2014工程地質(zhì)實驗指導(dǎo)書

1、工程地質(zhì)學(xué)實驗指導(dǎo)書中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院勘察與基礎(chǔ)工程研究所2012年2月20日課程名稱：工程地質(zhì)學(xué)實驗適用范圍：本實驗指導(dǎo)書適用于地質(zhì)工程專業(yè)本科生。學(xué)時安排：實驗課時為8課時，總計4個實驗。試驗?zāi)康模和ㄟ^室內(nèi)外試驗，掌握工程地質(zhì)、水文地質(zhì)基本試驗方法，提高學(xué)生 對工程地質(zhì)問題分析評價的能力，理論和實踐相結(jié)合，加深對所學(xué) 知識的印象。具體內(nèi)容：四個實驗的目的和要求、內(nèi)容、基本原理、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)整理 或?qū)嶒灲Y(jié)果分析、實驗報告格式、相關(guān)思考題等內(nèi)容詳見各個實驗?？己朔绞胶驮u分方法：通過實驗操作、實驗報告進行考核，實驗成績占平時成績 的三分之二。實驗一常水頭滲透試驗一、試驗?zāi)康耐辆?/p>

2、有被水透過的性能稱為土的滲透性。滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性質(zhì)，決定土體的強度性質(zhì)和變形、固結(jié)性質(zhì)，滲透問題是土力學(xué)的三個重要問題 之一，與強度問題、變形問題合成土力學(xué)的主要三大問題。 滲透試驗主要是測定 土體的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以 cm/s作為 單位。二、一般規(guī)定1、滲透試驗根據(jù)土顆粒的大小，對于粗粒土常采用常水頭滲透試驗。2、本試驗采用的純水，應(yīng)在試驗前用抽氣法或煮沸法脫氣。試驗時的水溫宜高 于試驗室溫度34° Co3、本試驗以水溫20oC為標準溫度，標準溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按下式計算：nk20 = （1 1）20式中k 20 標準溫度時試樣的滲透

3、系數(shù)（cm/s）;T C時水的動力粘滯系數(shù)（kPa-s）；320° C時水的動力粘滯系數(shù)(kPas)。粘滯系數(shù)比T % /%。查士工試驗方法標準(GB/T 50123-1999)表13.1.3。三、試驗方法1試驗儀器設(shè)備本試驗所用的主要儀器設(shè)備主要由滲水部件和擊實部分組成(圖4.1) o(1)滲水部件：由筒身、滲水板、刻度板、測壓管等組成，在刻度板上裝有三個測壓管，其間距為100 0.44mm水位的測讀可由安裝在筒上的刻度板的刻 度讀出，測壓管接頭內(nèi)均裝有銅絲布以防細砂粒在試驗時隨水流出。滲水筒下部有一排水孔，松開螺栓即可放出污水。(2)擊實部分：備有木錘，以擊實試樣。2主要規(guī)格(1

4、)金屬圓筒內(nèi)徑為1000+0.22mm高400mm當使用其他尺寸的圓筒時，圓筒內(nèi)徑應(yīng)大于試樣最大粒徑的10倍。(2)測壓管間距離100 0.44mm3試驗步驟(1)按本標準圖4.1安裝好儀器，量測濾網(wǎng)至筒頂?shù)母叨?，將滲水孔與橡 皮管接通，從滲水孔向圓筒注水至齊平濾網(wǎng)頂面。(2)取具有代表性的風(fēng)干土樣34kg,稱重準確至1g,測定其風(fēng)干含水量。(3)將風(fēng)干土樣分層裝入圓筒內(nèi)，每層厚23cm根據(jù)要求的孔隙比，控 制試樣厚度，用木錘輕輕擊實至所需密度為止。當試樣中含粘粒時，應(yīng)在濾網(wǎng)上 鋪2cm厚的粗砂作為過濾層，防止細粒流失。(4)每層試樣裝完后微開管夾，從滲水孔向圓筒充水，使水緩緩向上滲入， 試樣

5、逐漸飽和(水面不得高出試樣頂面)，注意水流不可過急，飽和后關(guān)上管 夾，飽和時須注意管子彎曲部分不能存有氣泡。(5)如此繼續(xù)分層裝入試樣飽和，直至試樣高出上測壓管 34cm止，量 試樣面至筒頂高度與銅絲網(wǎng)至筒頂高度相減， 得試樣高度，并在試樣頂面鋪1-2cm 厚的礫石層(作為緩沖層)。放水高出礫石層面2-3cm,關(guān)上管夾。稱剩余土樣的質(zhì) 量，計算試樣質(zhì)量(6)移去滲水孔之水源，使水由頂部注入儀器至水面與溢水孔齊平為止。(7)檢查測壓管水位是否齊平，當測壓管與溢水孔水位不平時，表示儀器 有漏水或集氣現(xiàn)象。用吸球調(diào)整測壓管水位，直至兩者水位齊平。(8)降低調(diào)節(jié)管之管口至試樣上部1/3高度處，形成水位

6、差使水滲入試樣， 經(jīng)過調(diào)節(jié)管之管口流出。調(diào)節(jié)供水管止水夾，使進入圓筒的水量多于溢出的水量， 溢水孔始終有水溢出，保持圓筒內(nèi)水位不變，試樣處于常水頭下滲透。(9)當測壓管水位穩(wěn)定后，測記測壓管水位，并計算測壓管 1、2間與測壓 管2、3間的水位差。(10)開動秒表，用量筒自調(diào)節(jié)管取經(jīng)一定時間的滲水量。接取滲出水量 時，調(diào)節(jié)管口不得浸入水中，測量進水和出水處的水溫，取平均值。(11)降低調(diào)節(jié)管至試樣的中部和下部1/3處，按本條(9)、(10)款的 步驟重復(fù)測定滲出水量和水溫，在取得的六個滲水系數(shù)中較接近的數(shù)，求其平 均值。4常水頭滲透系數(shù)應(yīng)按下式計算：kTQLAHt(12)式中k t 水溫為丁 C

7、時試樣的滲透系數(shù)(cm/s);9 TT C時水的動力粘滯系數(shù)(kPa-s)；Q時間t秒內(nèi)的滲出水量(cm3)；L兩測壓管中/b間的距離(cm)；A試樣的斷面積(cm2)；H 平均水位差(cm),平均水位差H可按(Hi + H 2 ) / 2 公式計算時間(s)油支()功粘滯系，5 kPas(10-6)溫度校正值T P溫度()動力粘滯系數(shù) kPas(10-6)% /場)溫度校正值T P501.5161.5011.178.00.38713731.285.51.4981.4781.198.51.3671.3531.30601.4701.4551.219.01.3471.3341.32651.4491

8、.4351.239.51.3281.3151.347.01.4281.4141.2510.01J101.2971367.51.4071.3931.2710.51.2921.2791.3811.01.2741.2611.4020.50.9980.9881.7811.51.2561.2431.4221.00.9860.9761.8012.01.2391.2271.4421.50.9740.9641.8312.51.2231.2111.4622.00.9680.9581.8513.01.2061.1941.4822.50.9520.9431.8713.51.1881.1761.5023.00.941

9、0.9321.8914.01.1751.1681.5224.00.9190.9101.9414.51.1601.1481.5425.00.8990.8901.9815.01.1441.1331.5626.00.8790.8702.0315.51.1301.1191.5827.00.8590.8502.0716.01.1151.1041.6028.00.8410.8332.1216.51.1011.0901.6229.00.8230.8152.1617.01.0881.0771.6430.00.8060.7982.2117.51.0741.0661.6631.00.7890.7812.251J.

10、01.0611.0501.6832.00.7730.7652.301J.51.0481.0381.7033.00.7570.7502.3419.01.0351.0251.7234.00.7420.73523919.51.0221.0121.7435.007270.7202.4320.01.0101.0001.76圖1.1常水頭滲透裝置1一金屬圓筒；2金屬孔板；3測壓孔；4測壓管；5溢水孔；6滲水孔;7調(diào)節(jié)管；8滑動支架；9供水管；10止水夾；11溫度計；12一量杯;13一試樣；14礫石層；15一銅絲篩布濾網(wǎng)；16供水瓶5、標準溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按式（1 1）計算。6、常水頭滲透試驗的記錄格式見

11、表1.1表1.1常水頭滲透試驗記錄工程編號試樣編號試驗者計算者校核者試驗日期試驗經(jīng)過測壓管水位(cm)水位差水力滲水滲透系數(shù)水溫校正系數(shù)水溫20oC平均滲透次時InmHiH2平均坡皇 里(cm/s)(oC)時的滲系數(shù)數(shù)間降(cm)透系數(shù)(cm/s)(cm/s)(7)=(11)(12) =(13)= M(14)=1/2=布(12)+/ 202Q一一/L實驗二變水頭滲透試驗一、試驗?zāi)康耐辆哂斜凰高^的性能稱為土的滲透性。滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性 質(zhì)，決定土體的強度性質(zhì)和變形、固結(jié)性質(zhì)，滲透問題是土力學(xué)的三個重要問題 之一，與強度問題、變形問題合成土力學(xué)的主要三大問題。 滲透試驗主要是測定 土體

12、的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以 cm/s作為 單位。二、一般規(guī)定1、滲透試驗根據(jù)土顆粒的大小，細粒土常采用變水頭滲透試驗。2、本試驗采用的純水，應(yīng)在試驗前用抽氣法或煮沸法脫氣。試驗時的水溫宜 高于試驗室溫度34° Co3、本試驗以水溫20oC為標準溫度，標準溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按下式計算：k20 = kT 丁( 2 1 )20式中k 20 標準溫度時試樣的滲透系數(shù)(cm/s);%T C時水的動力粘滯系數(shù)(kPa-s)；上020° C時水的動力粘滯系數(shù)(kPas)。粘滯系數(shù)比T叫/ / 查土工試驗方法標準(GB/T 50123-1999)表13.1.3

13、三、試驗方法(1)試驗儀器設(shè)備1.旋鈕2.橫梁3.上蓋4.接咀5.密封圈6.環(huán)刀7.套筒8.透水石9.底座10.腳釘變水頭濯透謫驗裝置1.接水源N.出水植、500ml 3.水頭忖4、謂喪“進水管6.接水海7、用水管 心持(管本試驗所用的主要儀器設(shè)備，應(yīng)符合下列規(guī)定：滲透容器：上蓋、底座、套座、環(huán)刀、透水石、螺桿等組成。環(huán)刀內(nèi)徑 61.8mm高40mm儀器外形尺寸直徑為 力118 (管咀除外)，高度約155mm透水 石的滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3 cm/s) o 變水頭裝置：由滲透容器、變水頭管、供水瓶、進水管等組成(圖4.2)。 變水頭管的內(nèi)徑應(yīng)均勻，管徑不大于lcm,管外壁應(yīng)有最小分度為1.0m

14、m的刻度, 長度宜為2m左右。 參照水電部土工試驗規(guī)程SD128-012-84,制備樣。或參照JTJ051-93公 路土工試驗規(guī)程T0130-93。并應(yīng)測定試樣的含水率和密度。(2)試驗步驟把透水石、密封圈放入底座中，將套筒內(nèi)壁涂一層凡士林，放入土樣環(huán) 刀，刮凈多余凡士林置于底座上。 放上密封圈、透水石、上蓋、旋緊螺桿，要求密封至不漏水不透氣。對 不易透水的試樣，按土工試驗方法標準(GB/T 50123-1999)第3.2.4條的規(guī)定進行抽氣飽和；對飽和試樣和較易透水的試樣，直接用變水頭裝置的水頭進 行試樣飽和。 將滲透容器的進水口與變水頭管連接，利用供水瓶中的純水向進水管注 滿水，并滲入滲透

15、容器，開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無 氣泡，關(guān)排水閥，放平滲透容器，關(guān)進水管夾。 水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度確定，一般不應(yīng)大于200cm待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進水管夾，使水通過試樣，當出水口有水濫出時開始測記變 水頭管中起始水頭高度和起始時間， 按預(yù)定時間問隔測記水頭和時間的變化， 并 測記出水口的水溫。 將變水頭管中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進行測記水頭和時間變 化，重復(fù)6次以上，當不同開始水頭下測定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時，結(jié)束試驗。(3)變水頭滲透系數(shù)應(yīng)按下式計算：aL H1kT =2.3log(4-3)A(t2 - ti) %式中A變水頭管的斷面積(cm2

16、;2.3 ln和10g的變換因數(shù)；L滲徑，即試樣高度(cm);t1, t2 分別為測讀水頭的起始和終止時間(s)；H, H2_起始和終止水頭。(4)標準溫度下滲透系數(shù)應(yīng)按式(4-1 )計算。(5)常水頭滲透試驗的記錄格式見表4.2。表2.1變水頭滲透試驗記錄工程編號試樣面積試驗者試樣編號試樣高度計算者儀器編號 測壓管面積_校核者試驗日期 孔隙比開始時間終了時間經(jīng)過時間開始水頭終了水頭ax L2.3Am (3)igHi h?ToC寸的滲透水溫校正水溫20oC寸的平均滲透ti(s)t2t(s)Hi(cm)H(cm)系數(shù)(0系滲透系系數(shù)(cm/s)C)數(shù)數(shù)(cm/s(cm/s)=二二(11)二-X“

17、TXM/ “20四、注意事項：1、上蓋出水管處橡膠管不宜套至根部，須留出6m械上。以防與套筒受壓。2、每次用完應(yīng)擦凈晾干，密封圈宜抹以滑石粉保存。3、切土環(huán)刀應(yīng)妥善保管，防止刃口碰損。實驗三土的野外鑒別巖土工程勘察、分析和評價時，首先要求對地表和各類勘探工程揭露的地基 土進行鑒別和描述。對于砂土和碎石土等粗顆粒土， 野外鑒別相對簡單一些。對 于粉土和粘性土等細顆粒土，野外鑒別難度相對較大?，F(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范 (GB50021-2001)規(guī)定對地基土進行現(xiàn)場描述，在此基礎(chǔ)之上，進行野外初步 定名和初步確定土的工程性質(zhì)。在提交勘察報告時，還需結(jié)合室內(nèi)實驗和現(xiàn)場有 關(guān)原位測試進行補充、校核和綜合分

18、析，最終確定地基土類別和工程性質(zhì)。本實 驗即專門針對一般土的野外鑒別而進行。一、實驗?zāi)康暮鸵螅罕驹囼炓笤谡n堂教學(xué)基礎(chǔ)上，通過勘察或野外露頭的現(xiàn)場觀察或觀摩學(xué) 習(xí)，以達到下列目的：1實驗結(jié)合實際勘探工程進行或者在野外地基土露頭進行；2學(xué)會野外進行土的觀察；3學(xué)會野外進行土樣的描述；4學(xué)會野外判別土的密實程度；5能野外鑒別長沙市常見的一般地基土類型。二、實驗方法和原理：通過野外觀察土的分布和特性，能初步確定土的成因類型及工程類型。粗粒土描述：顏色、顆粒級配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、礦物組成、 粘粒含量、腐殖質(zhì)含量、濕度、密實度等；細粒土描述：顏色、包含物、濕度、密實度、光澤反應(yīng)、震搖反應(yīng)

19、、干強度、 韌性、土層結(jié)構(gòu)。三、實驗儀器設(shè)備：本試驗在學(xué)校附近巖石露頭進行，有關(guān)實驗的設(shè)備比較簡單。主要包括：1)尺：用于測量粗粒土粒徑。2)地質(zhì)錘和小刀：用于野外鑒別土類型及其軟硬程度的定性觀察和分析； 四、實驗步驟：1 .野外觀察土的分布、厚度;2 .觀察、描述土的特征；3 .判斷土的成因類型；4 .推斷土的形成年代。五、實驗結(jié)果處理：整理野外觀察記錄，根據(jù)實際記錄的土的特征確定土的類別六、實驗報告格式：1 .工程概況、實驗日期2 .實驗要求和目的3 .實驗方法和步驟4 .實驗數(shù)據(jù)及其整理5 .實驗結(jié)果分析6 .結(jié)論七、實驗思考題：如何進行細顆粒土和粗顆粒土的分類?實驗四 巖石與巖體工程性

20、質(zhì)的現(xiàn)場鑒別巖土工程勘察時，要求對地表和各類勘察工程揭露的巖石和巖體進行現(xiàn)場鑒 別和描述，現(xiàn)場定性確定巖石（體）工程性質(zhì)。對于巖石來說，現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）規(guī)定，巖石應(yīng) 描述地質(zhì)年代、名稱、地層產(chǎn)狀、風(fēng)化程度、顏色、主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié) 理裂隙及巖石質(zhì)量指標 RQD;對沉積巖石著重描述顆粒大小、形狀、膠結(jié)物成 分和膠結(jié)程度；對巖漿巖及變質(zhì)巖應(yīng)著重描述礦物結(jié)晶大小和結(jié)晶程度。特殊巖石還要進行特殊性質(zhì)的鑒別和描述。對于巖體來說，現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范 （GB50021-2001）規(guī)定，巖體還應(yīng)描述結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、巖層厚度、結(jié)構(gòu)類型、 巖體基本質(zhì)量等級等內(nèi)容。巖石（體）

21、工程性質(zhì)的確定，包括野外定性分析和根據(jù)各種測試結(jié)果定量分 析兩種方法，經(jīng)過綜合分析之后判定不同巖石地基或工程圍巖的工程性質(zhì)。本實驗即專門針對巖石（體）野外定名和工程性質(zhì)的野外鑒別而進行。一、實驗?zāi)康暮鸵螅罕驹囼炓笤谡n堂教學(xué)基礎(chǔ)上，通過學(xué)校附近野外巖石（體）露頭的現(xiàn)場觀 測，以達到下列目的：1野外鑒別學(xué)校附近巖石名稱、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；2能按照國際巖石力學(xué)學(xué)會實驗室和野外試驗標準化委員會推薦標準對節(jié)理 和裂隙進行觀測和描述；3能野外定性鑒定巖體風(fēng)化程度；4能野外定性判別巖石軟硬程度；5能野外定性鑒別巖體完整程度；6能初步確定其巖體結(jié)構(gòu)類型和巖體基本質(zhì)量等級；7能野外初步判別巖石的崩解性能和等級。8通過上述工作，為將來從事工程勘察打下有關(guān)巖石（體）工程性質(zhì)的確定 的基礎(chǔ)。二、實驗原理：巖石是在地球內(nèi)外動力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，根據(jù)不同成因可以劃分不同的巖石 類別。不同的巖石類別具有不同的成分、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和不同的軟硬程 度和抗風(fēng)化能力。在各種地質(zhì)作用和人類因素影響下， 巖體的風(fēng)化程度不同，由 此造成巖體的工程性質(zhì)也不同，從而