巖土工程課件0緒論

巖土工程概論本課程介紹巖土工程的基本概念、原理和方法。重點(diǎn)講解土力學(xué)和巖體力學(xué)的基礎(chǔ)知識，以及工程應(yīng)用。巖土工程概述山區(qū)道路建設(shè)巖土工程在山區(qū)道路建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，涉及邊坡穩(wěn)定性分析、地基處理等。高層建筑高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計、地基承載力評估、樁基施工等都需要巖土工程的專業(yè)知識。水利工程大壩的建設(shè)涉及巖土工程勘察、地質(zhì)分析、水庫滲漏治理等。隧道工程隧道工程需要巖土工程進(jìn)行地質(zhì)勘察、巖體穩(wěn)定性分析、襯砌設(shè)計等。巖土工程學(xué)科發(fā)展歷程1古代古代人類就利用土和巖石建造房屋、道路、橋梁和水利設(shè)施。2近代18世紀(jì)，隨著工業(yè)革命的興起，對巖土工程的需求增加，并逐漸形成學(xué)科。3現(xiàn)代20世紀(jì)以來，巖土工程迅速發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。巖土工程的工作對象及研究內(nèi)容11.巖石和土巖土工程主要研究巖石和土的力學(xué)性質(zhì)。22.地基基礎(chǔ)研究地基的承載力、變形特性和穩(wěn)定性。33.邊坡穩(wěn)定性分析邊坡的穩(wěn)定性，提出防止邊坡滑坡的措施。44.土工合成材料研究土工合成材料在巖土工程中的應(yīng)用。巖土工程的重要性巖土工程與人類的生活息息相關(guān)，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的重要保障。它在保障工程安全、提高工程效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著不可替代的作用。巖土工程的分支基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程是巖土工程的重要分支之一，涉及地基處理、淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的設(shè)計與施工。邊坡工程邊坡工程關(guān)注邊坡穩(wěn)定性分析、設(shè)計和施工，確保邊坡的穩(wěn)定性，防止滑坡等災(zāi)害的發(fā)生。地下工程地下工程涉及隧道、地下室、地鐵等地下空間的建設(shè)，需要考慮巖土力學(xué)特性和地下水的影響。巖土工程勘察巖土工程勘察為工程建設(shè)提供巖土參數(shù)和地質(zhì)資料，是工程設(shè)計和施工的基礎(chǔ)。巖土工程基本概念地基建筑物或構(gòu)筑物下方直接與土體接觸的部位。巖土自然界中形成的巖石和土體的總稱?；A(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基的結(jié)構(gòu)。荷載作用在地基或基礎(chǔ)上的外力。巖石和土的定義巖石巖石是由一種或多種礦物組成的固體集合體，具有相對固定的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，在地質(zhì)作用下形成的。土土是由巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積等作用形成的松散的、非固結(jié)的礦物顆粒集合體，通常是指粒徑小于2毫米的物質(zhì)。巖石和土的特點(diǎn)巖石巖石具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠承受較大的壓力和荷載。巖石的結(jié)構(gòu)和成分對其強(qiáng)度和變形特性有很大影響。例如，花崗巖是一種堅硬的巖石，而頁巖則比較軟。土土是由巖石風(fēng)化或分解形成的，具有較低的強(qiáng)度和剛度。土的性質(zhì)受其顆粒大小、形狀、礦物成分和含水量等因素的影響。例如，粘土具有較高的塑性和壓縮性，而砂土則比較疏松。巖石和土的區(qū)別巖石和土的主要區(qū)別在于它們的強(qiáng)度、剛度和變形特性。巖石一般具有較高的強(qiáng)度和剛度，而土則比較柔軟和易于變形。巖石和土的分類巖石分類按成因分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。按結(jié)構(gòu)分為塊狀巖、層狀巖、片狀巖。土的分類按粒徑分為卵石、砂土、粉土、粘土。按成因分為殘積土、坡積土、沖積土、洪積土等。巖土工程勘察的目的和內(nèi)容11.確定地基承載力建筑物基礎(chǔ)應(yīng)能承受建筑物的荷載，避免出現(xiàn)地基沉降或破壞。22.了解地基土的性質(zhì)不同的土體性質(zhì)決定了地基的承載力、壓縮性、穩(wěn)定性等。33.預(yù)計地基沉降量沉降量過大可能導(dǎo)致建筑物開裂、傾斜或地面不均勻沉降。44.選擇合適的施工方法不同的土體性質(zhì)決定了施工方法，例如開挖、打樁等。巖土工程勘察的步驟場地踏勘熟悉場地情況，了解地質(zhì)環(huán)境、工程特點(diǎn)，選擇勘察點(diǎn)位。鉆探取樣獲取地下土層信息，進(jìn)行巖土類型、物理力學(xué)性質(zhì)等測試。室內(nèi)試驗(yàn)對鉆探得到的土樣進(jìn)行詳細(xì)的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，分析巖土特性。資料整理整理分析試驗(yàn)結(jié)果，編寫巖土工程勘察報告，提供工程設(shè)計所需基礎(chǔ)資料。荷載和應(yīng)力的概念荷載荷載是指作用于結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)上的外力。結(jié)構(gòu)自重使用荷載風(fēng)荷載地震荷載應(yīng)力應(yīng)力是指作用于物體內(nèi)部的內(nèi)力在物體橫截面上分布的程度。應(yīng)力可以是正應(yīng)力或剪應(yīng)力。應(yīng)力分析的基本原理應(yīng)力分析是巖土工程的基礎(chǔ)，用于理解地基和結(jié)構(gòu)物在荷載作用下的力學(xué)行為。應(yīng)力分析基于彈性力學(xué)和塑性力學(xué)的理論，通過數(shù)學(xué)模型計算地基和結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部應(yīng)力分布。應(yīng)力分析結(jié)果以應(yīng)力圖、應(yīng)力路徑等形式展現(xiàn)，為地基承載力、穩(wěn)定性評估提供依據(jù)。應(yīng)力狀態(tài)的表示方法箭頭表示法箭頭表示法直觀地展示了應(yīng)力的大小和方向。圓圈表示法圓圈表示法利用圓的大小和方向來描述應(yīng)力狀態(tài)。莫爾圓莫爾圓是一種圖形化的工具，可以幫助我們分析和理解應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力圓的概念及應(yīng)用摩爾圓應(yīng)力圓，又稱摩爾圓，是用來圖形化表示應(yīng)力狀態(tài)的一種方法。圖形表示應(yīng)力圓可以清晰地展示正應(yīng)力與剪應(yīng)力的關(guān)系，幫助理解應(yīng)力狀態(tài)變化。工程應(yīng)用在巖土工程中，應(yīng)力圓可用于分析巖土體受力情況，評估其穩(wěn)定性。地基承載力及其計算方法地基承載力是指地基土在一定沉降量下所能承受的最大壓力計算方法根據(jù)地基土的性質(zhì)、埋深、荷載類型等因素，采用不同的計算方法常用方法極限承載力計算法、容許承載力計算法、經(jīng)驗(yàn)公式法等地基變形及其計算方法地基變形是土體在荷載作用下發(fā)生的形變，是評價地基承載力、穩(wěn)定性和安全性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。常見的變形類型包括沉降、傾斜、水平位移等，影響因素包括荷載大小、土體性質(zhì)、地下水位、地基深度等。1沉降基礎(chǔ)下沉2傾斜基礎(chǔ)傾斜3水平位移基礎(chǔ)水平移動基礎(chǔ)工程概述基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程是建筑物或構(gòu)筑物的主要組成部分，它將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基。良好的基礎(chǔ)工程保證結(jié)構(gòu)的安全，延長使用壽命，降低工程造價?；A(chǔ)工程類型淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)特殊基礎(chǔ)基礎(chǔ)工程的類型根據(jù)地基土的承載力、荷載大小和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇。淺基礎(chǔ)設(shè)計原則及方法1地基承載力淺基礎(chǔ)設(shè)計首先要考慮地基承載力，確?；A(chǔ)能夠安全可靠地承載上部結(jié)構(gòu)荷載。2基礎(chǔ)尺寸根據(jù)地基承載力和上部結(jié)構(gòu)荷載計算確定基礎(chǔ)的尺寸，確?；A(chǔ)能夠承受荷載并保持穩(wěn)定。3基礎(chǔ)形式根據(jù)地基條件和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的淺基礎(chǔ)形式，例如條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等。4基礎(chǔ)深度淺基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足凍脹、地基沉降和抗浮的要求。樁基礎(chǔ)設(shè)計原則及方法承載力樁基礎(chǔ)承載力主要取決于樁的材料、尺寸、形狀和周圍土層的性質(zhì)。沉降量樁基礎(chǔ)沉降量應(yīng)滿足建筑物沉降控制的要求，確保建筑物結(jié)構(gòu)的安全和使用功能。穩(wěn)定性樁基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，防止因地基土的強(qiáng)度不足或其他因素導(dǎo)致樁基礎(chǔ)的傾斜或破壞。經(jīng)濟(jì)性樁基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)綜合考慮工程成本、施工難度和工期，選擇經(jīng)濟(jì)合理的樁基礎(chǔ)方案。錨固技術(shù)在工程中的應(yīng)用邊坡支護(hù)錨固技術(shù)在邊坡工程中廣泛應(yīng)用，可以有效提高邊坡的穩(wěn)定性。例如，巖質(zhì)邊坡錨固可以防止坡體滑塌，土壤邊坡錨固可以控制坡面侵蝕。隧道工程錨固技術(shù)可以用于加固隧道圍巖，防止巖體坍塌。例如，采用錨索或錨桿來支撐隧道洞口，可以提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性?；A(chǔ)工程錨固技術(shù)可以用于加固基礎(chǔ)，例如在軟弱地基上建設(shè)高層建筑時，可以采用錨固技術(shù)來提高基礎(chǔ)的承載力。邊坡穩(wěn)定性分析與設(shè)計邊坡穩(wěn)定性分析邊坡穩(wěn)定性分析主要采用極限平衡法、數(shù)值計算法和物理模擬法等方法，以評估邊坡失穩(wěn)的可能性。邊坡穩(wěn)定性設(shè)計邊坡穩(wěn)定性設(shè)計主要包括邊坡坡度設(shè)計、防護(hù)措施設(shè)計和排水措施設(shè)計，以確保邊坡的長期穩(wěn)定。邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測主要是通過對邊坡的變形、位移和滲透情況進(jìn)行監(jiān)測，以及時發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的征兆。土壤抗剪性及其評價抗剪強(qiáng)度土壤抗剪強(qiáng)度是衡量土壤抵抗剪切破壞的能力?？辜魪?qiáng)度受多種因素影響，包括土壤類型、含水量、有效應(yīng)力等。評價方法常用方法包括室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)包括直剪試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)等。現(xiàn)場試驗(yàn)包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)等。巖土工程中常見問題及其防治地基基礎(chǔ)開裂不均勻沉降、凍脹作用、地基土強(qiáng)度不足，造成基礎(chǔ)開裂。邊坡失穩(wěn)降雨、地震、開挖，引起邊坡失穩(wěn)，造成坍塌、滑坡。施工質(zhì)量問題施工工藝不規(guī)范，材料質(zhì)量不合格，導(dǎo)致工程質(zhì)量問題。工程機(jī)械故障機(jī)械設(shè)備老化、維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，造成機(jī)械故障，影響工程進(jìn)度。巖土工程中質(zhì)量控制要點(diǎn)11.材料質(zhì)量控制嚴(yán)格把控材料質(zhì)量，確保其符合設(shè)計要求。22.施工工藝控制嚴(yán)格執(zhí)行施工規(guī)范，確保施工過程符合標(biāo)準(zhǔn)。33.設(shè)備管理定期維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備，確保其正常運(yùn)行。44.過程檢驗(yàn)在施工過程中進(jìn)行定期檢驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。巖土工程設(shè)計與施工標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)例如，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011，以及《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999等，為巖土工程設(shè)計和施工提供了基本規(guī)范和技術(shù)要求。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)例如，《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》JTJ201-91，以及《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》SL192-2015等，針對不同行業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)制定了更具體的標(biāo)準(zhǔn)。地方標(biāo)準(zhǔn)地方政府會根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況制定地方標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不足，保障區(qū)域內(nèi)巖土工程建設(shè)的安全性。規(guī)范細(xì)則除了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，還有一些設(shè)計和施工細(xì)則，如《巖土工程勘察質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》DZ/T0287-2015，進(jìn)一步細(xì)化了工程建設(shè)過程中的具體要求。典型工程案例及分析本節(jié)將介紹一些典型巖土工程案例，例如高速公路、高層建筑、水利工程等。通過分析這些案例，可以更好地理解巖土工程的設(shè)計和施工過程，并掌握一些關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。同時，我們也會分析一些工程中出現(xiàn)的典型問題，如地基沉降、邊坡失穩(wěn)、土體液化等，并探討相應(yīng)的防治措施。巖土工程發(fā)展趨勢數(shù)字巖土模型結(jié)合計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方