《巖土工程》課件教學(xué)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。巖土工程課件-西南交通大學(xué)本科課程巖土工程教案簡(jiǎn)稿土木工程學(xué)院：鄧榮貴2011年1.前言1.1巖土工程概念（1）巖土工程的概念包含的意義：1）土木工程的一個(gè)分支，一門(mén)技術(shù)性邊緣學(xué)科；2）以水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、土力學(xué)、材料力學(xué)、彈行力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)、地基基礎(chǔ)工程學(xué)和力學(xué)試驗(yàn)分析等為理論與技術(shù)基礎(chǔ)；3）解決與巖土體有關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題，服務(wù)于工程建設(shè)和使用過(guò)程中的勘察與論證、設(shè)計(jì)與施工（監(jiān)理）、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、營(yíng)運(yùn)維護(hù)與病害處理、加固與更新等。（2）巖土

2、工程的服務(wù)領(lǐng)域1）工業(yè)與民用建筑和市政工程；2）交通運(yùn)輸工程；3）水利水電與能源工程；4）環(huán)境保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治；5）其它。1.2巖土工程工作的特點(diǎn)工作對(duì)象的復(fù)雜性；工作成果的不可預(yù)見(jiàn)性；工作失誤的難以彌補(bǔ)性；工作失誤的嚴(yán)重性。1.3巖土工程涉及的具體工程問(wèn)題1）土地利用的可行性研究；2）工程勘察設(shè)計(jì)；3）地基基礎(chǔ)方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較；4）地基、邊坡與隧道圍巖的利用與處理；5）海岸場(chǎng)地評(píng)價(jià)及方案設(shè)計(jì)；6）環(huán)境工程；7）地基土改良；8）監(jiān)測(cè)和檢測(cè)；9）工程抗震及地震工程等。1.4巖土工程建立的背景（1）國(guó)際背景（2）國(guó)內(nèi)背景1）人口增加、耕地減少；2）各種工程規(guī)模越來(lái)越大；3）可選擇場(chǎng)地地質(zhì)條件變得

3、復(fù)雜；4）因巖土工程工作不到位造成的工程事故占總事故的70以上；5）技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。1.5巖土工程專(zhuān)業(yè)（學(xué)科）在土木工程中的地位與作用（1）是土木工程的基礎(chǔ)（2）是地質(zhì)類(lèi)學(xué)科與上部結(jié)構(gòu)類(lèi)學(xué)科的“橋梁”（3）不懂得巖土工程，不可能成為一名優(yōu)秀的土木工程師（4）巖土工程典型事例。參考書(shū)1、參考教材：巖土工程，湯康民主編，武漢工業(yè)出版社；2、參考書(shū)：（1）巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)；（2）巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)；（3）巖土工程治理手冊(cè)；（4）巖土工程監(jiān)理手冊(cè)；（5）國(guó)內(nèi)外巖土工程案例分析。2.巖土工程勘察2.1基本任務(wù)a)場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：對(duì)各類(lèi)建筑物適宜性的技術(shù)論證；弄清場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)及各巖土層單元的工程

4、性狀參數(shù)；弄清施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題；地基加固方案和基礎(chǔ)形式的建議與論證；弄清或預(yù)測(cè)環(huán)境變化對(duì)場(chǎng)地及建筑物的影響，反過(guò)來(lái)建筑對(duì)環(huán)境的影響，即相互作用特征論證；已有土木工程安全性評(píng)價(jià)；病害工程加固處理方案論證；指導(dǎo)巖土工程長(zhǎng)期觀測(cè)。2.2巖土工程勘察的基本程序工作前提和條件：主管部門(mén)批文；規(guī)劃或設(shè)計(jì)部門(mén)的任務(wù)書(shū)。基本工作程序：資料搜集，現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)測(cè)繪，弄清工程地質(zhì)條件及問(wèn)題；結(jié)合場(chǎng)地條件及工程特點(diǎn)分析，弄清存在的巖土工程問(wèn)題；采用必要的勘探測(cè)試手段進(jìn)行勘測(cè)，獲得巖土體技術(shù)參數(shù)；巖土體最佳技術(shù)參數(shù)的估計(jì)；對(duì)特定的巖土工程問(wèn)題作出分析論證和評(píng)價(jià)，為設(shè)計(jì)提出建設(shè)及整治方案；施工中，巖土工程條件的復(fù)

5、檢，必要時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)變更提出建議；工程運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的長(zhǎng)期觀測(cè)。2.3巖土工程勘察重要性分級(jí)分級(jí)考慮的因素：工程安全等級(jí)：一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。場(chǎng)地復(fù)雜程度：一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。地基復(fù)雜程度：一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)?？辈斓燃?jí)一級(jí)巖土工程勘察：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載大、要求特殊等。二級(jí)巖土工程勘察：常規(guī)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)形式。三級(jí)巖土工程勘察：小型簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。2.4巖土工程勘察階段選址勘察（又叫可行性研究勘察）：場(chǎng)地穩(wěn)定性及適宜性問(wèn)題。初步設(shè)計(jì)勘察：地層分布、巖土特征，不良巖土工程問(wèn)題（布局）、基礎(chǔ)類(lèi)型等問(wèn)題。詳勘：參數(shù)問(wèn)題施工勘察：符合性問(wèn)題2.5巖土工程勘察的主要工作勘察工作設(shè)計(jì)（即勘察大綱）：勘察大綱（設(shè)計(jì)）包括下列內(nèi)容：

6、工程名稱(chēng)、地點(diǎn)及建設(shè)單位；哪個(gè)勘察階段及勘察的目的和任務(wù)；場(chǎng)地自然地質(zhì)條件及其過(guò)去研究程度簡(jiǎn)要說(shuō)明；勘察方法及工作量布置；資料及報(bào)告內(nèi)容要求；勘察中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及采取的措施；附件：技術(shù)要求、勘點(diǎn)布置圖及進(jìn)度計(jì)劃。工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查比例尺不小于1：50000（選址），1：20001：5000（初勘），1：5001：1000（詳勘）工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查方法有：穿越法；追索法；綜合法及布點(diǎn)法（特殊部位）?？碧焦ぷ靼ň蛱?、鉆探、觸探和物探掘探：探井及探槽；多用于厚度小于3.0m的情況鉆探：有小孔鉆和大孔鉆觸探：靜力觸探和動(dòng)力觸探物探：測(cè)試：變形測(cè)試、強(qiáng)度測(cè)試和承載力測(cè)試等長(zhǎng)期觀測(cè)：變形位移及應(yīng)變，應(yīng)

7、力及壓力觀測(cè)等巖土工程分析評(píng)價(jià)與成果報(bào)告巖土工程資料（方法及工作量）；巖土工程測(cè)試及勘探資料評(píng)價(jià)；結(jié)論與建議。3.土體和巖體的工程性質(zhì)3.1工程土體主要設(shè)計(jì)參數(shù)3.1.1壓縮性參數(shù)壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)壓縮曲線壓縮性指標(biāo)壓縮系數(shù)（2-1）壓縮指數(shù)（2-2）變形模量E0及壓縮模量Es（MPa或kPa）（2-3）體積壓縮系數(shù)Mv（1/kPa）（2-4）回彈系數(shù)Cs：（土體卸載特性）減壓曲線及再壓曲線：（25）固結(jié)系數(shù)Cv（固結(jié)快剪特性）cm2/s或m2/年（26）確定Cv的方法：A、時(shí)間對(duì)數(shù)法（26）式中，（Tv）0.5及t0.5為ut0.5的時(shí)間因素及時(shí)間，H排水距離B、時(shí)間平方根法（法）（27）

8、式中，符號(hào)意義同上。次固結(jié)系數(shù)Ca次固結(jié)變形與時(shí)間半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上直線的斜率Ca（28）一般情況下：含水量系數(shù)滲透性參數(shù)無(wú)粘性土測(cè)定毛細(xì)管上升高度計(jì)算：（29）其中，（210）式中，h毛細(xì)管上升高度n孔隙率s單位體積毛細(xì)管表面積液體粘滯系數(shù)T液體表面張力土的密度g重力加速度軟土及粘土測(cè)定固結(jié)指數(shù)Cv計(jì)算（211）式中，a壓縮系數(shù)e孔隙比Cv固結(jié)系數(shù)土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)或（2-12）測(cè)定土體強(qiáng)度參數(shù)時(shí)，分UU、CU和CD三種試驗(yàn)。3.1.2影響土體工程性質(zhì)的主要因素土的粒徑組成；土的密實(shí)度；土的稠度，用IL來(lái)表示；粘性土的結(jié)構(gòu)性；應(yīng)力歷史；3.1.3工程土體的分類(lèi)見(jiàn)有關(guān)書(shū)籍。3.2工程巖體參數(shù)的確定及質(zhì)

9、量評(píng)價(jià)3.2.1巖體的天然性及組成巖體的天然屬性形成的復(fù)雜性形成的久遠(yuǎn)性成分及結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性組成力學(xué)及幾何上講：巖體巖石結(jié)構(gòu)面巖石結(jié)構(gòu)面巖體所處的工作環(huán)境地下水及地表水環(huán)境地?zé)幔兀┘按髿鉄岘h(huán)境地殼構(gòu)造作用力及相鄰巖體重力作用環(huán)境人類(lèi)生活和生產(chǎn)活動(dòng)環(huán)境。3.2.2巖體的變形參數(shù)確定巖石變形參數(shù)的確定方法初始彈性模量E0切線模量Et割線模量E50結(jié)構(gòu)面的切向和法向剛度確定，（213）巖體變形參數(shù)的確定確定方法：現(xiàn)場(chǎng)剛性承壓板試驗(yàn)（狹縫法和環(huán)形試驗(yàn)法），得到加卸變形曲線，由變形曲線確定巖體變形參數(shù)。彈性模量Ee（214）變形模量E0（215）承壓板試驗(yàn)（216）式中，為荷載p作用方向的總位移

10、或彈性位移。3.2.3巖體強(qiáng)度參數(shù)的確定巖石的單軸壓縮強(qiáng)度屈服強(qiáng)度峰值強(qiáng)度殘余強(qiáng)度巖石的三軸壓縮強(qiáng)度屈服強(qiáng)度峰值強(qiáng)度殘余強(qiáng)度巖石的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，C，不同的圍壓3下測(cè)出1c，得到：(2-17)利用m及Rc可求出C，值，即：(2-18)不同法向應(yīng)力作用下的直接剪切試驗(yàn)測(cè)出vf，得到：(2-19),C=c含一組結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度，經(jīng)推導(dǎo)：(2-20)當(dāng)時(shí)，（13），結(jié)構(gòu)面沒(méi)有影響，當(dāng)時(shí)，（13），結(jié)構(gòu)面影響較大，當(dāng)時(shí)，(2-21)將（2-20）式繪成曲線，則為(2-22)有兩組及多組結(jié)構(gòu)面時(shí)的強(qiáng)度利用迭加的方法，確定不同外力及結(jié)構(gòu)面組合下的巖體強(qiáng)度，但事實(shí)上巖體中含有三組及以上結(jié)構(gòu)面時(shí)，巖體的強(qiáng)度則由結(jié)

11、構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面方向的影響減弱。實(shí)際巖體強(qiáng)度參數(shù)確定巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大尺寸試驗(yàn)測(cè)試，無(wú)論從時(shí)間、財(cái)力、物力上均是不可取的，因此常用經(jīng)驗(yàn)性折減方法進(jìn)行處理，即用（223）式計(jì)算(2-23)mc及c分別為巖體和巖塊的強(qiáng)度，c由試驗(yàn)測(cè)得，為折減系數(shù)，也稱(chēng)為巖體的完整性系數(shù)。由（224）確定(2-24)式中，Vmp為現(xiàn)場(chǎng)巖體中的縱波速度，Vrp為室內(nèi)巖石塊體中的縱波速度。在水電行業(yè)中，常取巖塊強(qiáng)度的10，特殊情況下根據(jù)巖體特征適當(dāng)提高。3.2.4巖體的地溫環(huán)境根據(jù)大地測(cè)試，地殼的地溫梯度為3/100m，但在地殼構(gòu)造邊緣區(qū)，常有地?zé)岙惓Т嬖凇５責(zé)崾箮r體膨脹，在其內(nèi)部形成因溫度產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力。但

12、在淺部巖體工程中，溫度變化不大，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力很小，常忽略不計(jì)。而深部巖體工程，核電站及其它特殊工程，則需要考慮。地?zé)岬脑黾樱瑫?huì)使暴露在大氣中的巖體加速風(fēng)化。3.2.5巖體的水環(huán)境工程巖體要么在水中工作，要么其內(nèi)容充滿(mǎn)了水，水對(duì)巖體的作用有三個(gè)方面：物理作用：加速巖體物理風(fēng)化和軟化巖土，工程性質(zhì)變差。化學(xué)作用：加速巖體風(fēng)化和劣化。力學(xué)作用：改變巖體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，降低巖體整體工程性質(zhì)。巖體滲透系數(shù)：(m/s)(2-25)l滲流距離（m）h水頭變化A滲透斷面Q滲流流量（m3/s）地下水對(duì)巖體工程性質(zhì)的影響取決于巖體的透水特性（k）及排水條件及水頭差。3.2.6巖體的地應(yīng)力環(huán)境位于地表附近的工程巖體

13、除工程附加應(yīng)力外，巖體中天然的原始應(yīng)力較小，一般可以忽略不計(jì)。而位于深部的工程巖體，如隧道、礦山坑道、地下廠房等圍巖就是在較大的天然地應(yīng)力環(huán)境中。修建工程，對(duì)巖體往往有加載，也有卸載。因此，在進(jìn)行巖體工程設(shè)計(jì)前需要了解巖體所處的天然地應(yīng)力場(chǎng)條件，巖體地應(yīng)力主要由構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力構(gòu)成。研究巖體天然地應(yīng)力場(chǎng)的方法地質(zhì)構(gòu)造形跡及大地構(gòu)造分析法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法：如解除法、恢復(fù)法、水壓致裂法室內(nèi)測(cè)試法：如Kaiser效應(yīng)法、巖石變形曲線分析法室內(nèi)模擬法：如物理模擬、數(shù)值模擬計(jì)算主要方法的基本原理地質(zhì)構(gòu)造分析法主要是研究巖體中的構(gòu)造應(yīng)力，其基本要點(diǎn)是根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用在巖體中留下的變形痕跡和斷裂現(xiàn)象，反過(guò)來(lái)

14、分析巖體中當(dāng)初和目前的應(yīng)力狀態(tài)（利用板塊大地構(gòu)造舉例說(shuō)明）。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法孔徑變形法：利用鉆孔在巖體應(yīng)力解除后直徑的變化量u分析地應(yīng)力，通過(guò)一個(gè)鉆孔和彈性力學(xué)相關(guān)原理建立的公式：(2-26)將傳感器置入孔中，解除應(yīng)力（用套孔）后測(cè)得某三個(gè)方向的u，代入（2-26）式，得到1，2與三個(gè)方向孔徑變化量u1、u2及u3的關(guān)系，以及與的關(guān)系，求1，2和；利用平面彈性力學(xué)理論求出方向的正應(yīng)力及剪應(yīng)力xi，yi，xyi；再利用空間彈性力學(xué)理論，xi，yi，xyi與空間應(yīng)力場(chǎng)分量x，y，z，xy，yz及zx之間的關(guān)系，該關(guān)系中有9個(gè)與方向有關(guān)的系數(shù)，因此需要三個(gè)不同方向的鉆孔就能確定巖體空間應(yīng)力分量，進(jìn)一步可以

15、計(jì)算空間主應(yīng)力及其方向。孔壁應(yīng)變法利用鉆孔巖體在應(yīng)力解除后，孔壁上巖體的應(yīng)變變化量，根據(jù)彈性力學(xué)原理，該應(yīng)變與空間6個(gè)應(yīng)力分量的關(guān)系，求出6個(gè)空間應(yīng)力分量，進(jìn)一步計(jì)算其主應(yīng)力及主方向?？妆趹?yīng)變法只需要一個(gè)鉆孔，但其測(cè)試工藝較復(fù)雜，難度也較大。水壓致裂法在預(yù)測(cè)深度對(duì)鉆孔加液壓，直至孔壁壓裂，根據(jù)壓裂參數(shù)及彈性力學(xué)理論計(jì)算巖體地應(yīng)力。3.2.7工程巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)巖體裂隙度:(2-27)平均間距：切割度有n條節(jié)理，則（2-28）a節(jié)理切割面積A分析斷面面積巖芯RQD（2-29）巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)以切割度為標(biāo)準(zhǔn)，可將巖體質(zhì)量分為五級(jí)A，Xe0.10.2，完整的B，Xe0.20.4，弱節(jié)理化C，

16、Xe0.40.6，中等節(jié)理化D，Xe0.60.8，強(qiáng)節(jié)理化以巖芯RQD為標(biāo)準(zhǔn)A，RQD025，很差B，RQD2550，差C，RQD5075，一般D，RQD7590，好E，RQD90100，很好3.3土體的工程分類(lèi)3.3.1無(wú)粘性土分類(lèi)粉粒和粘粒含量在50以下的土，稱(chēng)為無(wú)粘性土。礫石土：（1）漂石或塊石，（2）卵石或碎石，（3）圓礫及角礫。粗粒土砂土：礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂。3.3.2粘性土的分類(lèi)粉土：砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土。粘性土細(xì)粒土：粉質(zhì)粘土、粘土。3.4工程巖體的分類(lèi)工程巖體分類(lèi)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。目前有關(guān)巖體分類(lèi)的方案（法）不下100種，對(duì)于不同行業(yè)，由于不同的工程考慮，其分類(lèi)均不

17、一致，這里就常用的幾種作簡(jiǎn)單介紹。3.4.1我國(guó)鐵路隧道圍巖分類(lèi)分類(lèi)的目的是根據(jù)不同的圍巖類(lèi)型及其環(huán)境條件，設(shè)計(jì)不同的加固和支護(hù)方案和參數(shù)。該分類(lèi)方法考慮的因素有：圍巖結(jié)構(gòu)特征及完整性；圍巖巖石強(qiáng)度；地下水條件。分類(lèi)的結(jié)果見(jiàn)教材P29表1.12。3.4.2水利電力行業(yè)的分類(lèi)該分類(lèi)方法用一個(gè)綜合質(zhì)量指標(biāo)（M）來(lái)衡量巖體的質(zhì)量差別，（2-30）式中，巖體完整性系數(shù)，風(fēng)化系數(shù)，Rd及Rf分別風(fēng)化及新鮮巖石強(qiáng)度，S巖石質(zhì)量指標(biāo)，Kp巖體軟化系數(shù)，2.4.3按巖塊單軸抗壓強(qiáng)度分類(lèi)類(lèi)別單軸抗壓強(qiáng)度Rc（Mpa）巖石類(lèi)別250160特堅(jiān)巖160100堅(jiān)巖10040次堅(jiān)巖40軟巖3.4.3巖石地質(zhì)力學(xué)分類(lèi)（R

18、MR分類(lèi)）RMR=R1+R2+R3+R4+R5+R6（2-31）R1巖石單軸抗壓強(qiáng)度R2對(duì)應(yīng)于巖石RQD指標(biāo)R3節(jié)理間距R4與節(jié)理面狀態(tài)相關(guān)的系數(shù)R5地下水影響程度R6節(jié)理方向與工程的關(guān)系3.4.4巖體綜合質(zhì)量分類(lèi)（BatonQ分類(lèi)）（2-32）RQD巖石質(zhì)量指標(biāo)Jn節(jié)理裂隙組數(shù)Jr裂面粗糙度Jd裂面風(fēng)化系數(shù)Jw裂隙水折減系數(shù)SRF應(yīng)力折減系數(shù)3.4.5規(guī)范（GB50218-94）（2-33）Rc22.82Is（50）Is點(diǎn)荷載強(qiáng)度巖體完整性系數(shù)4.土體地基和巖石地基工程4.1一般土質(zhì)地基地基承載力太沙基承載力公式：（4-1）Pu極限承載力C內(nèi)聚力（Kpa）重度（KN/m3）b，d基礎(chǔ)寬度及埋

19、深Nc，Nq及Nr承載力系數(shù)，與和C有關(guān)漢森承載力公式(4-2)Sc，Sq，Sr基礎(chǔ)形狀系數(shù)；基礎(chǔ)埋深系數(shù)；荷載傾斜系數(shù)；地面傾斜系數(shù)；基底傾斜系數(shù)；承載力系數(shù)。，。粘性土地基承載力(4-3)Cuuuu試驗(yàn)所得內(nèi)聚力（Kpa）L基礎(chǔ)長(zhǎng)度（m）無(wú)粘性土地基承載力其承載力主要與顆粒級(jí)配、含水狀態(tài)、結(jié)構(gòu)密實(shí)程度有關(guān)。4.2特殊土質(zhì)地基（干旱地區(qū)中緯度）黃土地基：水份蒸發(fā)、CaCO3、CaSO3膠結(jié)、孔隙濕陷性黃土非濕陷性黃土濕陷性黃土判斷：濕陷系數(shù)s0.015（hphp）/h0濕陷起始?jí)毫昂俊?.3紅粘土地基礦物組成：石英、多水高嶺石、水云母、赤鐵礦、三水鋁土礦化學(xué)成份：SiO2占45.6，F(xiàn)

20、e2O3占13.7，Al2O3占25.7%,CaO占0.7，MnO2占0.1紅粘土一般物理力學(xué)特性天然含水率高：4060（高達(dá)90）粘粒含量高：6070（高達(dá)85）密度小，孔隙比高：e1.41.7（最大達(dá)2.0）塑限高：p高cu818，Ccu4090KPa，Eo（530）MPa無(wú)濕陷性確定紅粘土地基承載力方法規(guī)范查表：應(yīng)用參數(shù)：A.含水比w/L，B.液塑比IrL/P現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)法：靜力載荷法查用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.4膨脹地基膨脹特性指標(biāo)：自由膨脹率：(4-4)膨脹率：(4-5)膨脹力：體積不變浸水膨脹產(chǎn)生的壓力。收縮率及收縮系數(shù)：失水時(shí)，(4-6)收縮系數(shù)：含水量減小1時(shí)的收縮率s。(4-7)式

21、中，分子為壓應(yīng)力增量，分母為體積增量。4.5軟土地基處理滿(mǎn)足不了建筑對(duì)地基土承載力及變形要求的土質(zhì)地基。處理方法：密實(shí)法：振沖及夯壓等置換法：換填等復(fù)合地基法：加筋法：灌漿法：4.6巖石或巖體地基巖石地基的破壞巖石地基是否可靠的關(guān)鍵是其內(nèi)部節(jié)理性態(tài)，與最大工程荷載作用方向之間的關(guān)系等。巖石地基的破壞往往是沿巖石中的弱面產(chǎn)生的。巖石地基的承載力及沉降變形(4-8)對(duì)于風(fēng)化巖石，應(yīng)進(jìn)行折減，即(4-9)qur巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度；折減系數(shù)，微風(fēng)化0.20.33，中等風(fēng)化0.170.25巖石地基的變形由彈性力學(xué)理論計(jì)算(4-10)巖石地基加固原理與方法控制巖石地基承載力的因素主要是其中的結(jié)構(gòu)面和地下

22、水，因此加固巖石地基工作應(yīng)從這兩個(gè)方面入手：排水：排水加固巖石地基主要是使巖石中的孔隙水壓力降低，提高其抗剪強(qiáng)度。加固巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度。清洗結(jié)構(gòu)面（帶）主要是指結(jié)構(gòu)面（帶）存在軟弱物質(zhì)如夾泥等的情況。注漿通過(guò)注漿將結(jié)構(gòu)面膠結(jié)起來(lái)，提高其抗剪強(qiáng)度。注漿方法有充填注漿、滲透注漿、擠密注漿、劈裂注漿、電動(dòng)化學(xué)注漿等。注漿加固應(yīng)注意以下問(wèn)題：選用合適的注漿方法；確定適當(dāng)?shù)淖{壓力；選擇合適的漿液、凝固時(shí)間；注漿施工監(jiān)控與效果檢測(cè)。嵌巖樁樁基的設(shè)計(jì)原理：原則：確定最佳樁長(zhǎng)及最小的基底應(yīng)力；使用條件：表部土層較薄，承載力不能滿(mǎn)足要求；或在巖層頂面坡度沉降變形不均勻；或者在斜坡地帶，地基不穩(wěn)定。由于嵌巖樁

23、是端承樁和從安全考慮，不考慮土體的作用，常用圓形樁，半徑為a。設(shè)計(jì)計(jì)算的方法和步驟：根據(jù)地質(zhì)資料和巖土性能測(cè)資料確定樁周允許剪應(yīng)力和樁端允許承載力；載荷條件：樁頂面應(yīng)力pz；樁和巖石的變形參數(shù)為Ec、uc及Er、ur巖石與樁間的摩擦系數(shù)為fFz=a2pz(4-11)嵌入巖石的最大樁長(zhǎng)lmax，即PD0時(shí)的承載力：(4-12)最小嵌巖樁長(zhǎng)（當(dāng)qfpz）(4-13)由平衡條件：a2pz=a2qf+2al1f(4-14)及：(4-15)由研究得：(4-16)l1嵌巖長(zhǎng)度的最小值；A則（當(dāng)qf5m時(shí)，i0.1；s圍巖類(lèi)別。注意的問(wèn)題：底(H)寬(B)比小于1.7，即取H/B1.7;無(wú)顯著偏壓及膨脹壓力

24、；采用鉆爆法開(kāi)挖。b.水平壓力e：（8-13）側(cè)壓力系數(shù)，其值與圍巖類(lèi)型有關(guān)。0.0、0.15、0.150.3、0.30.5及0.51.0。B.其它松動(dòng)圍巖壓力計(jì)算方法a.太沙基計(jì)算方法（柱體模型）利用單元體平衡條件得到y(tǒng)處的壓力Py為：（8-14）當(dāng)yh時(shí)，PyPv（圍巖壓力）（8-15）當(dāng)h時(shí),（8-16）若巖體破碎，c0時(shí)，（8-17）如果側(cè)壁不穩(wěn)，則使頂寬度變?yōu)?B（8-18）則在（8-14）（8-17）式中將b代為B，即得到相應(yīng)力的頂部垂直圍巖壓力。側(cè)壁水平壓力Ph：（8-19）b.普氏壓力拱理論計(jì)算松動(dòng)巖體圍巖壓力該理論認(rèn)為有足夠埋深的洞室頂部產(chǎn)生垮塌，當(dāng)垮塌一定程度后洞室頂部將會(huì)

25、自行穩(wěn)定，其上覆巖層壓力將由形成的壓力拱承擔(dān)并傳到洞室兩側(cè)邊壁上。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力就是壓力拱內(nèi)巖體的自重。壓力拱的高度h為：（8-20）此時(shí)，總的頂部圍巖壓力為（8-21）若側(cè)壁不穩(wěn)定，將產(chǎn)生垮塌，使洞頂寬度變?yōu)?a，則a為（8-22）此時(shí)的壓力拱高度h0為（8-23）洞頂總的圍巖壓力Pv0為（8-24）側(cè)壁圍巖壓力Ph0為（8-25）以上各式中，為巖體重度，f為普氏壓力系數(shù)，（8-26）為綜合內(nèi)摩擦角，或因c增大了的內(nèi)摩擦角，f可由巖石的單軸抗壓強(qiáng)度確定，即，的單位為MPa。利用巖體力學(xué)原理可求得底部圍巖壓力PD為(8-27)其中P=PA-PB（8-28）（8-29）(8-30)(

26、8-31)即為底部失穩(wěn)巖體最大深度，當(dāng)y00時(shí)，無(wú)底部圍巖壓力。c.淺埋洞室圍巖壓力當(dāng)洞室埋深較淺形不成壓力拱，而按太沙基理論其兩側(cè)摩阻力又小于洞頂以上巖體重力時(shí)，就只能用淺埋洞室的計(jì)算方法。（a）ABCD巖體自重壓力分布（8-32）（b）側(cè)向壓力N為：（8-33）（c）側(cè)面摩擦力F為：（8-34）（d）洞頂總壓力Q為：（8-35）（e）洞頂圍巖壓力分布強(qiáng)度q為：（8-36）側(cè)壁壓力的計(jì)算方法與普氏壓力理論近似。（2）變形圍巖壓力變形圍巖壓力與圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形參數(shù)有關(guān)，利用彈性理論的厚壁圓筒計(jì)算分析可得在均勻地應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)：（8-37）式中，p巖體地應(yīng)力，無(wú)支護(hù)洞周?chē)鷰r位移，G圍巖剪切模量，約

27、束系數(shù)，又叫支護(hù)系數(shù)，無(wú)支護(hù)時(shí)x0，“立即”支護(hù)時(shí)x1，一般情況0 x1。支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)，Gc及為支護(hù)結(jié)構(gòu)的剪切模量和泊松比。8.4地下洞室支護(hù)措施及其工作原理8.4.1錨桿支護(hù)（1）結(jié)構(gòu)及構(gòu)造（2）施工注意的問(wèn)題（3）工作原理：增加巖體內(nèi)力，提高巖體強(qiáng)度及整體性為一種主動(dòng)支護(hù)措施。8.4.2襯砌（1）結(jié)構(gòu)及構(gòu)造：a.離壁式襯砌，b.帖壁式襯砌（2）施工中應(yīng)注意的問(wèn)題（3）襯砌結(jié)構(gòu)的工作原理及受力特征8.4.3噴錨支護(hù)（1）結(jié)構(gòu)及構(gòu)造（2）施工中應(yīng)注意的問(wèn)題（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作原理8.4.4地下洞室沖擊地壓及其防治（1）沖擊地壓的特征A.巖爆等級(jí)常用得巖爆等級(jí)是以洞壁切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強(qiáng)

28、度的比值來(lái)衡量：級(jí)：當(dāng)0.62，強(qiáng)巖爆B.巖爆特征堅(jiān)硬及中等堅(jiān)硬的圍巖中；巖爆時(shí)圍巖有張裂折斷型和剪裂型；巖爆發(fā)生的強(qiáng)度及頻次隨圍巖暴露時(shí)間降低掌子面及圍巖均可能發(fā)生巖爆。9.巖土工程爆破9.1巖土工程爆破概念與作用（1）定義在堅(jiān)固介質(zhì)內(nèi)部置入固體或液體物質(zhì)（炸藥），誘發(fā)引起其產(chǎn)生迅速化學(xué)反應(yīng)，瞬間轉(zhuǎn)化為氣體（釋放的能量），其體積增大數(shù)百倍至千余倍，對(duì)周?chē)鷪?jiān)固介質(zhì)（巖體或混凝土等）產(chǎn)生巨大的內(nèi)脹作用，使堅(jiān)固介質(zhì)產(chǎn)生受張為主的力學(xué)作用而破裂松動(dòng)，部分拋射，最終達(dá)到開(kāi)挖、填筑、拆除或取料等特定目的的技術(shù)手段或工程活動(dòng)。（2）爆破作用作為工程活動(dòng)而言，爆破的宏觀作用是將完整、堅(jiān)固體量較大、難以搬運(yùn)的

29、巖體轉(zhuǎn)化為體量較小容易搬運(yùn)的塊碎石，以便實(shí)現(xiàn)工程活動(dòng)目的。對(duì)于爆破的物理作用和現(xiàn)象，爆破可以產(chǎn)生下列效應(yīng)，爆破方式不同產(chǎn)生的效應(yīng)不同。對(duì)于半無(wú)限堅(jiān)固體介質(zhì)的水平爆破，在水平面內(nèi)將形成壓縮粉碎區(qū)、受張破裂松動(dòng)區(qū)和震動(dòng)區(qū)。圖爆破效應(yīng)平截面分區(qū)9.2巖土工程爆破分類(lèi)（1）按爆破作業(yè)人場(chǎng)地分為：地下爆破、露天爆破和水下爆破1）地下爆破分為：開(kāi)挖井爆破、隧洞（道）爆破、采場(chǎng)爆破和大空間爆破。2）露天爆破分為：鉆孔爆破和洞室（裝藥空間）爆破、鉆孔臺(tái)階爆破。3）水下爆破分為：鉆孔爆破、洞室爆破和巖土表面裸露爆破。（2）按爆破工藝分為：光面爆破、預(yù)裂爆破、松動(dòng)爆破、崩塌爆破、拋擲爆破、揚(yáng)棄爆破和定向爆破。（3

30、）按炸藥形態(tài)分為：藥壺爆破和裸露藥包爆破。9.3巖土爆破設(shè)計(jì)計(jì)算概要（1）井巷爆破1）、爆孔直徑：4055mm；2）、鉆孔深度：1.53.0m；3）、炸藥單耗q（kg/m3）：參照教材表8.2,其特點(diǎn)為：(a)、掘進(jìn)斷面越大，單耗越低；（b）、巖石堅(jiān)固系數(shù)越大單耗越高。4）、裝藥量：按照下式計(jì)算：(9-1)V每一循環(huán)預(yù)計(jì)爆破的巖石體積（m3）S掘進(jìn)斷面面積（m2）L爆破平均孔深(m)爆孔利用率，常取為0.80.95。5）、孔間距：0.40.6m。6）、堵塞長(zhǎng)度：藥圈長(zhǎng)度的0.350.5倍。（2）臺(tái)階爆破1）超深與孔深：(m)2）底盤(pán)抵抗線：（m）D炮孔直徑(m)n系數(shù)，20503）孔距及排距：

31、A、孔距：m密集系數(shù)，取0.71.4。B、排距：4）、炸藥單耗：見(jiàn)表8.3所列。5）第一排孔單孔裝藥量：(9-2)H臺(tái)階高度（m）6）多排孔微差爆破：(9-3)（3）洞室爆破1）拋射爆破：當(dāng)W小于25m，,(9-4)當(dāng)W大于25m，,(9-5)2）松動(dòng)爆破：,(9-6)9.4巖土爆破器材與引爆（1）炸藥：主要有銨梯炸藥、銨油炸藥和乳化炸藥銨梯炸藥主要由硝酸氨、梯恩梯和木粉組成；桉油炸藥主要由硝酸氨、柴油和木粉組成；乳化炸藥主要由硝酸氨、硝酸鈉水溶液、燃料油和乳化劑與敏化劑組成。（2）引爆（起爆）器材引爆器材分起爆和傳爆器材；其中起爆器材有火雷管、電雷管和非電雷管。傳爆器材有導(dǎo)火索、導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管。10.巖土工程防護(hù)10.1、防護(hù)措施的使用條件及目的（1）使用條件1)、邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定；2）、邊坡局部潛在部穩(wěn)定；3）巖石抗風(fēng)化能力差；4）邊坡穩(wěn)定性受地下及地表水的影響較大。（2）防護(hù)的目的及解決的主要問(wèn)題1）保護(hù)整體穩(wěn)定條件和改善現(xiàn)有局部潛