水利水电工程地质测绘技术.ppt

1、勘察技术方法勘察技术方法地质测绘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。勘察技术方法勘察技术方法地质测绘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

2、差，不应大于相应比例尺图上的2mm。勘察技术方法勘察技术方法地质测绘地质测绘不同工程、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。勘察技术方法勘察技术方法工程物探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）、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

3、解性的影响，尽量接近真实。勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探的原理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（）以及电化学活动性等。勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围电测深法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。电剖面法电剖面法探测构造破碎带、岩

4、性分界面、喀斯特和洞穴等。勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围高密度电法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。充电法充电法测试地下水流速、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。勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围激发极化法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

5、度。可控源音频大地电磁测深法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。勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探的原理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，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、。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探适用范围瞬变电磁法

6、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探适用范围瑞雷波法瑞雷波法进行浅部覆盖层分层，饱和砂土液化判定，地基加固效果评价等。浅层反射波法浅层反射波法进行进行划分地层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、隐伏断裂构造等；探测

7、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围单孔声波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，检测建基岩体质量及灌浆效果等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围表面声波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。声波反射声波反射检测隧洞混凝

8、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围地震穿透波速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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围电测井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，

9、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围自然自然和和测井、磁化率测井测井、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。钻孔电视观察钻孔电视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

10、，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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围地球物理测井适用范围孔壁超声成像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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围电磁波或雷达测井可用

11、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程钻探工程钻探 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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程钻探工程钻探钻 进 方 法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进 411级，较完整均一岩

12、层 孕镶金刚石回转钻进 412级，较破碎不均一岩层 金刚石冲击回转钻进912级，坚硬打滑岩层 硬质合金钻进17级，软、中硬岩层 硬质合金冲击回转钻进58级，中硬岩层 冲击钻进15级，松散地层 空气潜孔锤钻进412级，较完整均一岩层 第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程钻探工程钻探 这部分内容在考试大纲中是要求“了解”，建议将下列内容作为复习重点：1、不同地层适用的钻探方法与工艺；2、对不同地层的取心质量标准。3、为提高取心质量，对特殊地层如破碎带、软弱夹层等的钻探要求。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 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是水利水电工程

13、地质勘察中最常用的岩体原位渗透试验，其体原位渗透试验，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。复习重点：1、试段压力的确定，包括压力计算零线的确定方法 2、压水试验成果整理 3、单位吸水量与透水率的关系。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 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

14、。式中：Ps管路压力损失（MPa）第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 2、压水试验成果整理：绘制PQ曲线计算透水率估算渗透系数压水试验成果整理压水试验资料整理压水试验资料整理 1、绘制、绘制P-Q曲线，确定曲线，确定P-Q曲线类型曲线类型绘制P-Q曲线时，应采用统一比例尺，即纵坐标（P轴）1mm代表0.01M

15、Pa，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，升压阶段用实线，降压阶段用虚线。试段的P-Q曲线类型应根据升压阶段P-Q曲线形状以及降压阶段P-Q曲线与升压阶段P-Q曲线之间的关系确定。P-Q曲线的类型及曲线特点见下表。压水试验资料整理压水试验资料整理 P-Q曲线类型及曲线特点表类型名称A(层流)型B(紊流)型C(扩张)型D(冲蚀)型E(充填)型PQ曲线 曲线特点 升压曲线为通过原点的直线，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈顺时针环

16、状升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆时针环状压水试验资料整理压水试验资料整理2、试段透水率计算、试段透水率计算试段透水率采用最大压力阶段（第三阶段）的压力值（P3）和流量值（Q3）按下式计算：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）试段透水率取两位有效数字。压水试验资料整理压水试验资料整理3、试段试验成果表示、试段试验成果表示每个试段的试验成果，用试段透水率和P-Q曲线类型的符号（加括号）表示如0.23（A）、12（B）、8.5（D）等。压水试验资料整理压水试验资料整理4、用压水试验成果计算岩体渗透系数、用压

17、水试验成果计算岩体渗透系数当压水试段位于地下水位以下，透水性较小（q10Lu），且P-Q曲线为A型（层流型）时，可按下式计算岩体渗透系数：式中K岩体渗透系数（m/d）Q压入流量（m3/d）H试验水头（m）L试段长度（m）r0钻孔半径（m）当试段位于地下水位以下，透水性较小，PQ曲线为B(紊流)型时，可用第一阶段的压力P1(换算成水头值，以米计)和流量Q1代入上式近似地计算渗透系数。当透水性较大时，上述公式计算结果误差较大，宜采用其它水文地质试验方法测定岩体渗透系数。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 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

18、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验抽水试验分为：稳

19、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：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，并可利用裘布衣戚姆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：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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验单孔抽水试验：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：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

20、时在观测孔中观测动水位。完整孔抽水试验：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：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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验 资料整理与参数计算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。这些公式要全部背下来是不可能的，要求根据试验地段的水文地质条件、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验 建议重点从以下几个方面入手：1、搞

21、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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法注水试验注水试验用人工抬高水头，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

22、孔降水头注水试验：地下水位以下的渗透性较小的介质试坑单环注水试验渗透系数计算式中：Q-注入流量，L/min F-试坑环内面积，cm2试坑双环注水试验渗透系数计算式中：Q-内环的注入流量，L/min；干燥炎热条件下应扣除蒸发水量；F-内环的底面积，cm2；H-试验水头，cm；H=10cm；Ha-试验土层的毛细上升高度，cm；可按SL237进行测定或取经验值；z-从试坑底算起的深入深度，cm。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；A形状系数，cm。钻孔常水头注水试验K值计算干孔，且50H/r

23、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）。钻孔降水头注水试验K值计算地下水位以下粉土，粘性土层或渗透系数较小的岩层。式中：K试验岩土层的渗透参数，cm/s；t1、t2注水试验某一时刻的试验时间，min；H1、H2试验时间t1、t2 时的试验水头，cm；r套管内半径，cm；A形状系数，cm；按SL345附录B选用。勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 1、含水率（、含水率（w）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

24、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。勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 2、比重（、比重（Gs）测定土的比重，对于粒径小于5mm的土，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。勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 3、密度（、密度（）测

25、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。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颗粒分析试验颗粒分析试验有筛析法、密度计法和移液管法有筛析法、密度计法和移液管法 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。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；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）：

26、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：土的曲率系数表示某种粒径的粒组是否缺失的情况勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 5、相对密度（、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（砂在最松散状态时的孔隙比）与最小孔隙比（砂在最紧密状态时的孔隙比）。勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 6、三轴压缩试验、三轴压缩试验不固结不排水剪（UU）固

27、结不排水剪（CU）、测孔隙水压力()固结排水剪（CD）土体有效应力（）、总应力（）和孔隙水压力（u）三者之间的关系 =-u 第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（体）试验 要求与土工试验相同。要求与土工试验相同。对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度及变形试验更重要。包括：及变形试验更重要。包括：变形试验变形试验刚性承压板法和柔性承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 抗剪试验抗剪试验室内与现场，直剪与三轴，岩石、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。岩体、结构面及混凝土与岩石等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术

28、方法岩石（体）试验岩石（体）试验岩体三轴强度试验岩体三轴强度试验测定岩体在三向应力状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。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验

29、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。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。勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（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

30、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。勘察技术方法勘察技术方法地下水观测地下水观测 3、分层观测分层观测。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。勘察技术方法勘察技术方法地下水观测地下水观测 4、地下水动态观测地下水动态观测（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。