wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題

1、wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造解決工程與環(huán)境之間的矛盾的幾點原則：(1)環(huán)境補償?shù)脑瓌t (2)工程避讓的原則 (3)環(huán)境治理的原則解決工程與環(huán)境之間的矛盾的幾點原則：8.1打樁對周圍環(huán)境的影響預(yù)制樁及沉管灌注樁等擠土樁，在沉樁過程中，樁周地表土體隆起，樁周土體受到強烈擠壓擾動，土體結(jié)構(gòu)被破壞。探討受打樁擾動后樁周土的工程特性，對合理進行樁基設(shè)計具有重要意義。8.1打樁對周圍環(huán)境的影響預(yù)制樁及沉管灌注樁等擠土樁，在沉樁wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖

2、土工程問題8.1.1樁擠土效應(yīng)的理論分析1.小孔擴張理論8.1.1樁擠土效應(yīng)的理論分析1.小孔擴張理論塑性區(qū)的應(yīng)力變化對飽和軟土，其塑性區(qū)任一點的應(yīng)力兩個方向(徑向 、切向 )上的總應(yīng)力增量：R-塑性區(qū)半徑；cu-土的不排水強度；-離樁心距離；塑性區(qū)的應(yīng)力變化對飽和軟土，其塑性區(qū)任一點的應(yīng)力兩個方向(徑彈性區(qū)的應(yīng)力變化R-塑性區(qū)半徑；cu-土的不排水強度；-離樁心距離；彈性區(qū)的應(yīng)力變化R-塑性區(qū)半徑；塑性區(qū)邊界上徑向位移、塑性區(qū)半徑及樁土界面的擠壓力Pu-樁土界面徑向擠壓應(yīng)力；cu-土的不排水強度；up-塑性區(qū)邊界上的徑向位移；E-土的彈性模量；-土的泊松比。塑性區(qū)邊界上徑向位移、塑性區(qū)半徑及

3、樁土界面的擠壓力Pu-樁2.強擾動區(qū)的范圍當(dāng)土體確定后，土的力學(xué)指標(biāo)E、c、不變，塑性區(qū)半徑與小孔直徑呈線性關(guān)系。2.強擾動區(qū)的范圍當(dāng)土體確定后，土的力學(xué)指標(biāo)E、c、不8.1.3沉樁對周圍環(huán)境的影響(1)噪音的影響。打樁時柴油錘產(chǎn)生的噪音可高達120dB以上，一根長樁至少要錘擊幾百次乃至幾千次。這對附近的學(xué)校、醫(yī)院、居民、機關(guān)等都具有一定的干擾作用，打樁產(chǎn)生的噪音影響人們學(xué)習(xí)、工作和休息。(2)振動的影響。打樁時會產(chǎn)生一定的振動波向四周擴散。振動對人來說，較長時間處在一個周期性微振動作用下，會感到難受。特別是住在木結(jié)構(gòu)房屋內(nèi)的居民，地板、家具都會不停地搖晃，對年老有病的人影響尤大。在通常情況下

4、，振動對建筑物不會造成破壞性的影響。點振源，迅速衰減,精密機床、儀器儀表的正常操作有影響8.1.3沉樁對周圍環(huán)境的影響(1)噪音的影響。(3)擠土效應(yīng)的影響。樁打入地下時，樁身將置換同體積的土。因此在打樁區(qū)內(nèi)和打樁區(qū)外一定范圍內(nèi)的地面，會發(fā)生堅向和水平向的位移。大量土體的移動常導(dǎo)致鄰近的建筑物發(fā)生裂縫、道路路面損壞、水管爆裂、煤氣泄漏：邊坡失穩(wěn)等等一系列事故。(3)擠土效應(yīng)的影響。wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題上海外白渡橋立剖面圖上海外白渡橋立剖面圖按樁的擠土效應(yīng)，

5、樁可分為：排擠土樁如混凝土預(yù)制樁、木樁等；排土的體積與樁的外包體積相等；非排擠土樁排擠土的體積為零。如鉆孔灌注樁、挖孔樁等；低排擠土樁排擠土的體積小于樁的外包體積，如開口的鋼管樁，工字鋼樁等。按樁的擠土效應(yīng)，樁可分為：排擠土樁Y型沉管灌注樁Y型沉管灌注樁減少擠土影響的措施：(1)預(yù)鉆孔取土打樁。先在打樁的位置上用螺旋鉆鉆成一直徑不大于樁徑23、深度不大于樁長23的孔，然后在孔位上打樁；(2)設(shè)置防擠孔。在打樁區(qū)內(nèi)或在打樁區(qū)外，打設(shè)若干個出土的孔。出土孔的數(shù)量可按擠土平衡的原理估算；(3)合理安排打樁順序和方向。對著建筑物打樁比背著建筑物打樁的擠土效應(yīng)要不利得多；減少擠土影響的措施：(1)預(yù)鉆孔

6、取土打樁。(4)控制打樁速率。打樁速度越快，擠土效應(yīng)越顯著；(5)設(shè)置排水措施。促使由打樁擠壓引起的超孔隙水應(yīng)力消散；(6)其他。如設(shè)置防振溝等等。加強監(jiān)測。(4)控制打樁速率。8.2基坑開挖造成地面移動或失穩(wěn)隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，高層建筑的基坑面積越來越大，深度也越來越深。開挖基坑，大量卸荷，由于應(yīng)力釋放，即使有剛度很大的支護體系，坑周土體仍難于避免會發(fā)生水平方向和豎直方向的位移。再由于地下水的滲流，基坑施工期長，坑周土體移動對建筑物、道路交通、供水供氣管線、通訊等造成很大的威脅。8.2基坑開挖造成地面移動或失穩(wěn)隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，高層建筑wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程

7、活動造成的環(huán)境巖土工程問題8.2.1深、大基坑工程及其環(huán)境土工問題地表沉降與土層位移(1)墻體彈性變位；(2)基坑卸載回彈、塑性隆起、降水不當(dāng)引起的管涌、翻砂；(3)墻外土層固結(jié)沉降；(4)井點或深井降水帶走土砂(也是一種地層損失)；(5)墻段接頭處土砂漏失；(6)槽壁開挖，地層向槽內(nèi)變形。8.2.1深、大基坑工程及其環(huán)境土工問題地表沉降與土層位移wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題3.地鐵車站深大基坑的施工技術(shù)要求(1)撐后挖，留土堤；(2)對支撐施加設(shè)計軸力(3070)的預(yù)應(yīng)力；(3)每步開挖及支撐的時限tr24h；(4)坑內(nèi)井點降水以固結(jié)土體、

8、改善土性，減少土的流變發(fā)展。3.地鐵車站深大基坑的施工技術(shù)要求(1)撐后挖，留土堤；wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題5.變形監(jiān)控(1)施工工況實施情況跟蹤觀察；(2)日夜不中斷的現(xiàn)場監(jiān)測與險情及時預(yù)測和預(yù)報；(3)定量反饋分析，信息化設(shè)計施工；(4)及時修改、調(diào)整施工工藝參數(shù)；(5)及時提出、檢驗、改進設(shè)計施工技術(shù)措施。5.變形監(jiān)控(1)施工工況實施情況跟蹤觀察；6.減少沉降的措施(1)采取剛度較大的地下連續(xù)結(jié)構(gòu)；(2)分層分段開挖，并設(shè)置支撐；(3)基底土加固；(4

9、)坑外注漿加固；6.減少沉降的措施(1)采取剛度較大的地下連續(xù)結(jié)構(gòu)；(5)增加維護結(jié)構(gòu)入土深度和墻外帷幕；(6)盡量縮短基坑施工時間；(7)降水時，應(yīng)合理選用井點類型，優(yōu)選濾網(wǎng)，適當(dāng)放緩降水漏斗線坡度，設(shè)置隔水帷幕；(8)在保護區(qū)內(nèi)設(shè)置回灌系統(tǒng)；(9)盡量減少降水次數(shù)。(5)增加維護結(jié)構(gòu)入土深度和墻外帷幕；8.2.2.深基坑開挖對臨近地下管線的影響1.地下管線位移計算地下管線位移計算可按豎向和水平兩個方向的位移分別計算。8.2.2.深基坑開挖對臨近地下管線的影響1.地下管線位移計(2)地下管線豎向位移計算沉陷區(qū)的豎向位移方程y(x)： (2)地下管線豎向位移計算沉陷區(qū)的豎向位移方程y(x)：

10、地下管線水平位移方程y(x) 地下管線水平位移方程y(x) 8.3軟土隧道推進時的地面移動在軟土地層中，地鐵、污水隧道等常采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)在地下推進時，地表會發(fā)生不同程度的變形。地表的變形與隧道的埋深、盾構(gòu)的直徑、軟土的特性、盾構(gòu)的施工方法、襯砌背面的壓漿工藝等因素有關(guān)。8.3軟土隧道推進時的地面移動在軟土地層中，地鐵、污水隧道等wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題8.3.1盾構(gòu)掘進中的環(huán)境問題由于盾構(gòu)掘進引起地層擾動，諸如土體地表沉降和分層土體移動、土體應(yīng)力、含水量

11、、孔隙水壓力、彈性模量、泊松比、強度和承載力等物理力學(xué)參數(shù)的變化是不可避免的。8.3.1盾構(gòu)掘進中的環(huán)境問題由于盾構(gòu)掘進引起地層擾動，諸如武警戰(zhàn)士正用黃沙填堵凹陷的地面 2003年7月2日凌晨，上海地鐵四號線發(fā)生地面沉陷事故，樓房倒塌，外灘防汛墻被破壞。 武警戰(zhàn)士正用黃沙填堵凹陷的地面 2003年7月2日凌晨，上海8.3.3盾構(gòu)掘進引起的土體沉降機理1.水和泥漿的擾動盾構(gòu)經(jīng)過的地區(qū)，可能引起地下水含量和紊流運動狀態(tài)的改變。2.對不良土層的影響盾構(gòu)法施工刀盤的切削旋轉(zhuǎn)振動引起飽和砂土或砂質(zhì)粉土的部分液化。8.3.3盾構(gòu)掘進引起的土體沉降機理1.水和泥漿的擾動3.周圍土體應(yīng)力狀態(tài)的變化3.周圍土體

12、應(yīng)力狀態(tài)的變化盾構(gòu)掘進對土體的影響范圍盾構(gòu)掘進對土體的影響范圍8.4抽汲地下水引起的地面沉降8.4.1地下水位上升引起的巖土工程問題1.淺基礎(chǔ)地基承載力降低2.砂土地震液化加劇3.建筑物震陷加劇4.土壤沼澤化、鹽漬化5.巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等6.地下水位凍脹作用的影響7.對濕陷性黃土、崩解性巖土、鹽漬巖土的影響8.膨脹性巖土產(chǎn)生脹縮變形8.4抽汲地下水引起的地面沉降8.4.1地下水位上升引起的巖8.4.2抽汲地下水產(chǎn)生的環(huán)境問題1.地表塌陷2.地面沉降3.海(咸)水入侵4.地裂縫的復(fù)活與產(chǎn)生5.地下水源枯竭，水質(zhì)惡化8.4.2抽汲地下水產(chǎn)生的環(huán)境問題1.地表塌陷wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件

13、-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題7.抽汲地下水出現(xiàn)環(huán)境問題的現(xiàn)狀據(jù)最新統(tǒng)計(中國日報，2004年7月23日)我國已有50多個城市由于過量的抽汲地下水造成48655km2的地面沉降。7.抽汲地下水出現(xiàn)環(huán)境問題的現(xiàn)狀據(jù)最新統(tǒng)計(中國日報，200wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題8.4.4人工回灌與地面回彈1.回灌對地面沉降的影響抽汲地下水導(dǎo)致地面沉降，是由于地下水位下降，導(dǎo)致孔隙水壓力降低，土中有效應(yīng)力增加，地層發(fā)生壓密變形的外在表現(xiàn)?；毓啵瑒t有利于穩(wěn)定地下水位，并促使地下水位回升，使土中孔隙水壓力增大，土顆粒間的接觸應(yīng)力減小

14、，土層發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致地面回彈可控制地面沉降。8.4.4人工回灌與地面回彈1.回灌對地面沉降的影響在地下水集中開采地區(qū)，如滬東工業(yè)區(qū)，回灌前1959年10月至1966年9月，地面累計下沉0.51m，回灌后1965年9月至1974年9月，地面累計上升1836mm；同一時期，滬西工業(yè)區(qū)回灌前地面累計下沉4359cm，回灌后地面累計上升2644mm。在地下水集中開采地區(qū)，如滬東工業(yè)區(qū)，回灌前1959年10月至申昆毛紡廠位于昆山市區(qū)、長江三角洲沖積平原。境內(nèi)水網(wǎng)密集，水利資源豐富，主要河、湖有吳淞江、婁江、陽澄湖、淀山湖，水面占全市總面積22。 申昆毛紡廠自1989年開始已連續(xù)6年采用深井回灌。申昆

15、毛紡廠位于昆山市區(qū)、長江三角洲沖積平原。wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題如2號井剖面，孔深68m以上為粉砂、粉細砂潛水、微承壓水含水層，68m96m為第一承壓水，細砂含水層厚度16m，濾水管位置73m89m，承壓水位埋深7.5m，水溫20，出水量56m3d 如2號井剖面，孔深68m以上為粉砂、粉細砂潛水、微承壓水含水申昆毛紡廠深井回灌量每年2萬t左右，用水量1.6萬t，回灌時問100d105d。夏灌冬用井一般從6、7月份自來水水溫高于25.6時開始回灌，到9月份水溫低于25.6時停止。冬灌夏用井在12月份自來水水溫低于12.6時開始回灌，到翌年3

16、、4月水溫升至12.6停灌。申昆毛紡廠深井回灌量每年2萬t左右，用水量1.6萬t，回灌2號井試驗曲線，夏灌期回灌水量2.39萬t，平均水溫28.2，冬用期用水量0.44萬t，平均水溫25.4，9個月采灌期中在含水層中溫差3。3號井試驗曲線可以看出：冬灌期回灌水量2.03萬t，平均水溫9.2，夏用期水量1.63萬t，平均水溫11.4，10個月采灌期中在含水層中溫差2.2。2號井試驗曲線，夏灌期回灌水量2.39萬t，平均水溫28.2wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境

17、巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題wA環(huán)境巖土工程學(xué)課件-環(huán)境巖土工程學(xué)概論-8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題2.地面回彈模型的建立與求解相對于含水層(組)的抽水壓密過程而言，人工回灌導(dǎo)致的含水層(組)的回彈。(膨脹)過程是完全彈性的，即回灌引起的含水層(組)的豎向膨脹變形過程符合彈性虎克定律； 式中 (t)-土骨架的豎向膨脹應(yīng)變； Se(t)-地下水位回升值。2.地面回彈模型的建立與求解相對于含水層(組)的抽水壓密過程8.5采空區(qū)地面變形與地面塌陷由于地下開采強度和廣度的擴大，地面變形和地面塌陷的危害不斷加劇。地下礦產(chǎn)開采以后，采空區(qū)上方的覆蓋巖層和地表失去平衡而發(fā)生移動和變形，形成一個凹陷盆地。8.5采空區(qū)地面變形與地面塌陷