巖土工程三個熱點問題的討論

巖土工程三個熱點問題的討論第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三要討論的三個熱點問題1、高邊坡與基坑支護設(shè)計；2、超大直徑工程井的施工現(xiàn)狀與發(fā)展；3、樁基承載力的計算方法。第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三高邊坡與基坑支護設(shè)計1、高邊坡的定義巖質(zhì)邊坡＞30m土質(zhì)邊坡＞20m2、基坑類別的劃分淺基坑＜6m深基坑6——15m超深基坑＞15m第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三高邊坡穩(wěn)定分析與基坑支護設(shè)計常用的計算理論和方法1、極限平衡法2、彈性抗力法3、數(shù)值分析法第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三巖體斜坡穩(wěn)定性

三維動態(tài)預(yù)測的量化計算第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三本項研究屬于河北省自然科學(xué)基金項目。其選題主要原因是地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為人類生存環(huán)境的一個主要問題，尤其是在工程建設(shè)規(guī)模不斷擴大的今天，它是世界上很多地區(qū)制約經(jīng)濟發(fā)展和生活安全的重要因素之一。近20年來，本項目的主要研究人均從不同時間開始致力于滑坡和巖體邊坡的穩(wěn)定性預(yù)測和評價方面的研究。第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三理論意義工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展依賴于對巖土體介質(zhì)屬性認識的發(fā)展。上世紀70年代以來，工程地質(zhì)學(xué)科對巖體介質(zhì)的認識已經(jīng)經(jīng)過了連續(xù)彈性介質(zhì)、裂隙介質(zhì)兩個階段。自《巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)》一書問世以來，標志著對工程巖體力學(xué)問題的研究已進入巖體結(jié)構(gòu)介質(zhì)為主要對象的研究階段?，F(xiàn)場勘察和大工程實例都說明，絕大多數(shù)巖體失穩(wěn)都是結(jié)構(gòu)體失去平衡狀態(tài)造成的，巖體斜坡失穩(wěn)也是如此。巖體結(jié)構(gòu)是控制巖體變形和破壞的根本因素。第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

《巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)》一書著者谷德振先生認為：“無論工程地質(zhì)問題多么復(fù)雜，歸納起來就是一個與工程有關(guān)的巖體穩(wěn)定問題。巖體之所以失穩(wěn)，影響因素很多，最關(guān)鍵問題在于巖體內(nèi)部存在著一些軟弱結(jié)構(gòu)面，根據(jù)這些軟弱結(jié)構(gòu)面的空間分布和組合關(guān)系形成了巖體結(jié)構(gòu)的概念?！备黝惖刭|(zhì)工程的巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的客觀規(guī)律和評價方法有待于探索。旨在實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性及其相關(guān)問題評價的新突破。第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三工程意義目前，巖體邊坡坡角的設(shè)計仍停留在經(jīng)驗設(shè)計階段，巖體高邊坡在削坡還是加固的決策問題上缺乏理論根據(jù)，缺乏對邊坡整體與開挖前穩(wěn)定性的預(yù)測功能。這是由于目前所有的巖體邊坡三維穩(wěn)定性分析方法都還停留在巖體邊坡單一滑塊穩(wěn)定性計算方式的。第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三以往為了確定滑動面的位置及滑坡的體積、滑動結(jié)構(gòu)面的面積耗費大量的時間和人力與物力，人們希望有捷徑可走。第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三技術(shù)路線﹙1﹚首先把把巖體斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的劃分為：單滑動面五面體、同傾向雙滑動面楔形四面體、非同傾向雙滑動面平行六面體、多滑動面多面體地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖體邊坡等4類。第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（2）提出了單位結(jié)構(gòu)體與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)體概念

巖體實質(zhì)是三維無限非連續(xù)天然結(jié)構(gòu)介質(zhì)，含有無窮多個相似形的結(jié)構(gòu)體，我們定義1米坡高邊坡的某種結(jié)構(gòu)體為單位結(jié)構(gòu)體。第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三所謂優(yōu)勢結(jié)構(gòu)體，指經(jīng)過工程地質(zhì)調(diào)查和實體比例投影對比，最易失穩(wěn)定一種或幾種結(jié)構(gòu)體。優(yōu)勢結(jié)構(gòu)體分析，按組合交線傾角的從大到小和它與斜坡傾向交角的由小到大，同時考慮到滑動結(jié)構(gòu)面抗剪指標大或小綜合分析，依次排序。依次計算各個結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定狀態(tài)。第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（3）應(yīng)用實體比例投影方法求出單位結(jié)構(gòu)體滑動面的面積和體積。﹙4﹚是建立斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化動態(tài)模型，以單位結(jié)構(gòu)體為工具，按動、靜水壓力的變化規(guī)律，求出它們?nèi)我馄赂邽樽兞康姆€(wěn)定性系數(shù)函數(shù)表達式，組合成為巖體斜坡穩(wěn)定性三維動態(tài)數(shù)字化模型。第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三本項研究提出可以包羅地殼任何邊坡的四種地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的穩(wěn)定性數(shù)字化動態(tài)模型計16個，邊坡坡角隨坡高的動態(tài)變化模型7個，提出了邊坡治理決策綜合判據(jù)。第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三単滑動面五面體地質(zhì)結(jié)構(gòu)動態(tài)三維穩(wěn)定性動態(tài)數(shù)字化模型為例：任意坡高斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)為

第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三式中：α01—滑動結(jié)構(gòu)面與側(cè)向切割面的組合交線的傾角，可用赤平投影法求得。α，β—斜坡的坡角及滑動結(jié)構(gòu)面傾角；C，C1—滑動結(jié)構(gòu)面及側(cè)向切割面的內(nèi)聚力；φ,φ1—滑動結(jié)構(gòu)面及側(cè)向切割面內(nèi)摩擦角；n—坡高；γ—巖體的容重；α1—側(cè)向切割面的傾角；第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

從上式可知，隨著坡高n的增加，穩(wěn)定性系數(shù)不斷減小，滑動面與側(cè)向切割面的內(nèi)聚力和摩擦角增加，穩(wěn)定性系數(shù)會增加；滑動面傾角增加，側(cè)向切割面的傾角越大，穩(wěn)定性系數(shù)減小。該解析解模型充分地反映了地下水等工程地質(zhì)條件對斜坡穩(wěn)定性影響的客觀規(guī)律。第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三創(chuàng)新點：建立的巖體斜坡穩(wěn)定性三維動態(tài)模型，突破了目前巖體斜坡穩(wěn)定性單個滑動體技術(shù)的現(xiàn)狀。模型推導(dǎo)中提出了動態(tài)積分的概念。第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三提出了相鄰坡高的穩(wěn)定系數(shù)的比值大于或等于1.00162才可以考慮用削坡的治理的決策判據(jù)，填補了邊坡治理決策判據(jù)的空白。第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三應(yīng)用效果2007年張家口地質(zhì)五隊應(yīng)用単滑動面數(shù)字化動態(tài)分析方法和単滑動面地質(zhì)結(jié)構(gòu)邊坡定量設(shè)計方法對平流寺采礦邊坡進行了穩(wěn)定性計算與中場1200米坡長的巖體邊坡定量設(shè)計，使勘察和設(shè)計縮短了工期。第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

河北建設(shè)勘察研究院有限公司于2004對“平-涉S202公路巖質(zhì)邊坡高邊坡勘察”勘察過程中在2公里坡長的石英巖危險陡坡勘察與治理方案中應(yīng)用了此項成果，對70余米的高邊坡應(yīng)用本項目的巖體邊坡坡角動態(tài)模型技術(shù)獲得的穩(wěn)定坡角，提出三段式削坡治理方案。大幅度地縮短了工期，體現(xiàn)出了明顯的經(jīng)濟效益，受到了應(yīng)用單位的贊譽。該工程項目獲得中國城市規(guī)劃協(xié)會2005年度全國城市勘察測量一等獎。第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

對西柏坡“解放軍總部”舊址滑坡勘察中應(yīng)用単滑動面斜坡穩(wěn)定性動態(tài)數(shù)字化模型建立的反分析方法，求得該滑坡滑動面的抗剪強度。這種把天然地質(zhì)體作為實驗場的方法不僅省去了昂貴的野外試驗投資，而且保證了試驗成果的代表性。也證明了此成果另一個很有應(yīng)用價值的作用。以上的應(yīng)用實例預(yù)示了此項研究成果的廣闊應(yīng)用前景和重大的社會效益與經(jīng)濟效益。第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三基坑支護設(shè)計中的幾個難題1、目前流行的幾個基坑支護設(shè)計軟件（不管是極限平衡法還是彈性抗力法），都只考慮了平面問題，沒考慮基坑的空間分布狀態(tài)，解決不了空間效應(yīng)問題。

《深基坑雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用》中國建筑工業(yè)出版社2008第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2、在邊坡穩(wěn)定性計算方面，目前采用的巖土體力學(xué)參數(shù)只是統(tǒng)計意義上的均值或范圍值。由于地質(zhì)體的復(fù)雜性，很難做到準確取值。3、在建立模型時不得不做人為的簡化，因邊坡及其所處地質(zhì)環(huán)境和力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性，使得邊坡的邊界條件無法較為客觀地確定，從而使分析結(jié)果往往與實際情況不符。第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三4、對基坑穩(wěn)定性的監(jiān)測、預(yù)報的方法和理論還沒有系統(tǒng)化和理論化，真正的基坑失穩(wěn)預(yù)報系統(tǒng)還很少，預(yù)警值還不明確。第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

超大直徑工程井的施工現(xiàn)狀與發(fā)展第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三一、大口徑的定義

從上世紀八十年代就開始使用“大口徑鉆機”、“大口徑鉆井”、“大口徑工程”這些詞，大口徑的定義是什么？何為“大口徑”？我們應(yīng)該給“大口徑”下個定義。第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三過去有關(guān)“大口徑”方面的劃分情況：1、樁基規(guī)范小樁：d≤250mm中等直徑樁：250mm＜d＜800mm大直徑樁：d≥800mm2、鉆頭所有有關(guān)“大口徑”鉆頭的描述其直徑都大于800mm。3、水井通常人們說的“大口井”是指人工開挖的、直徑大于800mm的井。第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三大口徑工程井的定義：1、大口徑工程井：d≥800mm

2、超大口徑工程井：d≥2000mm第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三二、我國大口徑鉆機的發(fā)展和貢獻

在我個人收集的有關(guān)資料中，最早進行大口徑鉆孔施工的時間是1963年，由過之光先生在葛洲壩地質(zhì)勘察中用建設(shè)部綜合勘察院鉆探機具廠（現(xiàn)在的鄭州市探礦機械廠）生產(chǎn)的紅星300型打了直徑800mm的巖石取芯孔，當時的取芯目的是為了查明巖石的裂隙發(fā)育情況。1977年他們又在紅星300型的基礎(chǔ)上改進生產(chǎn)了紅星400型，成為以后進行大口徑樁基設(shè)計的主要設(shè)備之一。第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

新河鉆探機械廠在1973年就生產(chǎn)了我國第一臺潛水工程鉆機，1976年通過鑒定。由達式宇、范孟斌先生相繼研制完成的QSZ—800、QSZ—1250型潛水工程鉆機應(yīng)該說是回轉(zhuǎn)鉆機系列的一種創(chuàng)新，動力裝置緊挨工作面，有節(jié)能和低噪聲的優(yōu)點。第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三天津探礦機械廠生產(chǎn)的SPC—300型車裝水文鉆機，是20世紀80~90年代一直很受歡迎的鉆機，它的突出特點是移位方便、自帶動力、施工效率高。1980年廣東省佛山公路局首先使用SPC—300型車裝水文鉆機施工直徑1.5m、深36m的灌注樁孔。1982年他們又在此基礎(chǔ)上改進制造了GJC—300H型鉆機，扭矩為15kN.m。第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

鐵道部大橋工程局橋梁機械廠在20世紀80年代生產(chǎn)的BDM—2型大口徑鉆機，扭矩達40kN.m，開創(chuàng)了我國大口徑鉆機的先河，后來他們又在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)了BDM—4型大口徑鉆機，扭矩達80kN.m。90年代他們又研制成功KTY3000型全液壓動力頭鉆機，從而結(jié)束了我國無大扭矩動力頭鉆機的歷史?，F(xiàn)在又研制成功了KTY4000型全液壓動力頭鉆機，并在武漢天興洲和南京大勝關(guān)長江大橋上得到了應(yīng)用。第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三山東地質(zhì)探礦機械廠研制生產(chǎn)的沖擊反循環(huán)鉆機，領(lǐng)導(dǎo)了一次沖擊鉆機的革命，尤其是后來改進生產(chǎn)的液壓沖擊反循環(huán)鉆機，它從根本上解決了噪音污染、排渣效率低的問題，在對付碎石類土地層方面，成為首選設(shè)備。第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

河北建設(shè)勘察研究院有限公司鉆探機械廠在1990年研制生產(chǎn)了WJJ—3A型大口徑鉆機，扭矩為43kN.m，1991年通過鑒定達到國內(nèi)先進水平。2000年他們研制成功并生產(chǎn)的GYD—400型全液壓動力頭大口徑工程鉆機，扭矩達235kN.m，成為當時國內(nèi)大口徑鉆機之最。這期間他們還生產(chǎn)了GF—200--300型系列產(chǎn)品，2002年，他們根據(jù)市場需求，又研制生產(chǎn)了GYD-200、GYD-300型全液壓動力頭鉆機。這些鉆機最突出的特點就是經(jīng)濟適用。第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三洛陽礦山機械廠是國內(nèi)生產(chǎn)大扭矩全液壓回轉(zhuǎn)鉆機的主要廠家之一，目前扭矩已達到500kN.m。上世紀末到現(xiàn)在，國內(nèi)很多廠家開始生產(chǎn)旋挖鉆機，其發(fā)展速度和規(guī)模相當驚人。目前旋挖鉆機的最大扭矩達到420kN.m。深度可達100m。第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三三、市場需求1、環(huán)保的要求⑴低噪聲；⑵盡量減少泥漿污染；⑶不能產(chǎn)生空氣污染。第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2、資源要求⑴低成本（包括設(shè)備購置和輔助材料）；⑵低消耗（主要是電力、燃料）；⑶用人少。第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三3、使用要求⑴多功能（正、反循環(huán)、泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)）；⑵多用途（回轉(zhuǎn)、沖擊、沖抓等）；⑶操作方便（自動化程度高、勞動強度小）；⑷移動方便（鉆機移位、運輸）。第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三四、大口徑鉆機的發(fā)展趨勢1、無循環(huán)液

在1984年孫孝慶先生就提出“無循環(huán)液鉆進”，目前我國引進的旋挖鉆機系列產(chǎn)品，都屬于這一類。由于環(huán)保的需求，這是將來的發(fā)展方向。第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2、大扭矩這是大口徑鉆井的需求。現(xiàn)在樁基設(shè)計的樁徑越來越大，而且采礦豎井施工也要求采用大口徑鉆機，這都需要大扭矩。我們最近要定購的豎井設(shè)備，開孔直徑達到10m，其扭矩達500kN.m。第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三3、智能化這既是文明生產(chǎn)的需求，也是質(zhì)量管理的需求?？咨睢⒖讖?、垂直度等都能顯示，人機對話實現(xiàn)電腦控制，操作系統(tǒng)程序化。而且鉆孔的所有檢測數(shù)據(jù)都能儲存和打印。機械故障能夠顯示或報警。第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三4、高效率

這是建設(shè)市場發(fā)展的需求，也是鉆機市場競爭的需求。第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三鉆機工作照片第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三單樁豎向極限承載力計算1一般規(guī)定2原位測試法3經(jīng)驗參數(shù)法4后注漿灌注樁5我的新方法第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三1一般規(guī)定（1）設(shè)計采用的單樁豎向極限承載力標準值規(guī)定如下：設(shè)計等級為甲級的建筑樁基，通過單樁靜載荷試驗確定。設(shè)計等級為乙級的建筑樁基，應(yīng)通過單樁靜載荷試驗確定，當?shù)刭|(zhì)條件簡單時，可參照地質(zhì)條件相同的試樁資料，結(jié)合靜力觸探等原位測試和經(jīng)驗參數(shù)確定。設(shè)計等級為丙級的建筑樁基，可根據(jù)原位測試和經(jīng)驗參數(shù)確定。第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（2）單樁豎向極限承載力標準值、極限側(cè)阻力標準值和極限端阻力標準值的確定規(guī)定如下：單樁豎向靜載試驗按現(xiàn)行《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ-106）執(zhí)行。對于大直徑端承樁，可通過深層平板（平板直徑應(yīng)與孔徑一致）載荷試驗確定極限端阻力。

第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三對于嵌巖樁，可通過巖基平板（直徑0.3m）載荷試驗確定極限端阻力標準值，通過嵌巖短墩確定極限側(cè)阻力標準值和極限端阻力標準值。

第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2原位測試法（1）根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁豎向極限承載力標準值時，如無當?shù)亟?jīng)驗，可按下式計算：第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三樁端阻力修正系數(shù)α按表取值注：樁長15≤l≤30m，α值按l值直線內(nèi)插；l為樁長（不包括樁尖高度）樁長（m）l<1515≤l≤3030<l≤60α0.750.75-0.900.90第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（2）根據(jù)雙