《道路工程地质》.ppt

,道 路 工 程 地 质,罗 筠,2010年8月,工作任务：,学习情境二 道路工程地质知识的应用,1.知道岩石的工程性质；2.学会查阅公路工程地质勘察规范（JTJ064-98），能进行道路、桥、构造物地质的勘察、调查和记录；3.知道道路工程地质图的种类，并能识读道路工程地质图；4.学会编制道路工程地质勘测报告书和绘制道路工程地质图。,工作任务,学习目标,任务1 岩石的工程地质性质；任务2 道路、桥、构造物地质的勘察、调查和记录；任务3 道路工程地质图识读；任务4 外野勘察资料整理和报告书的编写；任务5 以校园周边的某一地段，模拟完成道路工程地质的记录。,任务2.1 岩石的工程性质,岩石的相对密度：在数值上，它等于岩石试件的总质量（含孔隙中水的质量）与其总体积（含孔隙体积）之比。岩石相对密度的大小，取决于组成岩石的矿物相对密度及其在岩石中的相对含量。一般岩石的相对密度约在2.65左右，相对密度大的可达3.3。对于同一种岩石，若密度大的结构致密、孔隙性小，强度和稳定相对较高。,岩石的物理性质：它是岩石的基本工程性质，主要是指岩石的密度和孔隙性。,岩石的密度：,岩石的孔隙率（或称孔隙度）是指岩石中孔隙（含裂隙）的体积与岩石总体积之比值，常以百分数表示,岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构造运动及变质作用的影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔隙率的变化也很大。,空隙性习惯用孔隙性来代替。即岩石的孔隙性反映岩石中孔隙、裂隙的发育程度。,岩石的孔隙性：,用空隙率、孔隙率、裂隙率来表示岩石的发育程度,岩石的孔隙率，%。,岩石中孔隙（含裂隙）的体积，cm3,岩石的总体积，cm3,二、岩石的水理性质,（1）岩石的吸水率,式中：1 岩石吸水率，%。Gw岩石在常压下所吸水分的重力，kN Gs干燥岩石的重力，kN。,岩石的吸水率与岩石的孔隙量、大小、开闭程度和空间分布等因素有关。岩石的吸水率愈大，则水对岩石的侵蚀、软化作用就愈强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就愈显著。,是指岩石与水作用时所表现的性质,1、吸水性:,（2）岩石的饱水率（2）是指在高压（15Mpa）或真空条件下岩石吸水能力，仍以岩石所吸水分的重力与干燥岩石重力之比的百分数表示。,岩石饱水因数的大小与岩石的抗冻性有关，一般饱水因数小于0.8的岩石是抗冻的。,2、岩石的透水性：是指岩石允许水通过的能力。岩石的透水性大小，主要取决于岩石孔隙、裂隙的大小和连通情况。岩石的透水性用渗透系数（K）来表示。,岩石的软化性：是指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的性质。岩石的软化性主要取决于岩石的矿物成分和结构构造特征。岩石中粘土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高、则易于与水作用而软化，使其强度和稳定性大大降低甚至丧失。岩石的软化性指标为软化因数，它等于岩石在饱水状态下的极限抗压强度与岩石风干状态下极限抗压强度的比值。未受风化影响的岩石，软化因数接近于1，是弱软化或不软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强；软化因数小于0.75的岩石，为强软化的岩石，工程性质较差。,岩石的溶解性：是指岩石溶解于水的性质。常见的可溶性岩石有石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等。岩石的溶解性，主要取决于岩石的化学成分，但和水的性质有密切关系，如富含CO2的水，则具有较大的溶解能力。,岩石的抗冻性：是指岩石抵抗冰冻作用的能力。岩石的抗冻性，与岩石的饱水因数、软化因数有着密切关系。一般是饱水因数愈小，岩石的抗冻性愈强。易于软化的岩石，其抗冻性也低。温度变化剧烈，岩石反复冻融，则降低岩石的抗冻能力。岩石的抗冻性，一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强度降低率小于20%25%的岩石，为抗冻的；大于25%的岩石，为非抗冻的。,三、岩石的力学性质,主要包括变形和强度。岩石在外力作用下首先是变形，当外力继续增加，达到或超过某一极限时，便开始破坏。岩石的变形与破坏是岩石受力后发生变化的两个阶段。岩石抵抗外荷而不破坏的能力称岩石强度，荷载过大并超过岩石能承受的能力时，便造成破坏。,抗压强度岩石单向受压时，抵抗压碎破坏的最大轴向压应力称为岩石的极限抗压强度，简称抗压强度（R)。,R=P/A,P-试样破坏时的总压力A岩石受压截面面积,影响抗压强度的因素：（1）岩石矿物成分、颗粒大小、结构、构造的影响；（2）受岩石风化程度影响；（3）饱和条件下岩石抗压强度小于天然状态或干燥条件下岩石的抗压强度；试验条件的影响。,2.抗拉强度 岩石在单向拉伸破坏时的最大拉应力，称为抗拉强度（L)L=pA抗拉强度试验一般有轴向拉伸法和劈裂法，实际常利用其与抗压强度的关系间接确定。抗拉强度主要决定于岩石矿物组成之间的粘聚力的大小。,表2-1-5,3.抗剪断强度（）岩石在一定的压力条件下，被剪破时的极限剪切应力值。,任务2.2 工程地质勘察,工程地质勘察的具体任务，归纳为以下几个方面：,公路可行性研究按其工作深度，分为预可行性研究和工程可行性研究。,初步工程地质勘察 公路工程基本建设项目：一般采用两阶段设计，即初步设计和施工图设计；对于技术简单、方案明确的小型建设项目，可采用一阶段（施工图）设计；,详细工程地质勘察是根据已批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术要求等资料，有针对性地进行工程地质勘察工作，为确定公路路线、工程构造物的位置和编制施工图设计文件，提供准确、完整的工程地质资料。,(1)查明路线方案的主要工程地质条件，合理确定路线布设。(2)根据确定的路线位置，对中线两侧一定范围，进行详细的工程地质勘察，为路基路面的设计和施工提供可靠资料。(3)查明路基填筑材料的变形和强度。充分发掘、改造和利用沿线的一切就近材料。,线路的基本类型及其特点(1)河谷线：一般坡度缓，线路顺直，工程简易，施工方便。(2)山脊线：地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。(3)山坡线可以选任意线路坡度，路基多采用半填半挖。(4)越岭线：能通过巨大山脉，降低路坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。(5)跨谷线：需造桥跨过河谷或山谷，其优点是缩短线路和降低坡度，但工程量大，费用高，需选择河面窄，河道顺直，两岸岩体稳定的地方通过。,道路路线工程地质勘察,道路路线工程地质问题,（1）路基边坡稳定性问题：在重力作用、河流的冲刷或工程的影响下，路基边坡要发生不同形式的变形与破坏。其破坏形式主要表现为滑坡和崩塌。当施工开挖使其滑动面临空时，易引起处于休止阶段的古滑坡重新活动，造成滑坡灾害。滑坡对路基的危害程度，主要决定于滑坡的性质、规模，滑体中含水情况以及滑动面的倾斜程度。,（2）路基基底稳定性问题：路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的物理力学性质、基底面的倾斜程度、软弱夹层或软弱结构面的性质与产状等。当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，往往使基底产生挤出变形。路基基底若为不良土，应进行路基处理或架桥通过或改线绕避等。,（3）建筑材料问题：路基工程需要天然构筑材料的种类较多，包括道渣、土料、片石、砂和碎石等。它不仅在数量上需求量较大，而且要求各种构筑材料产地最好沿线两侧零散分布。,（1）桥墩和桥台的地基稳定性桥墩和桥台地基稳定性主要取决于桥墩和桥台地基中岩土体的承载力。桥墩和桥台的基底面积虽然不大，但是由于桥梁工程处于地质条件就比较复杂地段，不良地质现象严重影响桥基的稳定性。如在溪谷沟底、河流阶地、古河湾及古老洪积扇等处修建桥墩和桥台时，往往遇到强度很低的饱水淤泥和淤泥质软土层、较大的断层破碎带、基岩面高低不平、风化深槽、软弱夹层、深埋的古滑坡等地段。这些均能使桥墩台基础产生过大沉降或不均匀下沉，甚至造成整体滑动。（2）桥台的偏心受压 桥台承受垂直压力、岸坡的侧向主动土压力、滑坡的水平推力作用，使桥台产生偏心荷载，由于车辆在桥梁上行驶突然中断而产生，这种作用对桥台的稳定性影响很大。（3）桥墩和桥台地基基础的冲刷桥墩和桥台的修建，使原来的河槽过水断面减小，局部增大了河水流速，改变了流态，对其地基基础产生强烈冲刷，严重影响其安全。,通过桥台和桥墩把桥梁上的荷载，传递到地基中,道路桥梁工程地质勘察,桥梁是道路跨越河流、山谷或不良地质现象发育地段而修建的构筑物,桥梁的主要工程地质问题集中于桥墩和桥台，包括桥墩和桥台地基稳定性、桥台的偏心受压、桥墩和桥台地基基础的冲刷问题等,桥梁的工程地质勘察要点,道路隧道工程地质勘察,洞身位置选择,隧道洞身位置的选择，主要以地形、地质为主综合考虑。按地形条件拟定隧道及接线方案，然后再进行深入的地质调查。综合各方面因素，最后选定隧道洞身的位置,（1）确保洞口、洞身的稳定，不留地质隐患。（2）便于施工场地布置，便于运输和弃渣处理，少占或不占可耕地。（3）洞口外接线工程数量少、里程短、工程造价低等。（4）对于水下隧道，主要应考虑地表水对洞口倒灌的影响。,（1）选择地质构造简单、地层单一、岩性完整、无软弱夹层、工程地质条件较好的地段（2）选择山体无冲沟、无山洼等次地形且切割不大、岩层基本稳定的地段通过。（3）选择地下水影响小、无有害气体、无矿产资源和不含放射性元素的地层通过。（4）对低等级道路隧道选址，原则上应尽量避让各种不良地质现象地段；对于高等级道路隧道选址，往往受路线等级的限制，不可避免地经过各种不良地质现象地段，在不良地质现象区选择隧道位置总的原则是：尽量避让，以免对隧道造成毁灭性、破坏性影响；尽量选择在影响范围小、影响距离短、影响时间短的地段；通过各方面因素综合考虑，把不良地质的影响减少到最低限度。,洞身位置选择,洞口位置选择,一般应根据周围的地质环境、地表径流、人工构造物、地表和地下水体等因素对隧道的影响综合考虑。高速道路、一级道路和风景区洞门设计力求与环境相协调。,（1）地质调查与测绘的范围、测点、物探网的点线范围和布设，物探方法的运用和钻探孔、坑、槽的数量与位置等，应与初勘时未能查明的地质条件相适应，但对隧道有影响的大构造和复杂地质地段，勘察追踪范围可适当放大。（2）重点调查隧道通过的严重不良地质、特殊地质地段，以确定隧道准确位置的工程地质条件。（3）实地复核、修改、补充初勘地质资料，对初勘遗漏、隐蔽的工程地质问题，应适当加大调绘范围和工作量。,初步勘察阶段：主要是通过地表露头的勘察或采用简单的揭露手段来查明隧道区地形、地貌、岩性、构造等以及它们之间的关系和变化规律，从而推断不完全显露或隐埋深部的地质情况。通过测绘主要弄清对隧道有控制性的地质问题(如地层、岩性、构造)，进而对隧道工程地质与水文地质条件作出定性的评价。,（四）道路特殊地质、不良地质地区（地段）以及路基、路面的工程地质勘察1特殊地质、不良地质地区工程地质勘察如泥沼及软土、黄土、膨胀土、盐渍土、多年冻土、岩堆、崩塌、滑坡、泥石流、冰川、雪崩、积雪、涎流水、沙漠、岩溶等，往往影响路线方案的选择、布设与构造物的设计，在工程地质勘察的各个阶段均应作为重点，进行逐步深入的勘测，查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势、危害程度等，提出绕越依据或处理措施。2路基、路面工程地质勘察 在初测、定测阶段，根据选定的路线方案和确定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带进行工程地质勘察，为路基、路面的设计和施工提供土质、地质、水文及水文地质方面的依据。其中，详勘阶段主要是进行定量调查取得有关的资料，对一般路基或比较特殊的路基(如高填路堤、深挖路堑等)均要求进行详细的勘探与试验。,（五）天然建筑材料勘察 修建公路的筑路材料一般是采取就地取材，如石料、砾石、砂、粘土、水等天然材料。这些材料品质的好坏和运输距离的远近等，直接影响工程的质量和造价。当就近材料不能满足要求时，则由近及远地扩大调查范围，以求得数量足够、品质适用、开采及运输方便的筑路材料产地。,天然建筑材料的质量要求,3.内业整理 其任务是将测绘、勘探、试验和长期观测的各种资料认真地系统整理和全面地综合分析，找出各种自然地质因素之间的内在联系和规律性，对建筑场区的工程地质条件和工程地质问题作出正确评价，为工程规划、设计及施工提供可靠的地质依据。内业整理要反复检查核对各种原始资料的正确性并及时整理、分析，查对清绘各种原始图件，整理分析岩土各种实验成果。编制工程地质图件，编写工程地质勘察报告。,（二）其它工程地质勘察方法,2.长期观测 长期观测的主要任务是检验测绘、勘探对工程地质条件评价的正确性，查明动力地质作用及其影响因素随时间的变化规律，准确预测工程地质问题，为防止不良地质作用所采取的措施提供可靠的工程地质依据，检查为防治不良地质作用而采取的处理措施的效果。,任务2.3 识读工程地质图,地质图是指以一定的符号、颜色和花纹将某一地区各种地质体和地质现象（如地层、岩体、构造等的产状、分布、形成时代及相互关系）按一定比例尺综合概括地投影到地形图上的一种图件。,是反映各种地质现象和地质条件的图件，它由野外地质勘探的实际资料编制而成，是地质勘测工作的主要成果之一。,地质图,地质图的规格,图名 是表明图幅所在地区和图的类型。一般以图区内主要城镇、居民点或主要山岭、河流等命名。,比例尺 用以表明图幅反映实际地质情况的详细程度。比例尺一般注于图框外上方、图名之下或下方正中位置。比例尺的大小反映图的精度，比例尺越大，图的精度越高，对地质条件的反映越详细。比例尺的大小取决了地质条件的复杂程度和建筑工程的类型、规模及设计阶段。,责任表“责任表”一般放在图框外右下方。写明编图日期、编图单位、技术负责人及编图人；还要注明引用资料(如图件)的单位、编制者及编制日期。,（,（2）倾斜岩层 倾斜岩层的分界线在地质图上是一条与地形等高线相交的“V”字形曲线。当岩层倾向与地面倾斜的方向相同时，在山脊处“V”字形的尖端指向山麓，在沟谷处V字形的尖端指向沟谷上游，但岩层界线的弯曲程度比地形等高线的弯曲程度要小；当岩层倾向与地形坡向一致时，若岩层倾角大于地形坡角，则岩层分界线的弯曲方向和地形等高线的弯曲方向相反，当岩层倾向与地形坡向一致时，若岩层倾角小于地形坡角则岩层分界线弯曲方向和等高线相同，但岩层界线的弯曲度大于地形等高线的弯曲度。,地质图上反映的地质条件 1不同产状岩层界线的分布特征（1）水平岩层 岩层界线与地形等高线平行或重合。,（3）断层 一般是根据图例符号识别断层，若无图例符号，则根据岩层分布重复、缺失、中断、宽窄变化或错动等现象识别。（4）地层接触关系 整合和平行不整合在地质图上的表现是相邻岩层的界线弯曲特征一致，只是前者相邻岩层时代连续，而后者则不连续。角度不整合在地质上图上的特征是新岩层的分界线遮断了老岩层的分界线。,（三）地质平面图、剖面图和综合地层柱状图 平面图是反应地表地质条件的图，是最基本的图件。,平面图,柱状图,剖面图,综合地质图（a）柱状图 b)平面图 c)剖面图、）,剖面图是配合平面图，反映一些重要部位的地质条件，它对地层层序和地质构造现象的反映比平面图更清晰、更直观。正规地质图常附有一幅或数幅切过图区主要构造的剖面图，置于图的下方。在地质图上标注出切图位置。剖面图所用地层符号、色谱应与地质图一致，如下图为某地区综合地质图，包含平面图、柱状图和剖面图。,综合地层柱状图是按工作区所有涉及到地层的新老叠置关系恢复成原始水平状态切出的一个具有代表性的柱形。在柱状图中表示出各地层单位、岩性、厚度、时代和地层间的接触关系等。地层柱状图可以附在地质图的左边也可以单独成一幅图。,综合地层柱状图可以附在地质图的左边，也可以单独绘制。比例尺可根据反映地层详细程度的要求和地层总厚度而定。图名书写于图的上方，一般标为“地区综合地层柱状图”。,1读图步骤与要求,地质图的阅读分析,从图名和图幅代号、经纬度，了解图幅的地理位置和图的类型；从比例尺可以了解图上线段长度、面积大小和地质体大小及反映详略程度；图幅编绘出版年月和资料来源，便于查明工作区研究史。,在比例尺较大(大于1：50000)的地形地质图上，从等高线形态和水系可了解地形特点。在中小比例尺(1：10万1：50万)地质图上，一般无等高线，可根据水系分布、山峰标高的分布，认识地形的特点。通过图例可以了解图示地区出露哪些岩层及其新老关系。,熟悉图例是读图的基础。首先要熟悉图幅所使用的各种地质符号，从图例可以了解图区出露的地层及其时代、顺序，地层问有无间断以及岩石类型、时代等。读图例时，最好与图幅地区的综合地层柱状图结合起来读，了解地层时代顺序和它们之间的接触关系(整合或不整合)。有的地质平面图往往绘有等高线，可以据此分析山脉的延伸方向、分水岭所在、最高点、最低点、相对高差等。如不带等高线，可以根据水系的分布来分析地形特点，一般河流总是从地势高处流向地势低处，根据河流流向可判断出地势的高低起伏状态。,（1）比例尺 为 l：10000，即图上 1cm代表实地距离 100m。（2）地形地貌 本地区西北部最高。高程约为570rn。东南较低，约100m；相对高差约为470m。东部有一山岗，高程为300多rn。顺地形坡向有两条北北西向沟谷。,2普通地质图阅读方法阅读步骤是：图名、比例尺、图例、地形地貌、地层岩性、地质构造。,二、工程地质图 工程地质图是按比例尺表示工程地质条件在一定区域或建筑区内的空间分布及其相互关系的图件。是结合地质工程建筑需要的指标测制或编绘的地图。通常包括工程地质平面图剖面图地层柱状图和某些专门性图件有时还有立体投影图。它以工程地质测绘所得图件为基础并充实以必要的勘探试验和长期观测所获得的资料编绘而成。工程地质图是工程地质图测绘、勘探、试验等项工作的综合总结性成果。它不像地质图或地貌图那样主要是通过测绘“制”成的，而是以这些图件为基础图，再把通过勘探对地下地质的了解，以及通过试验取得的资料等综合起来“编”成的。,工程地质条件图只反映制图区内主要工程地质条件的分布与相互关系；,按图的内容可分为,工程地质分区图：按照工程地质条件相似程度，把制图范围内划分成为若干个区。这种图没有表示工程地质条件的实际资料。常列表说明各区的工程地质特征，作出评价。,三、道路工程地质图,（二）工程地质图表示的内容,任务2.4 道路工程地质勘测报告书与图表一、工程地质勘测报告书,报告以简要明确的文字和图表两种形式编写而成，具体内容除应满足岩土工程勘察规范的相关内容外，还和勘察阶段、勘察任务要求和场地及工程的特点等有关。,1.文字部1）工程概况、勘察任务、勘察基本要求、勘察技术要求及勘察工作简况。2）场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设防烈度等。3）场地的岩土类型、地层分布、岩土结构构造或风化程度、场地土的均匀性、岩土的物理力学性质、地基承载力以及变形和动力等其他设计计算参数或指标。,工程地质勘察的最终成果是以工程地质勘察报告书的形式提交的。报告书中包含了直接或间接得到的各种工程地质资料；还包含了勘察单位对这些资料的检查校对、分析整理和归纳总结过程、有关场地工程地质条件的评价结论及相关分析评价依据。,是工程地质勘察的文字成果，为工程建设的规划、设计和施工提供参考应用。,（二）工程地质报告书的编写,工程地质报告书文字部分的编写报告书的任务在于阐明工作地区的工程地质条件，分析存在的工程地质问题，从而对建筑地区作出工程地质评价，得出结论，适应任务的要求。,（1）绪论的内容主要是说明勘察工作的任务、勘察阶段和需要解决的问题、采用的勘察方法及其工作量，以及取得的成果，附以实际材料图。（2）通论是阐明工作地区的工程地质条件、区域地质地理环境和各种自然因素，如大地构造、地势、气候等。因而通论一般可分为区域自然地理概述、区域地质、地貌、水文地质概述、以及建筑地区工程地质条件概述等。（3）专论是工程地质报告书的中心内容。是对建设中可能遇到的工程地质问题进行分析，并回答设计方面提出的地质问题与要求，对建筑地区作出定性的以到定量的工程地质评价；作为选定建筑物位址、结构型式和规模的地质依据，并在明确不利的地质条件的基础上，考虑合适的处理措施。（4）结论的内容是在专论的基础上对各种具体问题作出简要明确的回答。态度要明朗，措词要简炼，评价要具体，对问题不要含糊其词，模棱两可。,报告书内容结构,