建筑物工程地質(zhì)課件

第五章水工建筑物工程地質(zhì)—考試大綱【考試大綱】熟練掌握水工建筑物對地形地質(zhì)條件的基本要求。掌握巖體風(fēng)化（卸荷）帶劃分。熟練掌握緩傾角結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層的工程地質(zhì)特性及勘察研究方法。熟練掌握壩基巖體的工程地質(zhì)特性、質(zhì)量評價(jià)方法及建基面確定方法。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—考試大綱【考試大綱】熟練掌握壩(閘)基及拱壩壩肩巖體穩(wěn)定性評價(jià)方法。熟練掌握覆蓋層的工程地質(zhì)特性及對地基穩(wěn)定的影響。熟練掌握飽和砂土振動(dòng)液化的形成條件、判別方法。熟練掌握巖（土）體滲透性分級(jí)、滲漏量計(jì)算方法、滲透破壞類型和判別標(biāo)準(zhǔn)及其對建筑物穩(wěn)定的影響。掌握環(huán)境水對混凝土腐蝕性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—考試大綱【考試大綱】掌握基坑涌水量計(jì)算方法及適用條件。了解河谷巖體應(yīng)力分布規(guī)律及對壩基的影響。了解地基滲漏對工程的影響及滲控工程設(shè)計(jì)的基本要求。了解沖刷坑形成的地質(zhì)條件及評價(jià)方法。掌握斷層破碎帶、軟弱夾層、裂隙密集帶、風(fēng)化深槽、卸荷帶、巖溶洞穴等地質(zhì)缺陷對工程的影響及處理措施。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—混凝土重力壩對地形地質(zhì)條件的要求.地形基本對稱，岸坡較完整，寬窄恰當(dāng)，便于水工布置；.河谷覆蓋層不厚，沒有大的順河斷層和基巖深槽；.全強(qiáng)風(fēng)化帶和卸荷帶巖體厚度不宜過大；.巖體較完整，強(qiáng)度能滿足大壩荷載應(yīng)力的要求；.巖層產(chǎn)狀有利，巖體中軟弱夾層及緩傾角結(jié)構(gòu)面（斷層、長大裂隙）不發(fā)育；.巖體透水性不宜過大，有可靠的防滲封閉條件；.泄洪消能區(qū)巖體有足夠的抗沖能力。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—拱壩對地形地質(zhì)條件的要求.地形基本對稱，河谷寬高比最好小于3.5:1，不宜大于6:1，壩肩下游沒有深切溝谷；.河床覆蓋層不厚，沒有大的順河斷層和基巖深槽；.全強(qiáng)風(fēng)化帶及卸荷帶巖體厚度不宜過大；.兩岸壩肩巖體完整，強(qiáng)度高；沒有或很少有垂直河流分布的軟弱層帶；平行河流的結(jié)構(gòu)面（斷層、節(jié)理、裂隙）不發(fā)育；.巖層產(chǎn)狀有利，壩基巖體中緩傾角軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面不發(fā)育；.巖體透水性不宜過大，有可靠的防滲帷幕封閉條件.泄洪消能區(qū)巖體有足夠的抗沖能力。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—土石壩對地形地質(zhì)條件的要求.地形條件適于布設(shè)泄洪和引水發(fā)電建筑物；.河床覆蓋層的厚度及物質(zhì)組成不會(huì)給地基防滲體施工造成很困難的條件；.避免地基中存在厚的粉細(xì)砂層、淤泥、軟土層、濕陷性黃土等特殊土層；.避免在基巖中存在規(guī)模較大透水性強(qiáng)的順河向斷層；.有適宜的天然建筑材料。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—其他建筑物對地形地質(zhì)條件的要求其他建筑物包括工程邊坡、水閘、渠道和堤防等，其對地形地質(zhì)條件的要求詳見P703~704第五章水工建筑物工程地質(zhì)—地基穩(wěn)定問題重力壩壩基的滑動(dòng)破壞類型第五章水工建筑物工程地質(zhì)—地基穩(wěn)定問題壩基滑動(dòng)的邊界條件1、壩基深層滑移條件比較復(fù)雜，它必須具備滑動(dòng)面，縱向和橫向切割面、臨空面，這些要素構(gòu)成了深層滑移的邊界條件；2、淺層滑動(dòng)—壩基淺層巖體；3、表層滑動(dòng)—混凝土與巖石；4、混合滑動(dòng)—上述的組合。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—重力壩壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算（純摩）抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式：式中：K——按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)；第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化飽和砂土和粉土在周期地震荷載作用下，由于不能及時(shí)排水而形成孔隙水壓力，當(dāng)孔隙水壓力達(dá)到與圍壓（上覆壓力）相等時(shí)，有效應(yīng)力為零，砂土顆粒處于懸浮狀態(tài)，這種砂土短時(shí)間失去強(qiáng)度的現(xiàn)象就是地震液化。其表達(dá)式可以寫成：式中：—無粘性土的抗剪強(qiáng)度—土體上覆壓力—孔隙水壓力—無粘性土內(nèi)摩擦角—上覆有效壓力第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化地震液化的危害1、引起噴水冒砂導(dǎo)致大面積地面沉降；2、導(dǎo)致建筑物地基失效，引起建筑物下沉或不均勻沉降、開裂破壞；3、液化側(cè)向擴(kuò)展與流滑，造成岸邊地面開裂。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化初判

1、地層年代為第四紀(jì)晚更新世Q3或以前，可判為不液化。2、土的粒徑大于5mm顆粒含量的質(zhì)量百分率大于或等于70%時(shí)，可判為不液化；粒徑大于5mm顆粒含量的質(zhì)量百分率小于70%時(shí)，若無其它整體判別方法時(shí)，可按粒徑小于5mm的這部分判定其液化性能。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化初判

3、對粒徑小于5mm顆粒含量質(zhì)量百分率大于30%的土，其中粒徑小于0.005mm的顆粒ρc含量質(zhì)量百分率相應(yīng)于地震設(shè)防烈度七度、八度和九度分別不小于16%、18%和20%時(shí)，可判為不液化。4、工程正常運(yùn)用后，地下水位以上的非飽和土，可判為不液化。5、當(dāng)土層的剪切波速大于上限剪切波速時(shí)，可判為不液化。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化

剪切波速的計(jì)算公式：

式中：Vst—上限剪切波速度（m/s）；KH—地面最大水平地震加速度系數(shù)；Z—土層深度（m）；—深度折減系數(shù)。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—飽和砂土振動(dòng)液化常用處理方法改變基礎(chǔ)型式—地基加固（加密）處理—碎石樁、振沖等圍封—三盛公樞紐蓋重—堤防、圍壩等線狀工程第五章水工建筑物工程地質(zhì)—滲透變形土的滲透變形的形式由于土體顆粒級(jí)配和土體結(jié)構(gòu)的不同，滲透變形的形式也不同，可分為流土、管涌、接觸沖刷、接觸流失四種基本型式?；鶐r中的滲透破壞基巖中的滲透破壞主要發(fā)生在各類張開裂隙中充填的松散物質(zhì)，斷層帶中未膠結(jié)的松軟物質(zhì)及軟弱夾層中；滲透破壞形式多為流土和接觸沖刷；存在易溶鹽時(shí)常出現(xiàn)化學(xué)潛蝕；滲透破壞發(fā)展過程緩慢，破壞比降也遠(yuǎn)較第四系松散地層大。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—滲透變形土體滲透變形的判別判別內(nèi)容包括：土的滲透變形類型的判別，流土和管涌的臨界水力比降的確定和土的允許水力比降的確定。判別方法可采用試驗(yàn)、計(jì)算和類比等方法。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—基抗涌水基坑涌水量的計(jì)算常用方法——穩(wěn)定流解析計(jì)算法案例手冊P719~721列出了13個(gè)計(jì)算公式，并給出了各個(gè)公式的適用條件遇到這一類的計(jì)算題要特別注意題干中給出的邊界條件，重點(diǎn)是常用的、計(jì)算簡單的公式第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—緩傾角結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)研究巖體中傾角小于30o的結(jié)構(gòu)面，稱為緩傾角結(jié)構(gòu)面緩傾角結(jié)構(gòu)面按成因可分為原生結(jié)構(gòu)面（層理、冷凝節(jié)理）、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（斷層、層間錯(cuò)動(dòng)剪切帶，節(jié)理或裂隙）和次生結(jié)構(gòu)面（風(fēng)化、卸荷裂隙）第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—其它地質(zhì)缺陷的工程地質(zhì)評價(jià)斷層破碎帶：壩基抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、壓縮變形和斷層強(qiáng)透水帶的集中滲漏風(fēng)化深槽：易形成應(yīng)力集中區(qū)裂隙密集帶：不均勻變形、壩基集中滲漏帶軟弱夾層：壩基深層抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、不均勻變形第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類壩基巖體質(zhì)量分類的目的1、客觀地反映巖體本身的工程地質(zhì)特性，對巖體質(zhì)量的好壞統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)識(shí)2、根據(jù)分類指導(dǎo)巖體力學(xué)試驗(yàn)，提供力學(xué)參數(shù)和配合進(jìn)行壩基巖體穩(wěn)定性分析3、確定壩基可利用巖面和壩基開挖深度4、研究壩基處理措施5、進(jìn)行工程地質(zhì)評價(jià)，是評價(jià)壩基變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類應(yīng)遵循的原則：宏觀綜合性。應(yīng)以宏觀地質(zhì)調(diào)查、定性分析為基礎(chǔ)，輔以描述巖體特征的多因素定量指標(biāo)準(zhǔn)確性和客觀性。應(yīng)采取定性和定量相結(jié)合的方法，盡可能用巖石或巖體具有代表性的物理力學(xué)參數(shù)來表征，避免人為因素的隨意性簡便適用性。分類應(yīng)粗細(xì)適中，簡繁得當(dāng)，過細(xì)則煩瑣，過粗則不精針對性。針對本壩址，應(yīng)適用于各種壩型，是評價(jià)壩基變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類壩基巖體質(zhì)量分類的方法1、《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99中的附錄—壩基巖體工程地質(zhì)分類；2、《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》GB50218-94

第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類壩基巖體工程地質(zhì)分類（綜合指標(biāo)）以巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)類型、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度及其組合等，并作為分類基礎(chǔ)。根據(jù)巖體作為修建高混凝土壩的適用性，產(chǎn)生變形滑移的危險(xiǎn)程度，加固處理難度的原則，將壩基巖體工程地質(zhì)條件劃分為5類。見P747表5-3-17第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》GB50218-94分兩步：先確定巖體基本質(zhì)量，再確定詳細(xì)質(zhì)量分級(jí)。1、確定巖體基本質(zhì)量巖體基本質(zhì)量由定性特征和巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）確定定。見下表。巖體基本質(zhì)量的定性特征應(yīng)由巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)因素確定。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—建基巖體

基本質(zhì)量級(jí)別巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）Ⅰ堅(jiān)硬巖，巖體完整

＞550

Ⅱ堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整

550～451

Ⅲ堅(jiān)硬巖，巖體較破碎；較堅(jiān)硬巖，或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整

450～351

Ⅳ堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎~破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整~較破碎；軟巖，巖體完整~較完整

350～251

Ⅴ較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖本較破碎~破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖＜250

第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》GB50218-942、詳細(xì)定級(jí)應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級(jí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同類型工程的特點(diǎn)，考慮地下水狀態(tài)、初始應(yīng)力狀態(tài)、工程軸線或走向線的方位與主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的組合關(guān)系等必要的修正因素。對于邊坡工程，還應(yīng)考慮地表水。3、對工程巖體進(jìn)行初步定級(jí)時(shí)，宜按此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的巖體基本質(zhì)量級(jí)別進(jìn)行。第五章第三節(jié)混凝土壩工程地質(zhì)—壩基巖體質(zhì)量分類巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）的計(jì)算

根據(jù)分級(jí)因素的定量指標(biāo)Rc(MPa）和Kv計(jì)算：BQ=90+3Rc+250Kv

限制條件：當(dāng)Rc＞90Kv+30時(shí)，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入計(jì)算BQ值；當(dāng)Kv＞0.04Rc+0.4時(shí)，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計(jì)算BQ值。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—建基巖體大壩建基面確定的基本原則對于大型水利水電工程高混凝土重力壩、高混凝土拱壩，大壩建基面確定的基本原則：1、大壩建基面確定應(yīng)建立在巖體工程地質(zhì)分類和巖體質(zhì)量研究基礎(chǔ)上。2、根據(jù)具體工程地質(zhì)條件，按GB50287——99提出的“標(biāo)準(zhǔn)”，制定適用于本工程的壩基巖體工程地質(zhì)分類或巖體質(zhì)量分級(jí)與評價(jià)；建立定性與定量化標(biāo)準(zhǔn)；編制建基面利用巖體質(zhì)量分區(qū)工程地質(zhì)圖及利用巖面頂板等高線圖。

第五章水工建筑物工程地質(zhì)—建基巖體大壩建基面確定的基本原則3、根據(jù)工程規(guī)模、重要性及地質(zhì)條件等綜合確定大壩建基面。總體要求是壩基應(yīng)具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度及均一性、完整性；具有足夠的抗滑、抗變形、較好的抗?jié)B條件；基礎(chǔ)處理工程量不大。一般來說，Ⅰ類及Ⅱ類巖體適合作為高混凝土壩壩基，處理工程量不大；Ⅲ類巖體，對影響巖體變形和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面需作專門處理；Ⅳ類巖體，巖體比較破碎，不宜作高混凝土壩地基，局部地段分布該類巖體時(shí)，需作專門性處理；Ⅴ類巖體為破碎巖第五章水工建筑物工程地質(zhì)—建基巖體大壩建基面確定的基本原則體，不宜用為高混凝土壩壩基，當(dāng)局部存在時(shí)需做專門性處理。4、建基面選擇除考慮地質(zhì)條件外，還要考慮工程結(jié)構(gòu)條件對建基面的調(diào)整變化。第五章水工建筑物工程地質(zhì)—環(huán)境水環(huán)境水對混凝土的腐蝕性環(huán)境水對混凝土的腐蝕性主要有分解類腐蝕、結(jié)晶類腐蝕和結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕三種。其判別標(biāo)準(zhǔn)見P751表5-3-20。使用時(shí)注意單位換算第五章水工建筑物工程地質(zhì)—土壩地基

1、手冊P752~754列出了一些與土石壩地基相關(guān)的土性狀判定標(biāo)準(zhǔn)，如果遇到這一類的題目，可以直接查表找出答案。2、關(guān)于壩基工程地質(zhì)評價(jià)，主要包括兩方面內(nèi)容，一是壩基滲漏與滲透穩(wěn)定，二是壩基抗滑穩(wěn)定與不均勻變形。

第五章水工建筑物工程地質(zhì)—土壩地基3、對于砂礫石壩基（1）河床砂礫石層具有滲透性強(qiáng)、強(qiáng)