工程地質(zhì)與土力學(xué)緒論.ppt

1、工程地質(zhì)與土力學(xué) Soil Mechanics and Foundation Engineering,1. 地質(zhì)學(xué)概念 地質(zhì)學(xué)（Geology），是研究地球的一門自然科學(xué)，是地學(xué)的重要組成部分。主要研究固體地球的組成、構(gòu)造、形成和演化規(guī)律等方面。,一、工程地質(zhì)學(xué)的作用和任務(wù),2.工程地質(zhì)學(xué)概念 工程地質(zhì)學(xué)是調(diào)查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關(guān)的地質(zhì)問題的學(xué)科。,即地質(zhì)環(huán)境（工程地質(zhì)條件）是一個綜合性概念，是與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合。,地層巖性 地形地貌 地質(zhì)構(gòu)造 水文地質(zhì)條件 巖土體工程地質(zhì)性質(zhì) 不良地質(zhì)條件 人類工程活動,地質(zhì)條件,3.工程地質(zhì)學(xué)研究對象,4.工程地質(zhì)問題,所謂

2、工程地質(zhì)問題，即與工程活動有關(guān)的地質(zhì)問題，包括以下兩個方面。 一是自然環(huán)境地質(zhì)因素對工程活動的制約和影響而產(chǎn)生的問題。即不良工程地質(zhì)條件:； 二是由工程活動而引起環(huán)境地質(zhì)條件的變化，從而形成不利于工程建設(shè)的、新的地質(zhì)作用，通常稱為工程地質(zhì)作用。 工民建： 路橋工程： 地下工程： 水利工程：,1工程地質(zhì)測繪；如：地面測繪、航測、衛(wèi)測等，是基礎(chǔ)，是根本。 2工程地質(zhì)勘探；包括物探、鉆探、山地工作等。 3工程地質(zhì)室內(nèi)試驗和野外試驗；大型現(xiàn)場試驗、室內(nèi)土工試驗等。 4工程地質(zhì)長期觀測；對房屋變形、地下水位、地面沉降等進行動態(tài)的長期觀測。 5勘察資料的室內(nèi)整理及計算。,5.工程地質(zhì)學(xué)技術(shù)方法與手段,46

3、-6,鉆孔巖芯,壓縮固結(jié)試驗,6.工程地質(zhì)學(xué)研究方法與手段,定性分析和定量分析相結(jié)合的研究方法,基本方法，地質(zhì)學(xué)分析法、類比法、經(jīng)驗法等，是定量分析評價的基礎(chǔ),試驗及建立模型、計算分析：地基穩(wěn)定性分析、地面沉降計算、地基液化判斷計算等,7.主要任務(wù),查明建筑場地的工程地質(zhì)條件； 解決和預(yù)測與建筑物有關(guān)的工程地質(zhì)問題； 提出改善和防治不良地質(zhì)條件的措施，為工程的設(shè)計、施工和正常運用提供可靠的地質(zhì)資料，以保證建筑物修建經(jīng)濟合理和安全可靠。,在工程設(shè)計之前，必須查明建筑工程地區(qū)的工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題。若對地質(zhì)條件研究不夠或處理不當(dāng)，則會引起一系列的工程地質(zhì)問題。,二、土力學(xué)的課程性質(zhì)及作用,土

4、力學(xué)是研究土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，重點利用力學(xué)知識和土工試驗技術(shù)來研究土的強度、變形及規(guī)律性的一門學(xué)科。,礫石料 卵 石 砂 粘 土 （人工破碎）,工程與土力學(xué)中的土,地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。,什么是土？,碎散性,三相體系,自然變異性,力學(xué)特性復(fù)雜,變形特性 強度特性 滲透特性,土有哪些特點？,1、土具有廣泛的工程應(yīng)用 1）土木工程建筑材料 2）建筑物基礎(chǔ)的地基 3）建筑環(huán)境,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,與土有關(guān)的工程：,強度問題 變形問題 滲透問題,土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，其性質(zhì)復(fù)雜多變，修筑工程建筑物時，都必

5、須全面分析研究土的物理力學(xué)性質(zhì)和土的滲透、變形、強度特性，以保證建筑物的正常施工、運營。反之，對土的工程性質(zhì)認識的偏差可能會導(dǎo)致?lián)p失巨大的事故。,2、 存在大量與土有關(guān)的工程問題,迪拜大廈,三、工程案例成功案例,馬爾帕塞壩,三、工程案例慘痛教訓(xùn),加拿大特朗斯康谷倉,事故： 1913年9月開始裝谷物，至10月17日共裝入3萬多谷物，但此時發(fā)生破壞： 1小時豎向沉降達30.5cm 24小時傾斜2653 西端下沉7.32m 東端上抬1.52m 上部鋼混筒倉完好無損,概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2萬T。,

6、處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。,加拿大特朗斯康谷倉,原因：未進行地質(zhì)勘查，借用臨近結(jié)構(gòu)物基槽設(shè)計參數(shù)?；A(chǔ)下埋藏有厚達16m的高塑性淤泥質(zhì)粘土層。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。,原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨

7、水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。,香港寶城滑坡現(xiàn)場,阪神大地震中的地基液化,液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變 成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象,神戶碼頭： 地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重損傷,1964年日本新瀉地震地基的大面積液化,可歸結(jié)為與巖土有關(guān)的 強度問題,加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn) 香港寶城滑坡 阪神等大地震中地基液化,案例總結(jié)（一）,意 大 利 比 薩 斜 塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.5,原因： 地基持力層為粉砂，下面為厚度不均勻的粉土

8、和粘土層，強度低，不均勻沉降變形大。,比 薩 斜 塔,1590年: 伽利略在此塔做 自由落體實驗,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載 1933-1935：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固 1990年1月: 封閉 1992年7月：加固塔身，用壓重 法進行地基處理 目 前 : 已向游人開放。,處理措施,比 薩 斜 塔,蘇州虎丘塔,概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。 問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物。 原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層， 產(chǎn)生不均勻沉降。 處理：在四周建造地下連續(xù)墻并對塔周圍與

9、塔基進行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。,墨西哥城地基土的不均勻沉降更為明顯，地基土為厚層狀湖相淤泥質(zhì)粘土，具有極高的壓 縮性。由于過度抽取地下水，使高壓縮性地基土變形，導(dǎo)致整個老城下沉數(shù)米，而且出現(xiàn) 明顯的不均勻沉降，造成破壞。,1986年：開工 1990年：人工島完成 1994年：機場運營 面積：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,世界最大的人工島,關(guān)西機場,可歸結(jié)為與巖土有關(guān)的 變形問題,意大利比薩斜塔 蘇州虎丘塔 日本關(guān)西機場,案例總結(jié)（二）,土壩， 高90m， 長1000m， 1975年建成 次年6月失事,Teton壩（美國）,上午10:30,11：00,

10、11:30,11:57,Teton壩失事現(xiàn)場現(xiàn)狀,損失 直接8000萬美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖 原因滲透破壞：沖蝕、水力劈裂、管涌,九江大堤決口,1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口。 又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約62m的潰口。,潰口原因：堤基管涌,焦點詞匯：豆腐渣工程,溝后面板砂礫石壩,位于青海省，高71米，長265米，建于1989年。 1993年8月7日突然發(fā)生潰壩，瞬間沖毀1000多戶房舍，288人喪生，上千人受傷。,潰壩原因： 面板止水失效，下游壩體排水不暢，造成壩坡失穩(wěn),可歸結(jié)為與巖土有關(guān)的 滲透問題