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岩土工程若干重要概念辨析

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    • 1、岩土工程若干重要概念辨析武汉,2013.3. 岩土工程 工程地质学 岩土工程勘察 工程地质勘察岩土工程 工程地质学 岩土工程 土木工程的一个分支,以工程地质学、 岩石力学、土力学与基础工程为理论基 础,涉及岩石和土的利用、改良、灾害 防治和环境保护的一门科学技术。 工程地质学 研究与工程建设有关地质问题的科学。岩土工程勘察 工程地质勘察 岩土工程勘察 采用工程地质测绘、勘探、测试、分析等手段 ,对岩土工程问题进行的调查研究。 工程地质勘察 采用工程地质测绘、勘探、测试、分析等手段 ,对某一区域或场地的工程地质条件进行的调 查研究。岩土工程的外延 “利用” :作为地基承受工程的荷载, 作为材料回填,修筑堤坝等土工构筑物 作为边坡或地下工程的自承体 “改良”:岩土的加固和地基处理, 污染土和矿区被破坏的岩土环境的修复 “灾害防治”:岩溶、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降 、 地裂缝、场地和地基的地震效应等 “环境保护”:与岩土有关的工程环境和生态环境的保 护,达到人与自然的和谐。 基本上覆盖了岩土工程的全部外延。 岩土工程与工程地质 内容相近,关系密切,但又有实质性的区别。 研究对象都是岩石和

      2、土的工程问题, 工程地质学是地质学的一个分支, 岩土工程是土木工程的一个分支,是一门工程技术。 从事工程地质的是地质专家(地质师),侧重于研究 地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程 的相互作用; 从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目 的和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程 或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。 无论学科领域、工作内容、关心的问题,两者都是有 区别的。岩土工程勘察和工程地质勘察 勘察就是调查研究。 就是对岩土工程和工程地质问题的调查研究, 二者既十分相近,又有一定区别。 二者的测绘、调查、勘探、测试等手段差别不 大,研究的问题也很相近,但前者有更强的工 程针对性,有了具体的工程,才有岩土工程勘 察。后者则不一定,例如区域性的工程地质勘 察并不针对某一具体工程。 环境岩土工程 岩土工程涉及环境的分支,应用岩土工 程的理论和方法,研究解决环境问题的 科学技术。 环境指的是以人类为主体的外部世界,包括自然环境和 人工环境。岩土是其中的重要组成。 人类为了生存和发展,必须进行物质生产、工程建设设 和过正常的生活,良好的、适宜的、高质量的环境是

      3、必 需的。同时,又必然对环境产生巨大的影响,可能导致 有害物质的积聚,工程的损害,生态的恶化,影响人类 的生活质量和社会的可持续发展。 环境岩土工程是应用岩土工程的理论和方法研究环境问 题,包括工程建设对周边既有工程安全和正常使用的影 响,污染物运移造成岩土性质的改变,废弃物卫生填埋 的岩土工程问题等等。 通过勘察、设计和研究,掌握现状、规律和发展趋势, 提出措施,达到保护和提高环境质量的目的。不良地质作用 地质灾害不良地质作用 地质灾害 不良地质作用 由地球的内力和外力产生的对工程可能 造成危害的地质作用。如活动断层、地 震、岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、潜蚀 、风化、冻胀、融陷等。 地质灾害 由不良地质作用引发的危及人身、财产 、工程或环境安全的事件。 断裂、地震、岩溶、崩塌、滑坡、塌陷、泥石流 、冲刷、潜蚀等等,一般称之为“不良地质现象” 。 现象是地质作用的结果。勘察工作应调查和研究 的不仅是现象,还包括研究其内在规律,故用 “ 不良地质作用”作为标准术语。 只是为了表述现象,仍可用“不良地质现象”。 “不良地质”,宽泛的名词,例如埋藏的暗浜、孤 石,可以称之为不良地质或不良地质条

      4、件,但不 能称不良地质作用。 灾害是危及人类人身、财产、工程或环境安全的 事件。地质灾害是由不良地质作用引发的这类事 件,可能造成重大人员伤亡、重大经济损失和环 境改变。 活动断裂 全新活动断裂 发震断裂 能动断层活动断裂 全新活动断裂 活动断裂 晚第四纪以来有活动,现代仍有可能 继续活动的断裂。又称活断层或活动断 层。 全新活动断裂 全新地质时期(一万年)内有过地震 活动或近期正在活动,在今后一百年可 能继续活动的断裂。发震断裂 能动断层 发震断裂 近期有可能发生剧烈错动,导致地震的 活动断裂。 能动断层 地表或近地表处有可能引起明显错动 的活动断层。 工程使用时限内断裂是否活动,对工程的安全关 系极大。活动断裂就是现代还可能活动的断裂, 但如何鉴定其活动性,是个十分困难的问题。 较为可行的方法是,通过鉴定断裂近期的活动推 测今后活动的可能性。因此,岩土工程勘察规 范提出了全新活动断裂的概念,即以过去的一 万年是否活动来推测今后一百年的活动。建筑 抗震设计规范也采用了这一概念,称为“全新 世活动断裂”。 发震断裂十分重要,如何鉴定也应有个 可操作的办法,岩土工程勘察规范 提出了“全新

      5、活动断裂中、近期(近500 年来)发生过地震震级M5级的断裂, 或在今后100年内,可能发生M5级的 断裂”,可定为发震断裂。 核电厂由于安全的特殊重要性,将活动 断裂的时限定为10万年。并提出了“能 动断层”的概念。 多遇地震 设防地震 罕遇地震 抗震设防烈度 多遇地震 设防地震 多遇地震 50年期限内可能遇到的超越概念为 63%(重现期为50年)的地震作用。 设防地震 50年期限内可能遇到的超越概念为 10%(重现期为475年)的地震作用。罕遇地震 抗震设防烈度 罕遇地震 50年期限内可能遇到的超越概念为2% 3%(重现期为16412475年)的地震 作用。 抗震设防烈度 按国家规定的权限批准作为一个地区 抗震设防依据的地震烈度。一般情况, 取50年内超越概率10%的地震烈度。 我国抗震设防原则三个水准目标,即“小震不坏, 中震可修,大震不倒”。 50年超越概率63%的地震烈度对应于统计的“众 值”烈度,比基本烈度约低一度半,是第一水准烈 度,称“多遇地震”; 50年超越概率为10%的地震烈度,即1990年中 国地震区划图的“地震基本烈度”(峰值加速度),或 取第二水准烈度,称“设

      6、防烈度”; 50年超越概率为2%3%的地震烈度取第三水准 烈度,称“罕遇地震”,当基本烈度为6度时为7度 强,7度时为8度强,8度时为9度弱,9度时为9 度强。 抗震设防烈度就是原来的基本烈度。 潜水 承压水 层间水 上层滞水潜水 承压水 潜水 地面下第一个稳定隔水层以上饱水带中具有自 由水面的地下水。其含水层称为潜水含水层。 承压水 充满在上下两个隔水层之间的含水层中,稳定 水位高出其顶板的地下水。其含水层称为承压 含水层。层间水 上层滞水 层间水 存在于上下两个隔水层间含水层中,无 压或有压的地下水。 上层滞水 包气带中局部隔水层上的重力水。 潜水与承压水的本质区别在于是否存在自由水面。 潜水有自由水面,潜水面与潜水的水头相同;承压水的 水头高于含水层顶板底标高,不存在自由水面。 潜水埋藏较浅,上无连续隔水层,与大气和地表水联系 密切,能积极参与水循环;承压水通常埋藏较深,受隔 水顶板的限制,与大气、地表水联系较弱,通常为侧向 补给。 潜水面起伏与地形大体一致;承压水含水层主要受地质 构造的控制。 潜水含水层厚度随补给、排泄条件而变化;承压水厚度 基本不受补给、排泄条件的影响。 计

      7、算地下水向井中渗流时,如含水层等厚,潜水的过水 面积不断变小,承压水的过水面积不变。 .承压水过度开采可能导致两个隔水层之间出现 非饱和带而变成潜水,为了与上方没有隔水层的 潜水区别,工程上常称为层间潜水。 受季节影响,水位上升时,潜水局部地段有上覆 隔水层的地方可能表现出承压性。 上层滞水与潜水的本质区别在于:上层滞水隔水 层底板范围有限,故上层滞水的分布范围也小, 且隔水层以下通常还有非饱和土存在。 上层滞水无论在时间上还是空间上变化都很大, 暂时性的,对供水没有意义。 渗透破坏渗透破坏 土体骨架由于渗透力作用而发生的破 坏现象。主要包括流土和管涌。流土 管涌 流土 向上渗流的地下水,流速超过临界状态 时,渗透力使水流逸出处的土颗粒处于 悬浮状态,造成地面隆起,水土流失的 现象。 管涌 在渗流作用下,土中的细颗粒通过骨架 孔隙通道随渗流水从内部逐渐向外流失 ,形成管状通道,使土体破坏的现象。 突涌 流沙 突涌 上部隔水层的有效自重压力小于下部承 压水水头压力时,承压水冲破隔水层, 造成隆起、突水、涌土的现象。 流沙 砂土在空气或水的作用下发生流动的现 象。 渗透破坏:地下水自下向上

      8、运动的渗透力引起 主要包括流土和管涌。流土比管涌更危险。 流土发生在颗粒较细而均匀的土 管涌发生在颗粒粗细不均匀的土 流土发生时,土颗粒全面悬浮,迅速失去强度 管涌开始流失的是其中的细颗粒,逐渐发展为管状通道 ,是渐进式破坏。 除了典型的流土和管涌外, 接触冲刷(渗流沿两个渗透系数差別很大的地层界面, 沿接触面带走细颗粒的现象) 接触流土(渗流垂直两个渗透系数差別很大的地层界面 ,细粒地层中的颗粒被带入粗颗粒地层的现象)。 突涌:以静力平衡为判据。与渗流无关,表层为 非饱和土也可能发生突涌。 基坑坑底破坏多数还是流土。 液化也是一种土的强度丧失,但渗流破坏是由渗 透力引发,液化是超静孔隙水压力的突然增大。 静态液化或流滑:饱和松砂剪应力增大时,在不 排水条件下的剪缩势可使超静孔隙水压力大幅升 高,土强度骤然下降,导致砂土流动。 砂沸:地震液化时超静孔隙水向地表排出而发生 喷水冒砂现象,虽由地震引发,但机制也是渗流 破坏。由于发生突然,故砂沸比流土更猛烈,形 成一堆一堆的“砂火山”,“砂火山”下还有管状的 涌砂通道。 流沙:理解分歧较大,流动的是土就是“流土”,流动的 是砂就是“流砂”? 用得十分广泛: 沙漠表面的砂粒随风流动的现象称流沙; 河道底部泥沙随水流动的现象称流沙; 隧道衬砌不良砂土随水涌出的现象称流沙; 坑壁或土坡失稳,砂土随水流失的现象称流沙; 砂土液化产生流动的现象称流沙; 流滑、流土、管涌,有时也称流沙。 外延很广的概念,凡是砂土在风或水的作用下发生流动 的现象都可以称流沙。 流沙是一种现象而不是一种砂, 流沙的外延太广,内涵不够专一,宜慎用。地球物理勘探 地球物理测试 工程物探地球物理勘探 地球物理测试 地球物理勘探 利用地球物理原理,根据介质密度、磁 性、电性、弹性、放射性等物理性质的 差异,选用适当仪器,测量

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