第一章
第一章 工业与民用建筑的岩土工程勘察
1.1 岩土工程勘察的基本理论
岩土工程勘察的研究对象是工程建筑所处的地球表面的岩土体及赋存于其中的水、应力、热等组成的整个工程建筑场地的地质环境。这样一个地质环境对工程建筑条件有三方面的用途，即：建筑地基（地基、坝其、路基等）；建筑环境（硐室、油库、地下铁道、井巷等）；建筑材料。
岩土工程勘察的主要目的与任务是查明建筑场地的岩土工程条件，分析论证存在的岩土工程问题，对建筑场区作出岩土工程评价。这样除了应用广泛的理论，对各项具体问题进行阐述，论证及提出解决这些具体问题的途径和方法外，还要研究各种勘察方法的原理，适用条件相互关系与配合，研究勘察方向与步骤，不同勘察阶段的工作布署，通过勘察资料的分析整理，岩土工程图的编制，发现场地存在的岩土工程问题，分阶段、有步骤地加以解决，以应用各种理论进行正确地岩土工程评价。
岩土工程勘察的基本任务就是为工程建筑的规划、设计、施工及安全运营提供详细地可靠地地质资料，运用地质力学知识回答工程上的地质问题，以使地质环境与建筑物相适应，从地质上保证建筑的安全稳定、经济、合理、正常运行，并达到合理利用地质环境，保护地质环境的目的，同时对建筑不利的地质条件进行处理和技术措施。
岩土工程勘察的任务具体总结有以下几个方面的内容：
（1）查明建筑场地的岩土工程条件，指出对工程有利和不利的岩土工程条件。阐明这些条件的地质特征，形成过程和控制因素。
（2）分析研究与建筑有关的岩土工程问题，作出定性和定量的评价，为建筑物的规划、设计、施工提供可靠的地质依据。满足设计阶段所需的岩土参数、确定地基土的承载力特征值，预测变形量的大小。
（3）选出岩土工程条件优越的建筑场，即选择岩土工程条件优良，岩土工程问题少而小的建筑场。选择优良的建筑场工勘的重要性尤为突出。在上述各方面的条件中，应充分体现出：充分利用自然地质环境；避免事故的发生；减少复杂的工程措施，取得获取最大的经济效益，社会效益和环境效益。
（4）配合设计、施工部门提出建筑物的类型、结构、规模、施工方法及地质要求。尤其是要提出地基基础类型、基坑支护的方法、工程降水及地基处理的方法及与地质有关的注意事项。例如对于抗震烈度大于6度的场地，应进行场地与地基的地其效应评价。
（5）为拟定、改善和防治对建筑物有影响的不良地质条件的措施、方案提供地质资料，提出改善场地岩土工程条件，解决岩土工程问题的措施及试验数据。而针对的是岩土工程条件中的缺陷和存在的岩土工程问题，只有在阐明不良条件的性质、涉及范围，以及正确评定有关岩土工程问题的严重程度的基础上，才能拟定出合适的措施方案。所以，必须有岩土工程勘察的成果作为依据。例如对于抗震烈度大于6度的场地，应进行场地与地基的地其效应评价。尽管处理地基及围岩是设计施工部门的工作，但其范围，处理的可靠性，方案的选比，没有工勘的详细工作是没有实际价值的。
（6）预测工程兴建后对地质环境的影响，制订保护地质环境的措施。人类工程经济活动取得了利用地质环境、改造地质环境为人类谋指利的巨大效益。但是，它同时也成为新的地质营力，产生了一系列不利于人类生活与生产的地质环境问题。例如铁路的修建，方便了交通，但是山区开挖边坡，也常常引起新的滑坡、崩场；水库的修建，有利于防洪、发电等，但也往往带来了库岸地区的浸没、坍岸、甚至出现水库诱发地震等问题。
（7）进一步完善和发展岩土工程勘察的理论和方法。
以上几项任务，前两项是工勘独自完成的，后几项是与设计、施工及其它部门共同完
成 ，前两项任务是后几项任务的基础。查明岩土工程条件是工勘最基本的任务，也是岩土工程工作者最基本的工作，在这方面出了问题，后面的几项任务就难以完成，并可能得出错误的结论。
岩土工程条件是指与工程建筑有关的地质要素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其岩土工程性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象和天然建筑材料等六大要素。
在此之所以将地质要素称之为岩土工程条件，是因为对其研究和评价者是以岩土工程观点出发的，是针对具体工程建筑的，对地质条件变化的预测也是与工程建筑相联系的。
这些要素对区域合理利用、不同类型建筑区及场地的选择、不同类型工程的配置、建筑物的稳定性及其正常运营和施工条件起着决定性的作用；同时产生岩土工程问题也会很不相同。
岩土工程条件是上述综合性的概念，是指上述六个要素的综合。单独一、两个要素不能称之为岩土工程条件，而仅能按其本身术语称之，或称之为岩土工程条件的地质结构要素等。尽管岩土工程条件受气候、水文、植被等自然因素的影响，但是这些自然因素并非为岩土工程条件的组成部分，故不能把岩土工程条件定义为“自然因素的综合”。
岩土工程条件是地质演化过程及其后生变化而逐渐形成的，即：内、外动力地质作有物产物。岩土工程条件的形成受大地构造、地形地势、气候、水文、植被等自然因素的控制。但是岩土工程条件各要素之间又是相互联系、相互制约的，从而形成了差异巨大的岩土工程条件模式。例如：1）山区模式——基岩为主——断裂发育——基岩裂隙水为主——物理地质现象发育——石料丰富；2）平原区模式——冲积层巨厚——砂土、粘性土交互发育——物理地质现象不发育——孔隙水为主——土料丰富；3）山前平原区模式；4）峡谷区模式；5）岩溶地区模式；6）花岗岩区模式。
在岩土工程勘察中，对岩土工程条件的各要素的研究应按一定的顺序进行，并且，各勘测阶段研究的重点和详细程度也不相同。下面对岩土工程条件的六大要素逐一加以阐述。
1．地形地貌条件
地形地貌是内外动力地质作用在漫长的地质历史过程中形成的。一个地区地形地貌的各种形态及其总体特征往往有助于当地的地质结构、岩性的构成、地质作用和地质现象的分布以及它们对于已建成似建工程的危害性。
地形地貌的研究对建筑场地的选择、建筑物的配置和形式、工程量的大小、勘察工作量的布置有重大影响。同时它还反映出地质结构、水文地质结构特征，成因类型、地壳运动，尤其是新构造运动特征。
地形地貌条件对建筑场地的选择，尤其是水电枢纽约工程、铁路、运河渠道等方案的选择意义重大。
例如，平原区的地貌条件比较简单，场地线路的选择较为理想；而在地形地貌复杂多变的山区，如何使线路“平、顺、直”，而又避免大的挖填方工程和尽可能避免大的大型工程建筑物（桥梁、隧道），是一件直接影响经济合理性的复杂工作。河谷的宽度影响到水坝的长短、山体的宽厚与否，河谷的陡峻对称与否，阶地的发育与否，直接影响到坝型的选择与工程量的大小，此外，场地的宽敞程度，有无心滩又直接影响到施工方法和施工条件，工期长短与工程造价。所以，合理利用地形地貌条件是规划选址阶段应首先加以注意的问题。
地形地貌条件包括如下几个方面的研究内容：
1） 地形地貌分级；2）地貌单元划分；3）地形起伏的变化（水系分布、高程及相
对高差）；4）地面切割情况（沟谷的发育系统、形态、方向、密度、深度及宽度）；5）山坡形状、高度、陡度；6）山背山顶的形态、宽度、平整程度；7）河谷情况：河谷结构、坡度、河谷地形、宽度等；8）阶地：阶地成因类型、阶地级数及高程、宽度、起伏度、完整程度、结构及组成物质；9）不同地貌单元的特征及相互联系与差异。
对于地形地貌的研究一般是在踏勘和初勘阶段进行的，有关岩土工程条件的最重要的资料往往是通过对当地地形地貌的野外调查和对航测等资料的研究中获得的。岩土工程工作者在一个新的区域进行工作，没有首先对地形地貌的研究与调查其工作就会迷失方向而造成工作的被动局面。很多勘察工作的布置也难以正确进行，资料也会造成不完整性和缺乏代表性。
2． 地质结构条件
地质结构一词比地质构造含义更广，与岩土工程关系更为密切，因此，岩土工程和岩土工程界经常采用地质结构这一术语。我们在岩土工程中常用的岩体结构、土体的结构等，并不限于地质构造的含义。地质构造所形成的结构面称为构造结构面，包括断层面、层间错动面、切理面、劈理面等，这些结构面仅限于岩体内部，在土体中很少或基本不存在。
岩体土体中占重要地位的是原生结构面，它们对岩体常具有控制意义，不整合面、假整合面也是原生的沉积结构面，其分开来的不同部分，在物质成分和结构构造上也是互不相同的，差异明显，属于物质分界面。火成岩中的各种结构面；变质作用形成的结构面；风化卸荷形成的裂隙面都是构造结构面。因此，地质结构包括了构造结构面和次生结构面，原生结构面等。
土体结构是指土层组合关系，即由层所分隔的各层土类型，百厚度及其空间分布变化。相变剧烈是土体结构的最大特征。对建筑极有意义的是地基土体中强度高、低，透水性大、小的土层的上下关系及其相对厚度。凡此对建筑物的地基承载力和建筑物的沉陷变形情况起着决定性作用。
岩体结构的主体是构造结构面，而缝隙、软弱夹层及构造破碎带也是岩体结构的研究重点，这些结构面的性质与分布是工程勘察中的重要内容。
岩体天然应力状态是赋存于地质结构中的，也就是地应力。它对于地基开挖后的岩体变形、失稳，洞室围岩的变形与破坏，尤其是在结构面发育的地段，影响尤为剧烈，破坏极为严重。在岩土工程勘察中应当重视。
有关地质结构的研究在初勘阶段主要以大的控制性结构为主，而在详勘阶段，有关微裂隙的研究则成为重点对象。
3． 岩土类型及其岩土工程性质
岩土是区域岩土工程条件是最重要的因素，是岩土工程条件诸因素中与工程建筑密切相关的。它决定着地形特征，地质作用的发育情况，地下水矿产的分布。同时岩土还是各种工程建筑的天然地基、环境和建筑材料。
有关岩土类及其岩土工程性质的研究在各个勘察阶段都有其丰富的内容，而且重点也不一样。在工程初勘察阶段，在岩土类型及成因的划分上与地质测绘没有太大的差别，以分到界、系、统即可，而对其岩土工程性质的研究一般是据经验值给出，以方便对地质结构等的研究；而在详勘阶段，则对岩土类型的划分就基于岩土工程的观点进行详细地划分，以据其岩土工程性质划分岩土工程单元体，以利于对其进行正确地岩土工程评价，并且在此阶段，有关岩土性质的测试研究工作量也是巨大的，是工勘测的重要工作。有关岩土类型的划分，在地质岩石学课程和工程岩土学中已经讲过。但应说明的是，岩土分类随着研究的深入和勘察阶段性则由粗到细。例如，在规划阶段一般可按成因类型划分（注意年代），在详细勘测阶段则须按物理力学性质划分，对于岩土工程性质特殊性的特种岩土应按具体情况专门研究和划分。
在详细勘察阶段则须按物理力学性质划分。软土、黄土、膨胀土、红土、盐渍土等特殊土体以及软岩、软弱夹层及破碎岩体不利于地基的稳定性，边坡的滑移、洞室的塌落也往往由这种软弱夹层引起，勘察中需要特别注意研究。在岩土工程勘察中必须进行仔细的勘探、试验工作，以查清它们的分布情况、厚度变化，取得较为准确的物理力学性质指标。
4． 水文地质条件
水文地质条件是影响岩土岩土工程性质，致使岩土工程问题复杂的重要因素，对其
研究的主要内容有：1）水文地质结构——补给、泾流和排泄条件；2）地下水类型、水质；3）地下水位、水头、水量及变化；4）含水层、隔水层的分布及组合关系、厚度；5）岩土层的渗透性、富水性、承压性、渗透压力；6）地下水的侵蚀性。
地下水的高低影响到建筑基础的埋深，施工方法的选择及处理措施；岩土的岩土工程性质与含水量有直接关系；地基沉降量的计算必须考虑地下水位的波动幅度；道路灌浆、水库渗漏、浸没、渠道渗漏、基坑漏水、流砂等岩土工程问题的出现与地下水位及变幅不无密切关系。
在水库库址选择中含水层、隔水层的空间分布至关重要，坝基防渗的范围与深度直接与含、隔水层有关；由于构造的破坏造成的水力联系的集中渗漏对坝基防渗的水库渗漏的影响很大。
地下水位幅度的变化对岩溶的发育至关重要，对于研究岩溶发育规律，尤其是深部岩溶的发育提供了良好的资料。
基岩裂隙水的分布很不均一，对于地下硐室、井巷围岩支护的稳定性有极大的威胁；而松散地基中的坝基，则由于产生渗透变形而失稳，坝基扬压力。
此外，在岩土过坡中，地下水的存在一方面加大了下滑力，另一方面使结构面软化、弱化、减小了抗滑力，致使边坡产生失稳的例子很多。
地下水的侵蚀性对于基础类型的选择也是必须在勘察中加以注意的。
大量抽取地下水还会造成许多环境岩土工程问题，例如，地面沉降、矿区塌陷、岩溶塌陷、附近区井泉干枯等。
在工程勘察中对水文地质条件的研究，在初勘测阶段一般是对其水文地质结构、含水层、隔水层的空间分布、撮度加以研究；详勘阶段则主要是通过钻探、取样和抽取地下水试验进行全面的水文地质参数的获取工作，以正确地评价岩土工程条件、解决存在的岩土工程问题。
5． 物理地质现象
物理地质现象是内外地质动力作用对地壳表层岩土体综合作用的产物，如地震、边坡变形与破坏、地面塌陷、泥石流、冲沟等。这些现象是岩土工程条件中最活跃的因素。因此，仅对其目前的存在状态的研究是不够的，还要对其发生、发展、消亡的规律、产生的原因、影响发育的因素、形成条件与机制、发展的过程及阶段进行反演和预测，才能作出正确的评价，制订技术经济上合理的防治措施。
6．天然建筑材料
对于大型工程来讲，天然建材是岩土工程条件的重要组成部分，它的质量，数量、开采条件和运输条件的优劣对工程的建筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一上理要的制约因素，必须在勘察中放到应有的地位来专门解决。
应当注意的是，具体建筑对工程条件的要求差异很大，影响也不查同。因此，岩土工程条件的评价应当与具体工程联系起来，才能评价其优劣，否则则会造成纸上谈兵，得出相反或错误的结论来。
岩土工程问题是指据岩土工程建筑与地质环境（可由岩土工程条件具体表征）相互矛盾、相互表征而引起的，对建筑物本身的顺利施工和安全运行或对周围地质环境可能产生影响的地质问题。只要兴建建筑物、地质环境就会与之相互作用、矛盾就会必然存在，因而，岩土工程问题总是存在的，只不过这种作用的强烈程度不同而已。有时表现得轻微，有时表现得强烈，并会产生严重的后果。
岩土工程问题的分析研究是岩土工程勘察的中心任务，只有把勘察工作提高到研究问题的高度，才能预测工程建筑后可能引起的地质环境的恶化及发展趋势，定性、定量地作出岩土工程评价，正确地选择优良场地和制订必要性的处理措施方案，才能把岩土工程条件与工程实际有机地联系起来，体现出岩土工程工作在工程建设中的重要性，是必不可少的，才能为设计施工提供可靠的地质依据。
岩土工程问题的分析与评价是一座桥梁，它把岩土工程条件的查明与场地结构的选择、施工方法及处理措施等有机地联系在一起了。从认识论上来讲，岩土工程问题分析基于、但是高于岩土工程条件的查明。这也是从感性认识到理性认识、由表及里、由现象到本质的综合推理论证过程，是实现由片面到更多的方面的一个质的飞跃。
建筑场地的选择是工程规划和可行性研究阶段的一项基本工作，如果规划部门已经确定了总体的工程规划方案，总体的场址取自已确定的情况下，那么，选择保证工程安全稳定、经济合理，对地质环境影响较小的建筑场地则是工勘义不容辞的任务，是工勘的主要目标，选择这样一个比较优越的地质环境，是一项十分重要而坚难的任务。
对于中小型工程，选择这样一个场地并不太维，但对于一项大型工程（如水电枢纽工程，铁路工程，隧道工程，核电工程，厂址工程等）则由于其工程建筑物多样化，生产工艺的要求特殊性，工作方便等因素，则选择起来就比较困难，如在地质环境较差的场地进行这样的大型工程补救措施有两种：一是改变建筑物设计，如结构型式改变，规模变小等；另一种是对地质环境进行岩土工程处理，以满足工程需要。从目前的技术水平而言，可以说没有什么困难难以克服，以改造地质环境，对工程进行技术处理这是地质改造的部分涵义。但也应看到，采取这些措施必然要付出很大代价，有时费用是很昂贵的，这里就有一个经济问题，这是一个不容忽视的问题。经济效益如何，在当今应当加以重视，况且这样做还会产生工期加长的问题。因此，经济合理性原则，地工程勘察中不仅本身要考虑（这里有勘察方法的问题，这是我们在工作中时刻运用着的，）而且，还要想到选择出的场地对具体工程的影响。
如果不讲求经济，岩土工程勘察可以说就是失去了几乎全部的意义，而只剩下保证工程安全稳定一方面，而这方面恐怕也有相当的问题。这样的经验与教训在国内国外都有，有官僚主义的、也有相当一部分是我们岩土工程工作者不加以重视造成的。
对于岩土工程问题的分析来讲，即要了解岩土工程条件的特点，又要了解建筑物的特点（建筑物理学规模、结构、类型）在些基础上，通过分析研究建筑物与岩土工程条件相互作用和影响因素，作用的机制和过程，边界条件，作出正确地定性评价，进一步利用各种参数和计算公式进行计算、作出定量的评价，明确作用的强度或岩土工程问题的严重程度、发生发展的进程——这就是岩土工程预测。
岩土工程条件优良的场地能使其与建筑物的作用限制在一定的程度之内，对建筑的安全稳定、顺利施工和正常运行有利，并保证了经济合理性，反之则会带来威胁。另外，工程建筑的特征对岩土工程问题的严重程度影响也热爱大，同样的岩土工程条件，由于建筑类型的差异，岩土工程条件的不同，施加的荷载与作用方式的改变、产生的岩土工程问题也不同，严重程度也不同，因此，从这两方面的相互的合作来讲，仅仅查明岩土工程条件是不够的，还要考虑到工程对其的影响。前者的查明只是达到了解自然的地步，而通过矛盾的分析——岩土工程总是的分析才能使勘察工作深入一步，从而更好地理解自然，并为合理地利用自然和改造自然决定基础。
此外，通过岩土工程问题的分析还可以检验岩土工程条件是否已查明充足，资料是否已充分，数据指标是否已正确合理，那些方面需要补充修正，从而指导进一步的勘察工作，在工作方法的选择和工作量的布置方面有所遵循，因此，它是一项指导全局的工作，是勘察的中心任务。
岩土工程勘察任务完成的好坏必须有一套有效的方法，勘察质量的优劣，与岩土工程勘察方法的巧妙配合，掌握运用的训练程度与正确程度有很大的关系。
岩土工程学研究方法有三种：地质学方法、实验方法和计算方法。这些研究方法在勘察工作中则由如下勘察方法来体现：1）、岩土工程测绘；2）、岩土工程物探和勘探；3）、岩土工程室内试验；4）、岩土工程野外（现场或原位）试验；5）、岩土工程长期观测；6）、 勘察资料的室内整理与报告编写。
岩土工程各种勘察方法在整个勘察工作中是相互联系的，逐步进行的，它们的目的及获得的信息对充分反映工作区的岩土工程条件、论证岩土工程问题、作出正确可靠的岩土工程评价是必不可少的。
岩土工程测绘是工程勘察各方法中最主要最根本的方法，是勘察最先进的工作。通过岩土工程测绘，取得地面地质的实际资料，了解地质变化规律；借此推断地下地质情况；指导物探、钻探、坑探、坑槽探、试验取样及长期观测等各项勘察工作的布置的具体位置；并能初步运用便携式仪器获得测绘区岩土的物理力学性质。该项工作在岩土工程勘察初期工作量是最大的，随着勘察工作的深入，测绘范围越来越小，精度要求越来越高。
勘探工作是为了验证测绘工作的推断或准确地反映区内地下地质情况，为岩土工程室内外测试提供条件而进行的工作，因此该项工作是勘察工作的深入和综合。一般在规划和初勘阶段，该项工作主要以物探和坑探为主，配合少量的钻探，而在详勘阶段，钻探工作则居主要地位。
测试工作是为了获取岩土岩土工程性质指标而不可缺少的，是为了论证岩土工程条件的差异性，分析岩土工程问题、定量评价具体剖问题必备的条件。初勘测阶段该项工作是少量的，并且主要是配合测绘进行的岩性分类测试，而在详勘测阶段则以为定量病人和为设计部门提供指标，处理技术参数而进行的，其工作量及试件数量往往是大量的，投资也会很大。
长期观测工作是为反映岩土工程作用的发展动态、强度，对工程的影响程度如何而埋的，该项工作视具体情况在勘察的各个阶段均可进行。
勘察资料的整理，主要是数据的统计、岩土工程图的编绘和岩土工程报告的编写。这是勘察工作的最终成果，为设计和施工服务和应用。只有高质量的勘察工作，才能获得高质量的成果报告；只有深入细致的室内工作，才能体现出勘察工作的质量。
勘察方法的选择及相互配合、勘察工作量的大小及工作布局，除了决定于工作区的岩土工程条件的复杂程度和工程类型外，还受勘察阶段的制约。所以明确勘察工作的阶段，以确定勘察广度和深度，是至关重要的。