巖土力學講稿

巖土力學

0緒論巖土力學的概念土力學是一門研究土體滲流、壓縮和強度三個主要課題的學科巖石力學是研究巖石的力學性態(tài)的理論和應用的學科巖土力學的研究對象研究對象：土和巖石土體是巖石風化的產(chǎn)物，是一種松散的顆粒堆積物。

巖石是由礦物和巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而成的自然體。巖體是受到各種性質(zhì)的軟弱面切割而成的自然地質(zhì)綜合體。巖體結構：包括結構面和結構體。

巖土力學研究的內(nèi)容對工程地質(zhì)定性成果進行定量分析和計算巖土體物力性質(zhì)研究巖土體的穩(wěn)定性參數(shù)測試方法研究、現(xiàn)場大型力學試驗、應力和應變監(jiān)測技術巖土體中應力和應變的分布規(guī)律及巖土體和工程建筑物相互作用的研究影響巖土體穩(wěn)定性的各種因素和作用力，定量評價巖土體穩(wěn)定性的理論和科學計算方法的研究加固巖土體的工程措施和處理技術研究巖土力學在工程建設中的作用和任務作用一(宏觀）應用巖土力學知識分析、計算、評價建筑物地基變形、強度及穩(wěn)定性，確保水庫、大壩等的安全可靠性盡可能把不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，提高建筑物的穩(wěn)定性并節(jié)約投資作用二：水利水電建設中的巖土工程0概述壩堤基礎的穩(wěn)定、地下電站建設、引水隧道建設、開挖邊坡、評價水利水電的建設環(huán)境和地下滲透水的狀態(tài)等與巖土工程密切相關的是高壩建設、引水隧洞、自然邊坡的穩(wěn)定三峽大型水利樞紐，面對一系列巖土工程技術難題，如船閘高邊坡的計算分析與建設0概述二灘水電站在基巖上建高壩要求解決建基面的力學分級，穩(wěn)定性評價方法，多裂隙巖體的強度及變形分析方法二灘地下廠房規(guī)模為世界第四，洞室群要求采用施工優(yōu)化系統(tǒng)高165M處于復雜地基上的李家峽拱壩，在大壩軟弱夾層運用了砼置換、抗震樁、傳力峒及600T位的錨拉技術1高壩建設中的巖土工程問題（1）勘探技術方面高壩基巖的勘探，需解決許多與工程地質(zhì)、巖體力學有關的難題，如區(qū)域性的構造穩(wěn)定、復雜巖基、風化基巖的力學特性（2）水利水電建設中的巖體質(zhì)量分級：巖體質(zhì)量分級按不同的工程類型，如大壩主地基、邊坡開挖工程等，進行不同的分級。單因素分級法指標：按巖石抗壓強度分級；按風化程度分級；按巖石質(zhì)量指標分級；以彈性波速度分級。1高壩建設中的巖土工程問題多因素分級法指標：按巖體連續(xù)性分級；西班牙的圖末羅法分級；我國的損傷力學巖體分類法（3）大壩穩(wěn)定計算分析引用非線性非連續(xù)介質(zhì)模型對大壩穩(wěn)定性進行分析清華大學的三維非線性大壩分析程序，可分析大型拱壩的整體穩(wěn)定性1高壩建設中的巖土工程問題（4）壩基巖體穩(wěn)定評價目前主要采用計算分析法和模型試驗法計算分析法：有限元法，剛體極限平衡法模型試驗法：地質(zhì)力學模型，脆性材料模型評價拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，是拱壩設計中面臨的最困難的問題之一2土壩工程（1）土壩工程加固防滲應用技術目前，我國已建成土壩6萬余座，占大壩總數(shù)的90%。我國土壩中大多是碾壓式土壩根據(jù)土石料的性質(zhì)，放在壩體內(nèi)適當?shù)牟课徊⒉捎眠m當?shù)氖┕ぜ夹g礫質(zhì)土、風化巖、石渣用于筑壩的技術2土壩工程利用機械把風化巖壓碎作為防滲體把不同的土石料拌和后建成強度高的防滲體凍土筑壩技術瀝青砼塑料薄膜等材料作為土石壩的防滲結構土壩基礎的不良地基處理：水泥粘土灌漿法、砼防滲墻、土鋪蓋防滲、泥漿防滲槽、化學材料灌漿、砂井加固等2土壩工程（2）土壩工程設計土的強度力學模型的應用土壩的穩(wěn)定性分析土壩分析中計算機數(shù)值方法的引入壩體變形和裂縫的研究引入仿真破壞模擬用有限元法模擬土壩滲流土壩邊坡穩(wěn)定分析的動力分析方法沉降計算與固結理論3地下水電站建設中的巖土工程地下水電站指引水道、調(diào)壓井、壓力管道、主廠房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的電站在地質(zhì)條件允許的情況下，可充分利用圍巖承載能力減少支承結構，節(jié)省鋼材、水泥，降低工程造價把圍巖視為承載結構，建立巖體支護概念地下洞室計算方法－數(shù)值模擬法：塊體法、彈塑性模型分析法3地下水電站建設中的巖土工程地下洞室的穩(wěn)定判據(jù)：以巖體的屈服、變形、狀態(tài)作為判據(jù)噴錨支護加固地下結構：錨桿、錨索、噴射砼等洞室群的施工優(yōu)化：從全局出發(fā)，找出有利于圍巖穩(wěn)定而且經(jīng)濟的優(yōu)化施工方案作用三：鐵路建設中的巖土工程鐵路建設中的巖土工程包括巖土工程勘探、路基、橋梁基礎工程、隧道工程。遙感、物探、原位測試、巖土試驗滑坡、崩塌、泥石流及巖溶等復雜工程地質(zhì)條件下的鐵路工程軟土、膨脹土、黃土、凍土等特殊條件下的鐵路工程風沙地區(qū)的鐵路工程作用三：鐵路建設中的巖土工程錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、加筋土擋土墻、抗滑樁、樁板墻、錨索抗滑樁及土釘墻等各種支擋結構工程重載及高速鐵路路基復雜條件下橋梁及基礎工程復雜條件下長、大隧道工程作用四：港口建設中的巖土工程港口建設中的巖土工程包括軟土地基的勘探取土和現(xiàn)場測試、沿海軟粘土工程、軟基加固工程、樁基和其他港工結構基礎和設計和施工工程采用淺層剖面儀在大面積水域中進行初步勘探并結合少量鉆孔，鑒別土類和土層采用標準貫入、土壓力計等常規(guī)設備完成現(xiàn)場測試和原體觀測用砂井排水堆載預壓方法加固軟粘土地基作用四：港口建設中的巖土工程用袋裝砂井和塑料紙板排水處理淤泥質(zhì)海岸用振沖碎石樁法、真空預壓法、強夯法、深層拌合法、填土超載擠淤法、爆炸擠淤法等加固軟基預應力鋼筋砼空心方樁應用于高樁碼頭大型鋼管樁應用于建造深水碼頭大型預應力鋼筋砼管樁應用于建造海水腐蝕碼頭作用四：港口建設中的巖土工程其他港工建筑物基礎：大直徑圓筒結構，地下連續(xù)墻，大型扶壁，沉井和沉箱等作用五吩：城建它中的環(huán)耍境巖土哲工程處于江河完湖泊或海斜洋沿岸的促城市，城間市環(huán)境災導害防治擺柴在重要地添位城市防確洪：須膠控制淹竊沒高度子，涉及塊上下游頓河道清昆理工程頁、防洪綁堤和防轉(zhuǎn)汛墻工天程等采取技措奴提高大壩葉抗洪能力粱：用探地蛇雷達等無澇損檢測方澇法查明堤莫防工程的疤地層特點食和險情隱借患；用旋昌噴等加固音大堤地基米；用防滲姐墻等延長澡滲透途徑扔；采用經(jīng)前濟高效新時型加固材非料加速工考程進度，祥提高工程疑質(zhì)量作用五：愚城建中的蛇環(huán)境巖土決工程山城的泥亮石流治理崖：在形成納區(qū)用溝坡累兼治措施浩；在流通趟區(qū)，筑各農(nóng)種攔截壩輕、溢流壩膝；在堆積轟區(qū)，采取伯排導停淤哨措施港口城著市須疏吊通航道只，合理逆構筑導農(nóng)堤，提概高通航民能力海岸城市丹須進行岸仔坡穩(wěn)定保袍護，合理旨地構筑圍渠海海堤城市地面刃沉降，涉餃及深井回凈灌、高層端建筑糾偏齡等工程任務解決巖土灑工程問題通過巖件土力學瞞分析計辟算，提米出建筑棉物結構付類型、飲施工方扛法及運走營使用冶中的注苦意事項提出改善金和防治不棄良地質(zhì)條猜件，解決洞巖土工程波問題的方危法和措施巖土力學角的研究方銅法土力學撤的研究勵方法理論和稼室內(nèi)外飯土工試主驗及工遠程實踐煎相結合將，理論奴計算和巷工程經(jīng)議驗并重巖石土化力學的仗研究方御法采用對慨自然巖調(diào)體進行踢性質(zhì)測矛定、理勁論計算撥、科學假試驗與掘理論分湯析相結創(chuàng)合的方墾法巖土力學晶的發(fā)展簡殊史巖土力學搶是一門既血古老、又亦新興的學龍科，人類執(zhí)很早就懂諸得廣泛利胃用土進行喝工程建設傅（我國的蒼長城、南肺北大運河娃）直到十辱八世紀中蒙葉，人類甜對土在工里程建設方捧面的特性州，尚停留篇在感性認識知階段。土力學農(nóng)的發(fā)展鄙簡史十八世堤紀產(chǎn)業(yè)溜革命后鳳，提出炎了大量揪與土力碼學有關施的問題春和不少問成功的籃經(jīng)驗，顯特別是磚一些工老程事故倚的教訓閥，迫切刻促使人饞們?nèi)娗罄碚撋慕忉岋?，并要晴求永通塊過實踐湯檢驗的銜理論來閣直到以攝后的工遙程實踐竟。筑城學除（歐洲漫）害墻釘后土壓穗力問題鐵路、公聚路、水利估工程蘆土柔坡穩(wěn)定問回題半經(jīng)驗摘分析階阻段土力學增的發(fā)展叉簡史二十世紀兩，隨著土橋建規(guī)模的點擴大，促宣使人們?nèi)蛎娴叵到y(tǒng)戰(zhàn)地對土的侵力學性質(zhì)參作理論和愿實踐研究先，科學技壞術不斷發(fā)炒展，世界戒不少國家弓分分成立憂專門土力貼學研究機享構，重點頁研究。十八世紀鈔二十年代圣，著名的釣土力學家坑太沙基的聰土力學專摟著《土力軍學》問世易，標志著否土力學作博為一門獨嚷立的較系盜統(tǒng)而完整右的學科，自19扶36年燃以來，估已召開憑了十一劣屆國際紛土力學透和基礎投工程學薪術會議硬。近四十皂年來，惑由于尖蕉端科學匯、生產(chǎn)瘋發(fā)展的廈需要，謊土力學篩的研究妨領域又鉗有了明咽顯的擴烏大土動力學遙、凍土力啄學、海洋虧土力學、漁月球土力捉學同時巖伸石力學毫也已與促土力學踩分離而敗單獨稱疼為一門齡學科。巖石力學摸的進展和油動向重視工飾程地質(zhì)慚宏觀研脊究大力發(fā)展蠟巖體和巖黑石測試和嫩檢測技術加強對鹿巖體和邊巖石基經(jīng)本性質(zhì)遵的研究數(shù)值分析牢在巖石力賀學中廣泛尺應用強調(diào)巖石道力學在工流程上的應楊用，重點跳轉(zhuǎn)向地下尚工程重視工歇程實例行的總結姓分析和糞現(xiàn)場判鐘斷，加班強專家隸系統(tǒng)的構建立工久作巖土力學視的學習方稻法學習巖土疑力學，必滾須特別注揪意認識土墓的特點多樣性易變性巖土力學尤密切結合竟專業(yè)和實完踐的一門地課程，學于習中不但煮要著重于必基本概念呆的理解，羨掌握計算公方法而且齊要學會初攀步解決實海際問題的皇能力。巖土力學承與其它課占程的關系巖土力學應屬于技術宇基礎課，腎它在一般散基礎課和檢專業(yè)課之追間起到承柿上啟下的微作用。先行課企程：材糖料力學焰、結構扛力學、什彈性理朝論初步萌、工程霜地質(zhì)學蠅與水文犁地質(zhì)學妻、水力鳥學后續(xù)課程暑：水工結首構、地基帝及基礎巖土力灶學是一彎門邊緣艙學科，餡它所設遷計的自胖然科學專范圍很梅廣，除狂了和力濾學領域班內(nèi)各鄰削近學科蜻有密切腰關系外盛，它還賢涉及到碰普通地就質(zhì)學、壁土質(zhì)學臟、物理脂、化學析等方面客的知識未領域。第一章繪巖土的甜物理性質(zhì)話及工程分杜類杜1.核1巖掉土體的特奪性1.1.撥1土的饑結構與特杯性土的概念團及土的形羊成在土木工恒程領域，急土是指覆灘蓋在地表貼的沒有膠軟結和弱膠躍結的顆粒鳴堆積物，最土與巖石貿(mào)的區(qū)分僅鋒在于顆粒有膠結的強王弱，所以腎，有時也帝會遇到難蠢以區(qū)分的擔情況。土的來勇源土根據(jù)來喬源可分為無機土紫：巖石遲風化轉(zhuǎn)天然禾土躍土是巖主石風化價的產(chǎn)物有機土：欲腐殖土，由植物鑒完全或斤部分分熱解的堆頂積物具刺有高壓堂縮性、傲低強度偶，為不軋良建筑饞物地基風化：物理風閃化：溫煌度世應力鏈巖石梢開裂水的凍脹題裂縫仗張開框巖石開裂波浪沖擊地震風碌沙礫沖宅擊榆巖石破疫裂化學風永化：巖眼石與空例氣、水聞和各種猜溶液相禮接觸經(jīng)氧化炭化妥作用踐分解澤成細小醒的顆粒百致夕使巖石世的礦物術成分發(fā)劃生變化水化在自然胖界，物穩(wěn)理風化租和化學應風化是怎同時或出交替進該行的，非所以任咱何一種鼠天然土筑通常既南是物理畢風化的冤產(chǎn)物，償又是化無學風化幅的產(chǎn)物影。土的種類殘積土：巖石風化丙后仍然留淚在原地的晴堆積物。偽殘積土的犧厚度和風銳化程度主匆要取決于較氣候條件列和暴露時墳間，其明但顯特征是鉛顆粒多為瞎角粒，且更母巖種類奔對殘積土蠶的性質(zhì)有再顯著影響水。(優(yōu)良插母巖、質(zhì)端地不良母子巖)運積土：經(jīng)流水照、風和污冰川等構動力搬淺運離開牲產(chǎn)地的熟堆積物材?？煞忠魹楹恿鬟\積逮土風積土冰川沉欲積土沼澤土（部腐植土）河流沉積蓄土水沖積形濃成的，上如游顆粒粗藏，下游顆費