工程地质及土力学绪论

工程地质与土力学 Soil Mechanics and Foundation Engineering,1. 地质学概念 地质学（Geology），是研究地球的一门自然科学，是地学的重要组成部分。主要研究固体地球的组成、构造、形成和演化规律等方面。,一、工程地质学的作用和任务,2.工程地质学概念 工程地质学是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的学科。,即地质环境（工程地质条件）是一个综合性概念，是与工程建筑有关的地质因素的综合。,地层岩性 地形地貌 地质构造 水文地质条件 岩土体工程地质性质 不良地质条件 人类工程活动,地质条件,3.工程地质学研究对象,4.工程地质问题,所谓工程地质问题，即与工程活动有关的地质问题，包括以下两个方面。 一是自然环境地质因素对工程活动的制约和影响而产生的问题。即不良工程地质条件:； 二是由工程活动而引起环境地质条件的变化，从而形成不利于工程建设的、新的地质作用，通常称为工程地质作用。 工民建： 路桥工程： 地下工程： 水利工程：,1工程地质测绘；如：地面测绘、航测、卫测等，是基础，是根本。 2工程地质勘探；包括物探、钻探、山地工作等。 3工程地质室内试验和野外试验；大型现场试验、室内土工试验等。 4工程地质长期观测；对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行动态的长期观测。 5勘察资料的室内整理及计算。,5.工程地质学技术方法与手段,46-6,钻孔岩芯,压缩固结试验,6.工程地质学研究方法与手段,定性分析和定量分析相结合的研究方法,基本方法，地质学分析法、类比法、经验法等，是定量分析评价的基础,试验及建立模型、计算分析：地基稳定性分析、地面沉降计算、地基液化判断计算等,7.主要任务,查明建筑场地的工程地质条件； 解决和预测与建筑物有关的工程地质问题； 提出改善和防治不良地质条件的措施，为工程的设计、施工和正常运用提供可靠的地质资料，以保证建筑物修建经济合理和安全可靠。,在工程设计之前，必须查明建筑工程地区的工程地质条件和工程地质问题。若对地质条件研究不够或处理不当，则会引起一系列的工程地质问题。,二、土力学的课程性质及作用,土力学是研究土的物理性质、水理性质和力学性质，重点利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及规律性的一门学科。,砾石料 卵 石 砂 粘 土 （人工破碎）,工程与土力学中的土,地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。,什么是土？,碎散性,三相体系,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性 渗透特性,土有哪些特点？,1、土具有广泛的工程应用 1）土木工程建筑材料 2）建筑物基础的地基 3）建筑环境,为什么要学习土力学？,与土有关的工程：,强度问题 变形问题 渗透问题,土是岩石风化的产物，其性质复杂多变，修筑工程建筑物时，都必须全面分析研究土的物理力学性质和土的渗透、变形、强度特性，以保证建筑物的正常施工、运营。反之，对土的工程性质认识的偏差可能会导致损失巨大的事故。,2、 存在大量与土有关的工程问题,迪拜大厦,三、工程案例成功案例,马尔帕塞坝,三、工程案例惨痛教训,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月开始装谷物， 至10月17日共装入3万多谷物，但此时发生破坏： 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜26°53 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2万T。,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,加拿大特朗斯康谷仓,原因：未进行地质勘查，借用临近结构物基槽设计参数。基础下埋藏有厚达16m的高塑性淤泥质粘土层。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,香港宝城滑坡,1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。,香港宝城滑坡现场,阪神大地震中的地基液化,液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变 成流动状态的一种现象,神户码头： 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,1964年日本新泻地震地基的大面积液化,可归结为与岩土有关的 强度问题,加拿大特朗斯康谷仓地基失稳 香港宝城滑坡 阪神等大地震中地基液化,案例总结（一）,意 大 利 比 萨 斜 塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°,原因： 地基持力层为粉砂，下面为厚度不均匀的粉土和粘土层，强度低，不均匀沉降变形大。,比 萨 斜 塔,1590年: 伽利略在此塔做 自由落体实验,1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法进行地基处理 目 前 : 已向游人开放。,处理措施,比 萨 斜 塔,苏州虎丘塔,概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。 问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。 原因：坐落于不均匀粉质粘土层， 产生不均匀沉降。 处理：在四周建造地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。,墨西哥城地基土的不均匀沉降更为明显，地基土为厚层状湖相淤泥质粘土，具有极高的压 缩性。由于过度抽取地下水，使高压缩性地基土变形，导致整个老城下沉数米，而且出现 明显的不均匀沉降，造成破坏。,1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m,世界最大的人工岛,关西机场,可归结为与岩土有关的 变形问题,意大利比萨斜塔 苏州虎丘塔 日本关西机场,案例总结（二）,土坝， 高90m， 长1000m， 1975年建成 次年6月失事,Teton坝（美国）,上午10:30,11：00,11:30,11:57,Teton坝失事现场现状,损失 直接8000万美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路被冲 原因 渗透破坏：冲蚀、水力劈裂、管涌,九江大堤决口,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口。 又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约62m的溃口。,溃口原因：堤基管涌,焦点词汇：豆腐渣工程,沟后面板砂砾石坝,位于青海省，高71米，长265米，建于1989年。 1993年8月7日突然发生溃坝，瞬间冲毁1000多户房舍，288人丧生，上千人受伤。,溃坝原因： 面板止水失效，下游坝体排水不畅， 造成坝坡失稳,可归结为与岩土有关的 渗透问题,美国Teton坝失事 98洪水长江堤防险情 沟后面板砂砾石坝溃坝,案例总结（三）,土工结构物或地基,土,强度问题 变形问题 渗透问题,强度特性 变形特性 渗透特性,本书就是围绕强度计算、变形计算、渗透判断三大问题展开的，这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。,学习土力学的目的,绪论：为什么要学习土力学？,