Ⅳ級——完全擾動，可用于土類定名?！?在鉆孔取樣時，用薄壁取土器采取的土樣定為Ⅰ～Ⅱ級；用中厚壁或厚壁取土器采得的土樣定為Ⅱ～Ⅲ級；用標準貫入器、螺旋鉆頭或巖心鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖試樣皆定為Ⅲ～Ⅳ級。,2.取 土 的 方 法,1. 壓入法　 壓入法（圖示）分為連續(xù)

44、壓入法和斷續(xù)壓入法兩種。前者是用滑輪組合裝置將取土器一次快速地壓入地層中，適用于較軟土層中的取樣；后者是將取土器分二次或多次壓入地層中。,1-鋼絲繩；2-鉆桿；3-固定滑輪；4-底梁；5-取土器,2.取 土 的 方 法,2.1 孔外擊入法,2.2 孔內(nèi)擊入法,孔外擊入法（圖示）是在地表用吊錘打擊鉆桿上的打箍，將取土器擊入地層中。,1-吊錘;2-打箍;3-鉆桿;4-取土器,孔內(nèi)擊入法（圖示）是在孔內(nèi)用重錘打擊圓柱形定向器，將

45、取土器擊入地層中?？變?nèi)擊入法結構簡單，操作方便，取土效率高，土樣攏動小，故一般常采用該法。,1-鋼絲繩；2-重錘；3-穿心桿；4-圓柱形定向器； 5-鉆桿；6-取土器,3.回轉擊入法　 采取堅硬土層中的土樣或巖樣時，若上述取土方法無法采取，可采用機械回轉鉆進用的回轉壓入式取土器（雙層取樣器）。若須在巖層中采取原狀樣品時，可在巖心鉆探的巖心中直接挑選原狀樣品。,2.取 土 的 方 法,3.取土器的基本技術參數(shù),1.設計取土器直徑

46、時，一般應考慮下列因素： (1) 取土方法 取土時土樣與取土筒內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，而造成土樣邊緣擾動，此擾動的寬度與取土方法有關。采用壓入法或擊入法擾動帶寬度一般在10mm左右。(2) 土層性質 擾動帶的寬度與土層性質有關，對于軟土、黃土等易于擾動的土層，宜采用直徑較大的取土器；反之，對于砂性土等擾動小的土層，可采用直徑較小的取土器。(3) 配合環(huán)刀直徑 目前土試驗所用環(huán)

47、刀直徑有：61.5mm、64mm和80mm幾種，土樣直徑除去擾動帶寬度，還應稍大于環(huán)刀直徑。注意：取土器的內(nèi)外徑尺寸是否合理，關系到土樣的質量。 若直徑過小取上來的是擾動土樣，若過大則給施工帶來不便。,,2.面積比（Ar） 面積比，系指取土器最大斷面與土樣斷面之比的百分數(shù)?！?　 式中： Dw--取土器管靴外徑，mm； De--取土器管靴內(nèi)徑，mm?！?面積比越小

48、，則土樣所受的擾動程度就越小，要使面積比小，關鍵是減少取土器壁厚，但取土器太薄容易產(chǎn)生變形或破裂。目前常用的取土器面積比是根據(jù)土樣種類而選用的。對一般粘性土和老粘性土可選用面積比小于30%，壁厚小于6mm的對開式取土器；而軟粘土可選用面積比小于20%，壁厚為3～4mm的取土器。,3.取土器的基本技術參數(shù),3.內(nèi)間距比（Ci）　 內(nèi)間距比即取土筒內(nèi)徑與刃口處內(nèi)徑之差對刃口處內(nèi)徑之比的百分數(shù)。 內(nèi)間距比是取土器內(nèi)側與土樣間摩擦力的標

49、志， 摩擦力的作用使土樣周圍發(fā)生擾動， 并阻止土樣進入。 故內(nèi)間距比過小，將造成擾動寬度增加，若內(nèi)間距比過大，摩擦力小，提取時，土樣容易由土樣筒內(nèi)脫落?！?　 式中： Ds--取土筒內(nèi)徑，mm。　 實踐證明，在軟粘土中取土器的內(nèi)間距比以0.5%～1.0%為宜；一般粘性土以1.0%～1.5%為宜；老粘性土以1.3%～1.5%為宜。,3.取土器的基本技術參數(shù),4.外間距比（C0）　 外間距比系指取土器筒靴外徑與取土筒外徑之

50、差對于取土筒外徑之比的百分數(shù)。外間距比是取土器外側與土壤摩擦力的標志。外間距比大，取土器易于進入土層，但太大將會增大其破土面積，增加面積比。對一般粘性土和老粘性土的外間距比以1%為宜；對于軟粘土取零。　 　 式中： Dt-取土筒外徑mm。,3.取土器的基本技術參數(shù),常用取土器的基本技術參數(shù),4.取土器的類型,(1) 按取土器下部封閉形式分：敝口式和封閉式；(2) 按取土器上部封閉形式分：球閥封閉式，活閥封閉式和活塞封閉式；

51、(3) 按取土器壁厚分：薄壁取土器，中壁取土器和厚壁取土器；(4) 按地層分：土層、砂礫石層、砂層和淤泥層取樣器。,5.取土器的結構,管靴應淬火處理，以保證有較大的強度、硬度和剛度；管靴刃口角度因切入土層性質不同而有差別，一般切入軟土層時刃口角度較小，切入硬土層時較大，對一般土層，刃口角度約為10°；半開合管內(nèi)裝有取樣筒，取樣筒要求平整、圓度好、光滑；在半開管上部的殘余管長度一般為300mm左右，供儲存土樣上部剩余土之用；

52、閥門及其他密封裝置的主要作用是排開孔內(nèi)水柱對土樣的壓力，保護土樣的采取效果。取樣時，取土器內(nèi)的水可隨土樣進入取樣筒內(nèi)，而隨土樣的壓入沖開閥門，經(jīng)上部排水孔排出流入孔壁間隙，提升取土器時，閥門關閉，孔內(nèi)水不能進入取土器，起到密封作用。,原狀取土器,1-鉆桿接頭；2-球閥；3-殘余管；4-對開半合管； 5-取樣筒；6-管靴,6.減少土樣擾動的注意事項,(1) 在結構性敏感土層和較疏松的砂層中需采用回轉鉆進，而不得采用沖擊鉆進；

53、(2) 用泥漿護孔，可以減少擾動，并注意在孔中保持足夠的靜水壓力，防止因孔內(nèi)水位過低而導致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動或涌起；(3) 取土鉆孔的孔徑要適當，取土器與孔壁間要有一定間隙，避免下放取土器時切削孔壁，擠進過多的廢土，尤其在軟土鉆孔中，時有縮徑現(xiàn)象，則更需加大取土器與孔壁的間隙；應保持鉆孔孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁； (4) 取土的前一次鉆進不宜過深，以免下部擬取部位的土層受擾動。并應在正式取土前，把已受一定程度擾動的孔底

54、土柱清理掉，避免廢土過多，以及取土器頂部擠壓土樣；取土前還應準確丈量取土器深度和進尺深度等尺寸；(5) 取土過程中每個操作工序，均應細致穩(wěn)妥，以免造成擾動；取出的土應及時用蠟密封，并注明上下，貼上標簽，做好記錄；在土樣封存、運輸和開土做試驗時，都應注意避免擾動，嚴防振動、日曬、雨淋和凍結。,1.巖礦心采取的基本要求,巖礦心采取率　 巖礦心采取率即實際自孔內(nèi)取上的巖礦心長度與實際鉆進進尺之比值。對于巖礦心一般要求：巖心不低于65

55、%，礦心不低于75%，如果不足，應進行補取。完整性　 要求取上的巖礦心保持原生結構和原有品位，以便劃分礦石類型，觀察礦物原生結構和共生關系；盡量避免人為破碎、顛倒和擾動。純潔性　 要求取上的巖礦心不受外物的浸蝕、污染和滲進，以免影響礦石的品位、品級和物理性質。如煤心混入粘土將使樣品的灰分增加，滑石混入泥漿將使二氧化硅含量提高等。 避免選擇性磨損　 礦心的選擇性磨損，會使其內(nèi)在物質成分發(fā)生變化，造成礦物人為貧化

56、和富集，歪曲原品位和品級。取心部位準確　 要求取上巖礦心的位置準確，為了得到巖礦層準確的埋藏深度、厚度和產(chǎn)狀、以準確地計算礦產(chǎn)儲量和確定其地質構造。,2.影響巖礦心采取率與品質的因素,自然因素　 影響取心數(shù)量和質量的自然因素主要是所鉆巖石的物理力學性質和巖礦層的結構、構造。 鉆進堅硬、致密、均質完整的巖礦層時采取率高，巖礦心不怕沖刷、不怕振動，易于得到完整的能保持原生結構的巖礦心；

57、 鉆進松散、破碎、節(jié)理發(fā)育、膠結性差和軟硬夾層的巖礦層時，取出的巖礦心多成塊狀、粒狀、片狀，不僅原生結構遭到破壞，而且采取率低，甚至取不出巖礦心。,2.1 鉆進方法選擇不合理　 鋼粒鉆進時振動大、孔壁間隙大、鉆出的巖礦心細，對巖礦心的磨損作用最大；硬質合金鉆進時磨損輕微；金剛石鉆進時最小。2.2 鉆具結構選用不合理　 鉆進中使用彎曲或偏心的巖心管、鉆桿、或鉆頭時，鉆進中鉆具回轉運動，產(chǎn)生離心力和水平

58、振動，使巖心受到?jīng)_撞、磨損而破壞。 此外，若能根據(jù)所鉆巖礦層性質選擇合適的取心工具，就可能取得采取率高和代表性好的巖礦心。,2.影響巖礦心采取率與品質的因素,2.3 鉆進規(guī)程不當　 (1) 壓力 壓力過大將加劇孔底鉆具的彎曲和振動，使巖礦心受到強烈的機械破壞；壓力不足則進尺慢，延長了巖礦心在孔底巖心管內(nèi)受破壞作用的時間?！?(2) 轉速 轉速過高，鉆具振動幅度增大，對巖礦心的破壞加??；轉速過低則鉆速低，延長

59、了巖礦心受破壞作用的時間。　 (3) 泵量 沖洗液量過大則沖刷力也大，加劇了巖礦心被沖毀和磨耗的破壞作用。循環(huán)方式的不合理，也會造成巖礦心被沖刷破壞和重復磨損。2.4 操作方法不正確 　 鉆進中盲目追求進尺，回次時間過長，提鉆不及時，都會增加巖礦心在孔底被破壞的可能性；提動鉆具過猛或采心方法不當，則易造成巖礦心脫落；退心時過分敲打易造成巖礦心的人為破碎和上下順序顛倒，影響巖礦心的完整性，歪曲巖礦心的層次。,在第一類巖礦層中可采用單

60、管硬質合金、鋼粒、金剛石鉆進，用卡料或卡簧取心都能達到滿意的效果。而在二～五類巖礦層中，如何采用適當?shù)娜⌒墓ぞ吆头椒▉磉_到取心質量要求是必須重視的問題。,1.卡取巖心的方法,卡料卡取法　 當用硬質合金和鋼粒鉆進中硬及中硬以上、完整的巖礦層時，鉆進回次終了時，可從鉆桿內(nèi)向孔底投入卡料（小碎石、鐵絲、鋼粒等）卡緊并扭斷巖心。用卡料卡心時，要注意卡料的粒度、長度、粗細、硬度和投入量，卡料的粒度和粗細應與巖心和巖心管之間的間隙相適應。,卡簧卡

61、取法　 卡簧（也稱提斷器）裝于鉆頭體的內(nèi)錐面上，回次終了時稍上提鉆具，即可把巖心卡住并拉斷。它主要在金剛石鉆頭、針狀硬質合金鉆頭上使用，適用于巖心完整、直徑均勻的中硬及中硬以上地層?？ɑ梢话阌?0#鉻鋼或65#錳鋼加工，并經(jīng)淬火處理。應注意卡簧與卡簧座、卡簧與巖心之間隙必須很好配合。常用的卡簧結構（圖7-6）有三種形式：內(nèi)槽式卡簧，外槽式卡簧和切槽式卡簧。,干鉆卡取法　 在回次終了停止送水，干鉆進尺一小段（20～30cm），利

62、用未排除的巖粉來擠塞住巖礦心，再通過回轉將其扭斷提出。它適用于硬質合金鉆進用卡料和卡簧都卡不住的松散、軟質和塑性巖礦層。 沉淀卡取法　 在回次終了停止沖洗液循環(huán)，利用巖心管內(nèi)懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖礦心。此法適用于反循環(huán)鉆進和在松軟、脆、碎的巖礦層。通常沉淀10～20min。楔斷器卡取法　 在鉆進回次終了將鉆具提出孔外，下入楔斷器，利用吊錘沖擊楔子將巖心楔斷，再下入夾具將巖心提出。該法適用于大直徑和巖石比較堅硬、完

63、整的巖礦層鉆進。,2.單管鉆具,單層巖心管鉆具簡稱單管鉆具，它是最簡單的取心鉆具。為提高巖礦心采取率，防止提鉆過程中巖礦心脫落，常在單管鉆具中增加分水投球接頭和活動分水帽。 工作原理：正常鉆進時，沖洗液通過分水接頭2的中心孔直接進入巖心管內(nèi)，邊緣開有若干水口的活動分水帽9呈傘形保護巖心不受沖洗液直接沖刷，且分水帽隨巖心一起上移。提鉆前由鉆桿柱內(nèi)投入球閥落于球座活塞6上，將中心水道封閉，在水壓作用下球閥活塞向

64、下移動，當超過管壁小卡5的位置時，小卡在彈簧作用下伸出將活塞擋住，這時通水孔被打開，沖洗液由此孔排出，使孔底形成干鉆條件。,活動分水投球鉆具1-導向管； 2-分水投球接頭； 3-取球孔螺塞； 4-小卡螺塞； 5-小卡及彈簧； 6-帶閥座的活塞；7-彈簧； 8-彈簧座； 9-活動分水帽； 10-硬質合金鉆頭； 11-通水孔,3.雙管鉆具,雙層巖心管鉆具是提高巖礦心采取率和采樣質量的重要工具，在復雜地層和金剛石鉆進中，應用較為普遍。為了

65、適應各類不同特點的巖礦層，雙管鉆具的結構又分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆具。 雙動雙管是內(nèi)、外兩層巖心管同時回轉的鉆具（圖示），主要由雙管接頭，內(nèi)、外巖心管，內(nèi)、外鉆頭和止逆閥組成。一般用于鉆進Ⅰ～Ⅶ級的松散、易坍塌和怕沖刷的巖礦層。,1-回水孔； 2-雙管接頭； 3-球閥； 5-外管； 6-內(nèi)管； 7、8-外、內(nèi)硬質合金鉆頭; 9-送水孔,鉆進時，內(nèi)外管帶動內(nèi)外鉆頭同時回轉并破碎巖石，沖洗液經(jīng)雙管接頭進入內(nèi)、外管間的環(huán)狀間隙，沖

66、洗孔底后再沿外管與孔壁的間隙返至地面，避免了對巖礦心直接沖刷。內(nèi)管中的沖洗液，隨巖礦心的進入沖開止逆閥3，經(jīng)回水孔1排至外環(huán)間隙，同時球閥3隔離了鉆桿內(nèi)沖洗液液柱的壓力對巖礦心的相互擠壓和磨損的影響?！?為了保護巖礦心根部不被沖刷，雙動雙管鉆具的內(nèi)鉆頭大都超前于外鉆頭，一般為20～50mm，巖層越松散，膠結性越差，超前距離就越大。,單動雙管鉆具　 鉆進過程中，外管轉動而內(nèi)管不轉動的雙管鉆具稱為單動雙管鉆具。它比雙動雙管鉆具優(yōu)越

67、，主要表現(xiàn)為鉆進中不僅避免了沖洗液直接沖刷巖礦心，更重要的是避免了振動、擺動和摩擦力對巖礦心的破壞作用。另外，有些單動雙管還設有防振、防污、防脫及退心的裝置。因此，巖礦心的采取率、完整度、純潔性等均有較大提高，代表性更好。,1-上接頭; 2-耐磨穩(wěn)定環(huán); 3-外管接頭; 4-單動部分; 5-心軸(調(diào)節(jié)螺桿); 6-鎖緊螺母; 7-內(nèi)管接頭;8-外管; 9-內(nèi)管; 10-擴孔器; 11-短節(jié); 12-卡簧; 13-卡簧座; 14-鉆頭,繩

68、索取心鉆具是一種不提鉆取心的鉆進裝置，即在鉆進過程中，當內(nèi)巖心管裝滿巖心或巖心堵塞時，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升到地表，而是借用專用的打撈工具和鋼絲繩把內(nèi)巖心管從鉆桿柱內(nèi)撈取上來，只有當鉆頭被磨損需要檢查或更換時，才提升全部鉆桿柱?！?繩索取心鉆具的應用范圍很廣，它不受鉆孔深度的影響，從幾十米的淺孔直至超萬米的超深孔均可使用，而且鉆孔越深其優(yōu)越性越能顯示；可以鉆進任意方向的鉆孔和鉆進各種地層，在Ⅵ～Ⅸ級中等硬度的巖層中效果尤為顯