土木工程概論-第三版- 課件 2.5巖土工程

土木工程概論IntroductiontoCivilEngineering土木工程專業(yè)入門第一課任課教師：02恢弘浩大的土木工程MagnificentCivilEngineering2.5巖土工程

2.6水利工程

2.7港口海洋工程2.8水暖工程本章內(nèi)容2.1建筑工程

2.2橋梁工程

2.3道路工程2.4軌道工程土潤巖生雨-巖土工程2.5GeotechnicalEngineering2.5.1.1巖土工程的定義

巖土工程（英文：GeotechnicalEngineering）系指：工程建設(shè)中有關(guān)巖石或土的利用、整治或改造的科學(xué)技術(shù)。它是土木工程的分支，是運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)、材料科學(xué)、測試技術(shù)及相關(guān)工程技術(shù)等解決各類工程中有關(guān)巖石、土的工程技術(shù)問題的科學(xué)。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.1巖土工程之略談2.5.1.2巖土工程的地位巖土工程是構(gòu)成土木工程的重要組成部分，是成功建設(shè)土木工程的重要前提、基礎(chǔ)和可靠保障。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.1.3巖土工程的內(nèi)容2.5土潤巖生雨——巖土工程按工程建設(shè)的不同階段可將巖土工程分為：

巖土工程勘察巖土工程設(shè)計(jì)巖土工程施工巖土工程監(jiān)測巖土工程管理2.5.1.3巖土工程的內(nèi)容2.5土潤巖生雨——巖土工程按不同工程對象可將巖土工程分為：場地與地基路基與路堤基礎(chǔ)工程巖土開挖與填筑工程取水與降水邊坡與地下空間工程巖土體加固與防護(hù)工程環(huán)境巖土工程2.5.2.1巖土地基的定義各種建筑（構(gòu)筑）物都建造在巖土上，使巖土（特別是土層）產(chǎn)生壓縮變形，為避免變形過大并保證建筑（構(gòu)筑）物的穩(wěn)定性，需要將其與巖土接觸的底部適當(dāng)擴(kuò)大并埋于地下，降低接觸面上的壓強(qiáng)及下沉量。這個(gè)建筑（構(gòu)筑）物與巖土接觸的下部結(jié)構(gòu)叫做基礎(chǔ)；支承各種建筑（構(gòu)筑）物基礎(chǔ)傳遞的荷載的巖體或土體，分別叫做巖石地基或土地基，合稱巖土地基。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.2土木工程之重托——巖土地基工程2.5.2.2巖土地基工程的特點(diǎn)巖石地基通常選建在較堅(jiān)固的巖體中，對巖體不夠穩(wěn)定，可通過各種加固措施處理。因此，巖石地基的強(qiáng)度、變形及滲漏一般不會(huì)出問題。而天然土質(zhì)地基通常達(dá)不到這些要求，必須采取相應(yīng)的地基處理方法，配合適當(dāng)形式的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)才能滿足承受上部荷載的要求。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.2.3巖土地基的設(shè)計(jì)原則2.5土潤巖生雨——巖土工程地基所受基礎(chǔ)的壓力小于地基的容許承載力；建筑（構(gòu)筑）物的沉降量小于地基容許變形值；地基不滑移。2.5.2.4巖土地基的設(shè)計(jì)方法2.5土潤巖生雨——巖土工程地基承載力是指地基承受荷載的能力。當(dāng)荷載值小于承載力設(shè)計(jì)值時(shí)，地基的穩(wěn)定性能得到保證。（1）地基承載力計(jì)算荷載試驗(yàn)法2.5.2.4巖土地基的設(shè)計(jì)方法2.5土潤巖生雨——巖土工程對于重要的工業(yè)與民用建筑、高層建筑等一級建筑物，在按承載力設(shè)計(jì)的同時(shí)，還需進(jìn)行變形計(jì)算，其中有土應(yīng)力計(jì)算、沉降計(jì)算等。（2）地基變形計(jì)算2.5.2.4巖土地基的設(shè)計(jì)方法2.5土潤巖生雨——巖土工程對經(jīng)常承受水平荷載、傾覆力矩、或處于斜坡上的建筑（構(gòu)筑）物，以及地基內(nèi)有軟弱夾層、破碎帶等不利條件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地基穩(wěn)定性驗(yàn)算。如地基抗水平滑動(dòng)驗(yàn)算、地基整體滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、斜坡距基礎(chǔ)的距離計(jì)算等。（3）地基穩(wěn)定性驗(yàn)算巖土地基與基礎(chǔ)的類型2.5土潤巖生雨——巖土工程地基除按巖石地基和土地基分類外，還可分為天然地基和人工地基。天然地基：是指處于天然狀態(tài)的巖土地基，在自然狀態(tài)下即可滿足承受基礎(chǔ)全部荷載要求，不需要人工處理。人工地基：是指當(dāng)天然地基的承載力不能承受基礎(chǔ)傳遞的上部結(jié)構(gòu)全部荷載時(shí)，需經(jīng)人工處理后才能作為地基。是由人工填筑或改造的巖土（尤其是土）構(gòu)成的地基。人工地基的處理方法2.5土潤巖生雨——巖土工程⑴換填法；⑵預(yù)壓法；⑶強(qiáng)夯法；⑷振沖法；⑸砂石樁法；⑹石灰樁法；⑺柱錘沖擴(kuò)樁法；⑻土擠密樁法；⑼水泥土攪拌法（含深層攪拌法、粉體噴攪法。深層攪拌法簡稱濕法，粉體噴攪法簡稱干法）；⑽高壓噴射注漿法；⑾單液規(guī)劃法；⑿堿液法加筋法等。人工地基的處理方法2.5土潤巖生雨——巖土工程振沖法人工地基的處理方法2.5土潤巖生雨——巖土工程強(qiáng)夯置換法人工地基的處理方法2.5土潤巖生雨——巖土工程旋噴法2.5土潤巖生雨——巖土工程天然地基上可以設(shè)計(jì)和施工淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)又分剛性基礎(chǔ)（主要材料可用混凝土、毛石、磚或三合土等）和擴(kuò)展基礎(chǔ)（常用鋼筋混凝土制成）。淺基礎(chǔ)的類型有：單獨(dú)基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、殼體基礎(chǔ)及錨桿基礎(chǔ)等。深基礎(chǔ)的主要類型有：樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、沉箱基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻和擴(kuò)底墩基礎(chǔ)等。2.5土潤巖生雨——巖土工程【案例1】浙江省建筑科學(xué)研究所試驗(yàn)樓該試驗(yàn)樓為五層混合結(jié)構(gòu)建筑，平面尺寸為51.8m×11.6m，總高19m。基礎(chǔ)采用縱橫條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深0.7m。試驗(yàn)樓約有58％建在明塘上，塘深約2m，塘底有一層較薄的硬殼層，其下面為淤泥質(zhì)土層回填石料為新鮮流紋巖碎塊、巖屑?；靥钋皩⑻羶?nèi)水抽干，挖清塘底淤泥，塘邊設(shè)集水井，及時(shí)將水抽干。墊層厚2.15m，墊層寬度伸出基礎(chǔ)外邊緣距離大于或等于墊層厚度，約為2.2～2.5m。碾壓后實(shí)測石渣重度大于19.2kN/m3。非塘區(qū)沉降量為14.5cm，塘區(qū)沉降為7.8cm。2.5土潤巖生雨——巖土工程【案例2】深圳赤灣港防浪堤該深圳赤灣港西防浪堤堤基淤泥厚8～12m，含水量ω＝80％～90％，孔隙比e＝2.23，壓縮系數(shù)為0.83MPa-1，工程性質(zhì)很差。由于海上施工受施工條件的限制，最后選取了局部清淤，砂墊層、鋪設(shè)土工織物并與鎮(zhèn)壓層相結(jié)合的處理方案。2.5.3.1邊坡的定義邊坡是指具有傾斜角度的山體表面或地殼表面，包括坡面、坡頂、坡腳及其下部一定深度內(nèi)的巖土體。傾斜的地面稱為斜坡，工程開挖所形成的斜坡稱為邊坡。在道路、水利水電、采礦、土建等工程中，尤其是道路工程中的路塹、水電工程中，存在大量的巖石及土質(zhì)邊坡。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.3群山軀體之盔甲——邊坡與防護(hù)工程2.5.3.2邊坡的分類按成因可分為兩類：自然邊坡和人工邊坡。根據(jù)邊坡的組成物質(zhì)分為：土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。按邊坡的陡緩程度劃分，坡度小于10°的為緩坡，10°～30°的為斜坡，30°～45°的為中等坡，45°～60°的為陡坡，60°～75°的為峻坡，75°～90°的為直立坡，大于90°的為倒坡。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.3.2邊坡的分類2.5土潤巖生雨——巖土工程按邊坡的高度還可劃分為低邊坡—坡高小于10m中低邊坡—坡高10～30m中等邊坡—坡高30～70m高邊坡—坡高70～150m超高邊坡—坡高150～300m特高邊坡—坡高大于300m2.5.3.3邊坡的特點(diǎn)影響邊坡的因素：巖土性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、地質(zhì)作用、地應(yīng)力、水文地質(zhì)、地下水、溫度、風(fēng)化程度、降排水條件、填方土質(zhì)、植被與人為活動(dòng)等，以及開挖坡比、坡高和開挖方法等。2.5土潤巖生雨——巖土工程邊坡的破壞形式：2.5土潤巖生雨——巖土工程坍塌滑坡邊坡的破壞形式：2.5土潤巖生雨——巖土工程崩塌錯(cuò)落邊坡的破壞形式：2.5土潤巖生雨——巖土工程傾倒2.5.3.4邊坡的加固與防護(hù)邊坡防護(hù)與治理的四大措施：(1)排水：采用坡面排水孔、截排水溝、地下排水孔（井），減少水的滲入；(2)減載：以削坡降低邊坡荷載為主，減少下滑力；(3)支擋：主要以擋墻、土錨釘、錨索框架、地梁、錨墩、抗滑樁、抗剪洞以及沉井技術(shù)等。(4)加固：邊坡內(nèi)部加固采用普通砂漿錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿錨索、錨筋樁、鋼筋束、微型樁、旋噴樁和各種注漿等；坡面防護(hù)加固技術(shù)主要采用各種材料的護(hù)坡結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。2.5土潤巖生雨——巖土工程邊坡加固2.5土潤巖生雨——巖土工程錨索加固減載抗滑邊坡加固2.5土潤巖生雨——巖土工程抗滑樁與錨索加固多排樁與錨索加固2.5土潤巖生雨——巖土工程【案例3】湖北秭歸鏈子崖危巖體該危巖體位于長江西陵峽右岸兵書寶劍峽出口處。陡崖高70～100m，由二疊系棲霞灰?guī)r夾泥巖組成，底部有厚1.6～4.2m的煤層。危巖體被40余條深度不等的裂縫切割，體積約331×104m3。1995年對危巖體采取了工程措施：對底部煤層采空區(qū)做混凝土承重阻滑工程，防止不均勻沉降和滑動(dòng)；對陡崖危巖體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固，采用1000kN、2000kN、3000kN錨索；對控制層間滑動(dòng)的軟弱夾層進(jìn)行混凝土置換；對整個(gè)陡崖斜坡作掛網(wǎng)錨噴；對寬度較大裂縫設(shè)置防雨蓋板。經(jīng)處理措施的危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.5土潤巖生雨——巖土工程【案例4】重慶奉節(jié)李子埡危崖崩塌體該崩塌體位于重慶奉節(jié)竹園鎮(zhèn)崔家河與高治河交匯處，由大洪山、馬頭包、鷹嘴崖和黑灣4個(gè)危巖體組成，共計(jì)方量6300×104m3。危巖體為厚層砂巖，底部為煤層，陡崖高程650～900m，谷底340m。陡崖底部煤層采空引起地表大范圍變形，其沉降值一般為1.5m，最大沉降達(dá)7.8m，表明巖層傾倒或崩塌已形成條件。由于規(guī)模大，危及下部居民生命財(cái)產(chǎn)安全及水庫電站的穩(wěn)定，因此在1991年設(shè)立預(yù)警點(diǎn)，1991年8月17日9時(shí)馬頭包崩塌500×104m3，1992年10月16日又崩塌2000×104m3，1994年4月21～27日鷹嘴崖崩塌20余次共計(jì)8000m3。由于預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，使居民生命財(cái)產(chǎn)免于損失。2.5.4.1環(huán)境巖土工程的定義環(huán)境巖土工程是研究應(yīng)用巖土工程的概念進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一門學(xué)科。它主要應(yīng)用巖土工程的原理、技術(shù)和方法對巖土環(huán)境進(jìn)行治理和保護(hù)。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.4大地母親之衛(wèi)士——環(huán)境巖土工程2.5.4.2環(huán)境巖土工程的分類與研究對象（1）按引起環(huán)境問題的類型劃分為兩類：大環(huán)境巖土工程小環(huán)境巖土工程2.5土潤巖生雨——巖土工程（2）從環(huán)境巖土工程研究的對象劃分為三類：環(huán)境工程環(huán)境衛(wèi)生工程人類活動(dòng)環(huán)境問題2.5.4.3環(huán)境巖土工程的研究方法首先應(yīng)從學(xué)科間的交叉處著眼,以辯證的觀點(diǎn)分析和解決問題;應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)方法去改善環(huán)境，使其更符合人類的生存需求。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5土潤巖生雨——巖土工程【案例5】成都東風(fēng)灌渠成都東風(fēng)灌渠于1956年開工，1970年竣工，是引用府河水灌溉成都平原，設(shè)計(jì)流量80m3/s，灌溉面積800萬畝。渠道邊坡高度一般為10～15m，原設(shè)計(jì)邊坡為1：1.5～1：2.0，渠道經(jīng)過膨脹土地段，在施工期和運(yùn)行期產(chǎn)生嚴(yán)重滑坡，如北干渠界碑段、鳳凰山段、連山段及東干渠劉稀飯段等，滑動(dòng)主要是沿粘土內(nèi)的灰白色軟弱結(jié)構(gòu)面。2.5土潤巖生雨——巖土工程成都東風(fēng)灌渠根據(jù)實(shí)際情況，對不同滑坡采用不同的處理措施：①換土或土性改良，有些渠段換填非膨脹土厚1.0m，有些渠段采用水泥、砂、碎石混合土，厚度0.5～1.0m。②擋土墻，底端為反拱形式，擋土墻基礎(chǔ)深入滑動(dòng)面以下約1.0m，墻背后設(shè)反濾層。這種處理方法往往與邊坡減載結(jié)合使用.③放緩坡度，邊坡系數(shù)為3.0，放寬平臺(tái)，有的平臺(tái)寬達(dá)10m，如鳳凰山段實(shí)際邊坡已緩至1：6.0；④排水設(shè)施，渠坡設(shè)置縱、橫排水溝。2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.5課程思政案例川藏鐵路——挑戰(zhàn)地形極限、攀越技術(shù)高峰2.5土潤巖生雨——巖土工程2.5.5課程思政案例川藏鐵路是中國境內(nèi)一條連接四川省與西藏自治區(qū)的快速鐵路,呈東西走向,東起四川省成都市、西至西藏自治區(qū)拉薩市,線路全長1838千米,是中國國內(nèi)第二條進(jìn)藏鐵路,也是中國西南地區(qū)的干線鐵路之一。川藏鐵路總體地形特征為“八起八伏”累計(jì)爬升高度達(dá)1.6萬多米,相當(dāng)于征服了兩座珠穆