工程地質(zhì)課程設(shè)計.doc

AA工程地質(zhì)分析原理課 程 設(shè) 計 大 綱資 源 與 環(huán) 境 工 程 學(xué) 院2011年5月工程地質(zhì)分析原理課 程 設(shè) 計 大 綱一、目的及意義學(xué)習(xí)工程地質(zhì)分析理原理課程后，以勘察工程實例進行工程地質(zhì)分析和設(shè)計。用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中趨勢面分析方法，求出曲面后則可計算滑坡推力、設(shè)計相應(yīng)的加固方法。以現(xiàn)行規(guī)范和生產(chǎn)單位習(xí)用的方式表達出來。作設(shè)計說明書一份。二、要求 邊坡設(shè)計開始之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)整個邊坡的資料，包括工程地質(zhì)、水文條件、地震烈度及國家頒發(fā)的有關(guān)設(shè)計規(guī)范外，應(yīng)注意相關(guān)工程資料的搜集和分析，如深基坑、公路邊坡設(shè)計中應(yīng)搜集路線平、縱、橫斷面設(shè)計資料及路基設(shè)計表，水工邊坡中應(yīng)搜集大壩、船閘等相關(guān)工程的有關(guān)資料。此外，還應(yīng)重視土質(zhì)調(diào)查試驗資料，當(dāng)?shù)赝愡吰鹿こ痰慕?jīng)驗資料的搜集與分析。1)工程地質(zhì)勘察報告 這是對邊坡進行穩(wěn)定性分析與評價的主要資料，它包括邊坡的地層結(jié)構(gòu)，各地層的產(chǎn)狀、構(gòu)造、巖層的完整及破碎程度、風(fēng)化程度等，覆蓋層厚度及變化情況，可能破裂面(或滑動面)的位置、形態(tài)及潛在變化，地形變化及地貌特征等。 2)水文條件 邊坡設(shè)計時，應(yīng)掌握邊坡地段處地表水及地下水的情況，包括雨季及枯水季節(jié)的地下水位情況，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)年限內(nèi)的最大降雨量等資料。 3)地震資料 邊坡設(shè)計時，應(yīng)查閱國家地震烈度區(qū)劃圖，當(dāng)?shù)卣鹆叶鹊陀?度時，可不考慮地震荷載；當(dāng)?shù)卣鹆叶冗_到6度以上(含6度)時，應(yīng)計算地震荷載的影響。 4)土質(zhì)調(diào)查試驗報告 在進行邊坡設(shè)汁時，應(yīng)掌握土層的類別及物理、力學(xué)性質(zhì)，它是在進行工程地質(zhì)勘測時通過調(diào)查、鉆(挖)孔采集各土層(地層)的原狀土(巖)樣，并以室內(nèi)或原位試驗方法取得的。各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有粒徑級配、塑液限、天然含水量、土體天然容重、飽和容重、抗剪強度指標(biāo)、滲透系數(shù)水力坡體、巖石天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下的單軸(無側(cè)限)抗壓強度，以及土(巖)樣柱狀剖面圖等。 5)相關(guān)工程資料 邊坡工程的設(shè)計應(yīng)與相關(guān)工程相適應(yīng)，盡量不影響相關(guān)工程的使用功能，因此，在設(shè)計前應(yīng)搜集相關(guān)工程的總體平面布置圖、縱斷面及橫斷面設(shè)計圖，對于公路邊坡工程，還應(yīng)搜集路基設(shè)計表。 6)同類邊坡工程的經(jīng)驗資料 邊坡設(shè)計時，在對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件及降雨情況缺乏把握的情況下，對當(dāng)?shù)赝愡吰鹿こ痰慕?jīng)驗資料，包括邊坡斷面設(shè)計形狀、坡比、臺階高度、臺階寬度、防護結(jié)構(gòu)形式等進行深入細致的分析研究顯得尤為重要。 7)邊坡工程環(huán)境資料 邊坡工程設(shè)計應(yīng)考慮邊坡工程對周邊環(huán)境的影響，以保護與美化環(huán)境，因此在邊坡設(shè)計前必須收集與邊坡工程有關(guān)的環(huán)境資料。三、時間課程結(jié)束后一周內(nèi)交說明書一份。(附中英文摘要、參考文獻)。工程實例一、工程概況貴開公路K57+100K57+300段左側(cè)邊坡位于開陽縣南江鄉(xiāng)關(guān)口鎮(zhèn)東側(cè)，由于修建貴開公路，開挖路基將使K57+100K57+300段左側(cè)均形成約200m長的路塹高邊坡，擬建公路原始地面標(biāo)高為939.36954.22m，設(shè)計路面標(biāo)高為933.88940.10m，路基垂直開挖使左側(cè)形成高5.4614.40 m的巖土質(zhì)混合邊坡，右側(cè)形成高6.2018.30m的巖土質(zhì)混合邊坡，該路段設(shè)計公路寬9.0m。二、地質(zhì)災(zāi)害的危害程度該段公路擬開挖人工邊坡位于關(guān)口鎮(zhèn)東側(cè)，邊坡高度較大，地質(zhì)環(huán)境條件較差，屬地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，若發(fā)生滑坡，將對長為200m擬建公路的安全使用造成很大的危害。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，場區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土構(gòu)成均較復(fù)雜；該邊坡若發(fā)生滑坡，造成的危害較大，針對地質(zhì)災(zāi)害工程的重要性及特殊性，本邊坡工程等級為二級，場地及公路等級為二級，地基等級為二級，綜合上述條件，該邊坡工程勘察（詳勘階段）工程等級為乙級三、邊坡特征及穩(wěn)定性評價（一） 邊坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征 擬建公路的開挖將使K43+380K43+540段兩側(cè)均形成人工邊坡，南西側(cè)將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為939.343951.60m，邊坡高度5.4614.40m的巖土混合邊坡，該側(cè)巖層呈順向產(chǎn)出；北東側(cè)將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為940.056955.794m，邊坡高度6.218.3m的人工巖土質(zhì)邊坡，該側(cè)巖層呈反向產(chǎn)出，擬建公路的開挖可能引起北東側(cè)整個土層及強風(fēng)層滑坡，可能導(dǎo)致滑坡的面積為10552m2，土層滑坡體積61760 m3，土層及強風(fēng)化層滑坡體積為88360 m3。擬建公路的開挖可能引發(fā)表層土體內(nèi)部的滑坡、土層沿強風(fēng)化巖層的順向滑坡及土層和強風(fēng)化巖層沿弱風(fēng)化巖層頂面的順向滑坡，一旦滑坡形成，將對擬建公路的施工和正常使用及枇杷哨小鎮(zhèn)人民的生命財產(chǎn)造成很大的危害。（二） 邊坡特征1、擬開挖邊坡（南西側(cè)），邊坡高度為5.4614.40m，邊坡范圍以礫砂土為主，僅-、-、-坡段坡腳切到強風(fēng)化巖層，強風(fēng)化巖石坡高在3.10m以內(nèi)，巖層傾向與坡向相同，形成順向坡。2、右側(cè)擬開挖邊坡（北東側(cè)），邊坡高度為6.218.3m，邊坡范圍以礫砂土和強風(fēng)化巖層為主，其中-、-坡段為全土質(zhì)邊坡；-、-、-、-坡段為礫砂土和強風(fēng)化巖石邊坡，強風(fēng)化巖石坡高分別2.60m、5.50m、2.0m、4.80m；-、-、-坡段為礫砂土、強風(fēng)化巖石和弱風(fēng)化巖石邊坡，弱風(fēng)化巖石坡高分別為1.70m，2.40m，7.60m，巖層傾向與坡向相反，形成反向坡。（三） 邊坡影響因素 隨著公路的施工進度，人工邊坡逐漸形成，當(dāng)邊坡高度超過臨界值，土層及強風(fēng)化層在重力作用下應(yīng)力重新分布，由于土層與強風(fēng)化層抗剪強度較差，自身將會不穩(wěn)定。若遇雨季，土層及強風(fēng)化層在雨水作用下，將使其抗剪強度指標(biāo)降低，自重增加，水壓力增大，加速邊坡的下滑；在路基開挖過程中，巖石放炮，將增加地震水平力，也會加速邊坡的下滑，故應(yīng)及時對人工邊坡進行治理。（四）試驗成果分析及巖土參數(shù)1、巖土物理力學(xué)指標(biāo)巖體及土體重度根據(jù)試驗得出，礫砂土的抗剪強度指標(biāo)根據(jù)室內(nèi)原狀土試驗及現(xiàn)場直剪試驗結(jié)果綜合確定，強風(fēng)化泥巖抗剪強度指標(biāo)采用現(xiàn)場直剪試驗提供參數(shù)。室內(nèi)土體直剪試驗，舍去1、2、3號土樣和8、9號土樣后，統(tǒng)計，其抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值為C=37.2KPa，=12.26，重度為=18.84以上試驗統(tǒng)計結(jié)果顯示，二種試驗土體內(nèi)摩擦角很接近，考慮現(xiàn)場直剪試驗樣品數(shù)較少，直接影響統(tǒng)計結(jié)果，故建議土體內(nèi)摩擦角采用原狀土和直剪試驗的平均值；內(nèi)聚力離散，由于水對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，土質(zhì)邊坡在浸水狀態(tài)時最不穩(wěn)定，土體粘聚力較自然狀態(tài)和干燥狀態(tài)下降很大，故土體粘聚力應(yīng)采用現(xiàn)場直剪試驗數(shù)據(jù)，從現(xiàn)場直剪試驗數(shù)據(jù)可見，其離散性很大，經(jīng)統(tǒng)計其變異系數(shù)為0.42，屬高變異，不能直接采用統(tǒng)計結(jié)果，接合現(xiàn)場土體特性和地區(qū)經(jīng)驗分析，建議粘聚力采用現(xiàn)場直剪試驗數(shù)據(jù)平均值；由于勘察區(qū)土體粗顆粒含量較高，室內(nèi)土體重度試驗值偏低，場區(qū)土體重度建議提高使用。由于場區(qū)土體滲水性較好，按半滲水狀態(tài) ，土體力學(xué)參數(shù)最終取值建議為重度=20KN/m3，抗剪強度指標(biāo) C=26KPa,=11，基底摩擦系數(shù)=0.35；由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場區(qū)屬同一類地層，強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖在龍廣滑坡工程中已經(jīng)做現(xiàn)場直剪試驗，且強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖內(nèi)均夾有粘土，故本工程強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖力學(xué)參數(shù)采用龍廣滑坡勘察報告提供的指標(biāo)：重度 =22KN/m3，抗剪強度指標(biāo) C=21KPa,=10，基底摩擦系數(shù)=0.35；弱微風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖重度采用龍廣滑坡試驗值=26.8KPa，抗剪強度指標(biāo)采用龍廣滑坡審查通過值C=200KPa,=25，基底摩擦系數(shù)=0.45；弱風(fēng)化砂巖、石灰?guī)r重度根據(jù)試驗統(tǒng)計結(jié)果=26.9KPa，根據(jù)規(guī)范其抗剪強度指標(biāo)C=1.0MPa，=40。注：從以上巖土的力學(xué)參數(shù)可見，土層抗剪強度指標(biāo)比強風(fēng)化巖層抗剪強度指標(biāo)高，就此進行分析，原因應(yīng)為土層經(jīng)過長時期的固結(jié)，比較密實，故指標(biāo)較高；強風(fēng)化巖層內(nèi)夾粘土，且對于0.25m的試驗體來說，節(jié)理裂隙貫通性較好，現(xiàn)場直剪試驗是沿粘土內(nèi)和節(jié)理裂隙面破壞，故指標(biāo)較低。2、地基承載力、土體地基承載力根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范JTJ024-85規(guī)范表2.1.2-5取用：礫砂土容許承載力0=250KPa。、由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場區(qū)屬同一類地層，鈣質(zhì)泥巖在龍廣滑坡工程中已經(jīng)取樣作室內(nèi)抗壓試驗，故本工程未對該套巖石取樣。、作試驗，鈣質(zhì)泥巖地基承載力采用龍廣滑坡工程提供的指標(biāo)：強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖容許承載力0=350KPa，弱風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖容許承載力0=2500KPa。、邊坡穩(wěn)定性計算及評價勘察區(qū)內(nèi)擬開挖人工邊坡-、-、-、-、-、-、-、斷面為土質(zhì)邊坡，土層為礫砂土，破壞模式按平面滑動型，計算時破裂角采用= (45+/2)，穩(wěn)定性計算公式為，滑坡推力計算公式為F=W（Kssin-costg）-CL；-斷面為巖土混合邊坡，巖層呈順向產(chǎn)出，土層為礫砂土，破壞模式有二種：、土體內(nèi)部的平面滑動型，、巖土體折線滑動型，計算時土層破裂角采用= (45+/2)，滑動面傾角采用巖層視傾角，土體內(nèi)部的平面滑動計算公式與上同，巖土體折線滑動破壞采用傳遞系數(shù)法計算滑坡推力，其計算公式為Fi=(Wisini+Qicosi)-1/KsCiLi+(Wicosi- Qisini) fiFi-1i-1以上計算公式中：K穩(wěn)定系數(shù)；Fi條間推力（KN/m）；Fi-1第i-1條塊的剩余下滑力（KN/m）；Ks抗滑安全系數(shù)；W、Wi單位長度豎向力（條塊自重）（KN/m）；土層破裂角；i、i-1分別為第i塊，第i-1塊滑動面傾角；、i巖土的內(nèi)摩擦角（度）；C、Ci條塊滑動底面巖土的粘聚力（KPa）；L、Li條塊滑動底面的長度（m）；Qi單位長度水平推力（KN/m）；fi條塊滑動底面巖土的摩擦系數(shù) fi=tgi；i傳遞系數(shù)。i-