國民經(jīng)濟建設(shè)中的重大地質(zhì)問題、所需各類礦產(chǎn)資源、水資源與環(huán)境問題等是社會穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的條件和基礎(chǔ)。地質(zhì)工程領(lǐng)域正是為此目的而進行科學(xué)研究、工程實施和人才培養(yǎng)。地質(zhì)工程領(lǐng)域服務(wù)范圍廣泛,技術(shù)手段多樣化,從空中、地面、地下、陸地到海洋,各種方法技術(shù)相互配合,交叉滲透,已形成科學(xué)合理的、立體交叉的現(xiàn)代化綜合技術(shù)和方法。
當勘探孔數(shù)量或深度不夠時, 易造成后果有:(1)由于孔數(shù)太少, 特別是當持力層頂面起伏較大時,設(shè)計人員無法確定樁的長度;(2)孔的深度不夠, 設(shè)計人員無法知道此持力層有多厚以及下面的地質(zhì)情況,因而無法進行樁基的沉降計算;
大口徑鉆進
工程地質(zhì)勘探鉆孔的孔徑,大多數(shù)是168MM開孔,91MM終孔,這樣的孔身結(jié)構(gòu)能夠滿足一般的勘探、試驗要求。但是在特殊情況下,譬如為了探查壩基軟弱夾層和強透水帶的位置及展布方向、斷層破碎帶和緩傾角裂隙的產(chǎn)大辯論和特征,以及為了檢查基礎(chǔ)的灌漿質(zhì)量和混凝土的澆筑情況,就需按照工程地質(zhì)的要求,打一些大口每項鉆孔,以工程技術(shù)人員進入孔中直接觀察和測量。。 大口徑鉆孔主要在水電工程地質(zhì)勘探中采用。中國于1963年在丹江口壩直址打成了口大口每徑鉆孔;之后,葛洲壩、小浪底、偏窗子、三峽等水利樞紐工程中相繼采用,均取得很好的勘探效果。面且承擔(dān)了大壩基礎(chǔ)處理等任務(wù)。 由于大口徑鉆孔能夠讓勘探人員直接進入其中觀測和取樣,準確地搜集到性地質(zhì)資料,因而避免了用一般勘探耗費大量進尺而未能搞清某些地質(zhì)現(xiàn)象和問題的弊病。它也代替了施工復(fù)雜的豎井工程,而且由于無爆破震動,可以保持巖層的天然狀態(tài)。 大口徑鉆探方法有沖擊鉆進和回轉(zhuǎn)鉆進,在工程地質(zhì)勘探中主要使用后者,其孔徑分別1150、1050、950和750MM,孔深30—60M,可以取得材心。鉆具是在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上改裝的,主要包括鉆頭、巖心管、取粉管、鉆桿等。除鉆具外,還應(yīng)配備吊籠、絞國及潛水泵等必要的設(shè)備。
小口徑(金剛石鉆頭)鉆進
近年來,中國在工程地質(zhì)勘探中逐漸推廣小口徑的金剛石鉆進。這種鉆進有很多優(yōu)點:能鉆進極硬的巖石,使用壽命長,鉆進效率高,巖心采取率高,且?guī)r心完整度好;孔徑均勻,孔壁光滑,鉆彎曲度小;鉆進時平穩(wěn),設(shè)備的磨損小,能量消耗少;重量輕,搬運方便等。金剛石鉆具主要包括金剛石鉆頭、金剛石擴也器、巖心卡簧及金剛石鉆進用巖心管。金剛石鉆頭生產(chǎn)有直徑76、66、46、36MM等幾種規(guī)格,較一般的鉆頭要小得多,故稱之為“小口徑”。這種鉆頭是將金剛石顆粒鑲嵌在鉆頭唇部,利用金剛石的硬度磨削巖石鉆入地層。金剛石鉆進一般均使用雙層巖心管。從小泵送來的沖洗液,經(jīng)內(nèi)、外管之間的間隙而到達孔底,可減少對巖心的沖刷影響。 采用小口徑(金剛石鉆頭)鉆進,在操作上必須注意的是:在任何情況下都不允許無水鉆進否則發(fā)生高熱會燒毀金剛石,用過鋼粒鉆進的孔,不能再下入金剛石鉆頭,因孔底遺留鋼粒,在沖擊振動時會使金剛石損壞;若鑲嵌的金剛石顆粒掉落孔底,應(yīng)即打撈,否則會使整個金剛石鉆頭遭到損壞;鉆進中若迂軟弱夾層及裂隙發(fā)育的地層,應(yīng)特別注意降低壓力及轉(zhuǎn)速。由于在礫石層、礫巖及硬脆破碎地層中鉆進時,沖擊振動很大,對金剛石的包鑲金屬磨耗很快,故一般不采用金剛石鉆進。 金剛石鉆進雖有很多優(yōu)點,可是它的孔徑過小,有能作現(xiàn)場水文地質(zhì)試驗。 六、聲波測井在工程地質(zhì)鉆探中的應(yīng)用墀測井是一種地球物理勘探技術(shù),它的物理基礎(chǔ)是研究與巖石性質(zhì)密切相關(guān)的聲振動沿鉆井的傳播特征。它具有快速,輕便的優(yōu)點。近十余年來在中國外逐漸推廣應(yīng)用,我取得了較好的效果。 聲波測井可充分利用已有的鉆孔,結(jié)合地質(zhì)調(diào)查,了解基巖風(fēng)化殼的厚度、物征,進行分帶,查明深部地層的巖性特征,進行地層劃分,確定軟弱夾層的層位、深度和厚度;尋找?guī)r溶洞穴和斷層破碎帶;研究巖石的某些物理力學(xué)性質(zhì),進行工程巖體分類等。與其它測井方法密切配合,還可憐全部或部分代替巖心鉆探,開展無巖心鉆進??傊?,聲波測井在工程地質(zhì)鉆探中的應(yīng)用是多方面的。 所應(yīng)用的聲波測井方法主要有以下三種:一是根據(jù)墀傳播速度研究地質(zhì)體性質(zhì)的墀速度測井;二是根據(jù)墀振幅的衰減反映巖層性質(zhì)的墀幅度測井;三是利用墀在井壁上的反向我了解井壁結(jié)構(gòu)情況的專長波電視測井。其中應(yīng)用多的是聲速測井。 聲速測井的裝置,為單發(fā)射雙接收型的。兩個接收器R1、R2的距離為L。沿井壁的滑行波到達兩個接收器的時間差為△t,具有 L △t = —— V2 △t表示聲波通過厚度為L的一段巖層所需的時間,習(xí)慣上把它換算為通過一米巖層所需的時間(叫做旅行時間),單位為μs/m。由時差△t即可求出聲波在巖層中的傳播速度V(m/s): V=-106/△t 三峽水利樞紐壩基為前震旦紀的石英閃長巖和閃云斜長花崗巖,經(jīng)大量聲波測并工作后獲得的各風(fēng)化帶縱波速度值列于中。