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对现代工程地质勘察的岩土工程应用研究

王泳霖
摘要：随着我国国民经济的不断高速发展，众多基础建设项目不断兴建，对工程地质勘查技术的要求也越来越高，也可以说工程地质勘察是工程建设中的一个重要组成部分，而岩土工程勘察是工程建设的先导，其地位和重要性已日益为人重视。本文对现代工程地质勘察岩土工程分析方法与应用作了比较详细的总结，希望提高工程地质勘察的质量与理论水平。
关键词：工程地质勘察；岩土工程；分析；方法；应用
0前言
工程地质学，是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待，这显然符合大系统工程学的思想，它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面，岩土工程是指工程建设中涉及岩土体的开挖与加固，只有创造性的从实际出发，把工程与地质结合起来，使用正确的力学研究方法、数学研究方法进行细致的分析，最终得出工程地质评价才是最可靠的依据。
岩土工程勘察是运用地质学、岩土力学、工程地质学的理论，按照科学的勘察程序与方法，利用有效的测试仪器和技术，调查和工程建设有关的工程地质条件，评价存在的与岩土工程有关的工程地质问题，从而为工程建设的设计、施工等提供详细、科学、准确的地质资料。因此，将现代工程地质勘察岩土工程分析方法加以归纳、分析，对其产生的根源进行了深层次的探讨，对提高勘察技术水平、保证勘察成果质量、减少勘察过程中的错误不无裨益。
1工程地质勘察与岩土工程的内在联系
1.1工程地质勘察
工程地质勘察是运用地质学、岩土力学、工程地质学的理论，为工程建设的设计、施工等提供详细、科学、准确的地质资料。
工程地质勘察需要勘察目的明确，工程概念清晰，勘察手段多样，勘探精度满足设计要求。工程地质分析要求方法正确，计算可靠，参数可信，建议措施符合工程实际。工程设计最关心的是建筑物地基的工程地质条件和物理力学性质，因此工程地质勘察的最终体现是工程地质定性和定量评价。
工程地质学研究的内容有：土体工程地质研究、岩体工程地质研究、工程动力地质作用与地质灾害的研究、工程地质勘察理论与技术方法的研究、区域工程地质研究、环境工程地质研究等。
1.2岩土工程性质的研究
任何建(构)筑物都是构建于岩土体上的，因此只有首先研究岩土的工程性质及其变化规律，以及岩土的类型、分布、各种岩土参数的测试方法和指标确定，才能合理分析工程地质条件或正确评价工程地质问题。
2工程地质勘察的岩土工程分析原则与方法
岩土力学参数是工程设计和岩土体稳定性评价十分重要的科学依据。解决岩土力学参数的问题，必须使工程地质和岩土工程紧密结合，才能得到较精确和比较可靠的岩土力学参数。
2.1岩土工程分析原则
2.1.1岩土物理力学性质参数
试验成果可按岩土体质量类别、工程地质单元、区段或层位，分别用算术平均值、最小二乘法、图解法、数值统计法或优定斜率法进行整理，并舍去不合理的离散值。
应采用整理后的试验值作为标准值，再根据水工建筑物地基或围岩的工程地质条件进行调整，提出地质建议值，当采用结构可靠度分项系数及极限状态设计方法时，岩土性能的标准值宜根据岩土试验性能的概率分布的某一分位值来确定。
2.1.2土的物理力学性质参数
地基渗漏系数采用室内试验或抽水试验的大值平均值作为标准值；用于水位降落、排水计算宜用小值平均值，供水工程计算可用平均值。
粘性土地基，f可采用室内饱和固结快剪90％，c可取20～30％，对于砂性土，f可采用85～90％，不计c值；土的抗剪强度宜采用试验峰值的小平均值作为标准值；软土宜采用流变值。
2.1.3岩体的物理力学性质参数
当试件呈脆性破坏时，抗剪强度取值：
拱坝应采用峰值强度的平均值作为标准值；重力坝应采用概率分布的0.2分位值作为标准值或采用峰值强度的小值平均值，或采用优定斜率法的下限作为标准值。抗剪强度采用比例极限强度作为标准值。
当试件呈塑性破坏时，以其屈服强度作为标准值，并考虑时间效应，并按流变影响进行折减。
总体变形指标应根据岩体实际承受工程作用力方向和大小进行原位试验，并采用压力――变形曲线上建筑物最大荷载下相应的变形关系选取标准值。
坝基岩体承载力宜根据饱和单轴抗压强度进行折减确定标准值，软岩可通过三轴压缩试验确定其容许承载力。
2.1.4结构面的抗剪强度
当结构面试件的凸起部分被啃断或胶结充填物被剪断时，采用峰值强度的小平均值作为标准值。
当结构面试件呈摩擦破坏时，应采用屈服强度或流变强度作为标准值。
2.1.5软弱层、断层的抗剪强度，当试件呈塑性破坏时，应采用屈服强度或流变强度为标准值。
当试件粘粉含量＞30％或有泥化镜面或粘土矿物的蒙脱石为主时，应采用流变强度作为标准值。
在固结剪切中，峰值与流变折减系数为0.8，屈服值与流变折减系数为0.93，其剪切带屈服值相当于峰值60～70％。
2.1.6斜坡稳定计算参数
岩质边坡潜在的滑动面的抗剪强度可取峰值强度；古滑坡或多次滑动面的抗剪强度可取残余强度。
2.1.7岩土工程中岩土性质指标的选用
①一般情况下，岩土性质指标应提供统计数量、范围值、平均值和变异系数；
②评价岩土性状的指标，应选用平均值；
③正常使用极限状态计算需用的岩土性质指标，如：压缩系数、压缩模量、渗透系数，宜选平均值。当变异系数较大时，可根据经验作适当调整。一般情况下，变异系数应小于0.3；
④承载力极限状态计算需用的岩土参数，应选用标准值；
⑤每个场地主要岩土层参加统计指标数是不应少于6个；
⑥回归修正系数Ψ也可根据工程重要性、参数的变异性和统计数据的个数，根据经验选用。
2.2岩土工程分析方法
2.2.1抗剪断强度试验资料整理分析方法
①、检查原始试验资料，论证各试点峰值抗剪强度；
②、点绘原始资料水平位移――剪应力――垂直位移曲线；
③、确定抗剪强度特征值；
对于脆性破坏型的混凝土／基岩抗剪，采用前端剪胀点作为混凝土／基岩胶结面不开裂的控制点，确定为近似比例极限。
对于塑性破坏型的岩体及软弱层抗剪，依据变形曲线判断，当剪应力增加到约为峰值0.6～0.7倍范围内，位移速度增大，曲线明显转折，确定为屈服值强度。
④、依据大剪试验剪面地质素描图，分析多试点情况，确定剪切类型，点绘σ—τ关系曲线，分别整理单组及分类的抗剪强度指标。
2.2.2岩体变形特征试验资料分析整理方法
①、检查原始资料，判断多级压力下变形是否稳定；
②、对最后一级压力下变形值进行修正，确定变形稳定值；
③、采用某级荷载下回弹线延长近似计算弹性模量，解决部分试点由于卸荷至零点荷载扳脱离而造成的弹性变形不确切的问题；
2.2.3优定斜率法
尊重岩体的结构特征，不搞机械式的分解和装配，对组成岩体抗剪强度参数的两个随机变量f、c，利用其稳定性的差异和相关性，按先易后难的原则，先优定f，再求其c，建立参数取值较科学程度，习题减少主观随意性。
①综合分析法：首先分析岩石在三维状态下的强度特征，探索内摩擦角的变化规律，再根据各岩体试验成果绘制τ—δ关系图，从其点群分布的总趋势，并注意岩级试点应力―应变关系所显示的特点，以及个别离散度试点的代表性,大致确定出点群上、下包线的斜率，最后参考工程实践经验，综合分析确定各岩级的斜率；
②公式计算法（岩体破坏经验准则推求法）
大量资料表明：库伦强度准则中的摩擦系数应理解为：在最大正应力下的瞬时摩擦系数综合值，因此，根据坝基岩体可能达到的应力水平，确定此应力区段骨的全部瞬时摩擦系数的平均值，以此作为摩擦系数的优定值，并按经验破坏准则导出各岩级的优定内摩擦角。
2.2.4统计和概率方法
统计和概率方法是建立在足够有效的数据采集的基础上，根据这些数据样本求得统计学特征和经验概率分布，再由统计推断获得参数的理论概率分布函数的一种方法。
3工程地质勘察的岩土工程应用
3.1地下洞室岩土工程
中小型水利水电工程地质勘察经验汇编提出围岩主要物理力学参数有：密度γ、凝聚力c、内摩擦角φ、变形模量E0、泊桑比μ。
从实践中可知：各个工程地质勘察报告提出一下洞室岩体力学参数内容是不一致的,而不同功能的隧洞设计使用指标是不一致的，大跨度地下厂房、地下洞室合作的指标也有不同。因此，地下洞室岩体力学参数必须根据水工建筑物结构、功能提出满足设计使用的指标。
3.2大坝地基岩土工程
在阅读我们的地质勘察报告中，大坝地基岩体物理力学参数的内容也存在一定差异，但总的内容是一致的。其主要指标、岩体抗剪强度、地基承载力、变形指标、软弱夹层抗剪强度指标，但这些指标有个共同特点，指标基本相同，没有根据地质环境分析评价，特别是软弱夹层指标，很多是无试验资料，都是所谓的“类比”。
4结束语
综上所述，岩土工程勘察的目的在于解决和处理建设工程中与岩土介质有关的问题，是工程地质勘察不可或缺的重要环节。因此，我们必须要优化岩土工程的勘察技术，不断提高工程地质勘察岩土工程分析方法，才能保障工程地质勘察的质量和水平。
参考文献：
GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].国家质检总局(SBTS)，2002
工程地质学.中国建筑工业出版社.2001-12

-全文完-