岩土工程概念性问题的案例分析顾宝和大师讲课.ppt

岩土工程概念性问题的案例分析2015.10.济南《岩土工程典型案例述评》• 作者：顾宝和 • 主审：高大钊、李广信 • 出版：中国建筑工业出版社• 案例：32个 • 附录(涉及术语释义)：32个内容概要• 32个典型案例，既有成功，也有失败• 工程：天然地基、桩基、基坑支护、基坑降水、围海 造陆、堆山造景、造湖、高填方、铁路、机场跑道、 溢洪道、核电厂、放射性废物处置、地质灾害治理等 ； • 岩土：一般第四纪土、淤泥、泥炭质土、残积土、盐 渍土、多年冻土、第三纪软岩、风化岩等； • 问题：断层、液化、渗透破环、岩溶塌陷、砂巷、高 陡边坡与破碎岩体等； • 技术方法：地震反应分析、面波探测、管波探测、地 震波CT等， • 反映了岩土工程丰富多彩的个性• 案例导引，用通俗语言将问题提升到理论层面上评议 • 分析了土的孔隙水压力与有效应力原理、 • 软土挤土效应、土的结构强度、盐胀性原理、 • 地下水动态与均衡、潜水渗出面、水动力弥散、 • 岩石力学基本准则、断层活动性、变刚度调平设计、 • 地基基础与上部结构协同作用等问题，岩土工程师• 必须深知现象背后的科学原理， • 认识问题要深刻，处理问题要简洁、巧妙。

• 强调概念，反对盲目相信计算，盲目套用规范目录 • 1、案例的价值 • 2、土的结构强度 • 3、岩石地基承载力 • 4、饱和土的挤土效应 • 5、基坑的基底隆起与水患 • 6、基坑降水 • 7、地震液化 • 8、岩溶探测和治理 • 9、结束语1 案例的价值典型案例的价值• 太沙基：一个详尽的案例应当受到10个具有创新 性理论一样的重视 • 太沙基在实践中，从工程案例中吸取知识和经验 ，上升为理论，成为岩土工程宗师 • • 1成功的典范，失败的警示； • 2一比一的科学实验，计算不可能精确， • 唯原型实测才能定量； • 3新概念新方法的源泉1 成功的典范 举例• 唐山体育场岩溶塌陷治理 • 勘察、设计、施工、检验、监测的一条龙服务• 信息是成败的关键，采用最有效的手段： • 勘察、测试、检验、监测• 钻探取芯、标准贯入、瞬态面波、地震CT、• 沉降观测、水位观测等• 对症下药，标本兼治，一劳永逸 • 上段----加固地基； • 中段----封堵天窗； • 下段----截断岩溶水。

• 认识问题准确而深刻----岩溶塌陷的科学规律； • 解决问题有效而经济----巧妙就是一种艺术失败的警示 举例• 杭州地铁1号线湘湖路站 • 2008年11月15日突然塌陷，连续墙断裂 ，大幅内移，坑底升高，河水灌入， • 死亡21人，重伤1人，轻伤3人，直接经济 损失巨大• 基坑最大事故，8人判刑，11人处分• 施工超挖、监测缺失----事故直接原因• 教训惨重，没齿难忘的警示• 勘察设计角度----• 土性和计算参数的测试和选定； • 稳定分析应如何计算； • 内支撑整体稳定性等 • 《岩土工程典型案例述评》有详细分析 • 反面警示常比正面经验更生动，印象更深刻2 一比一的科学实验•计算预测不可能精确，• 唯原型监测才能真正定量日本关西国际机场人工岛• 上部为厚20m吹填软土，砂井处理； • 下卧层为厚120m洪积土，未处理 • 勘探测试、计算理论先进 • 设计阶段，计算50年沉降： • 上部软土沉降6.5m，机场开通时沉降结束； • 洪积土沉降1.5m，机场开通时预计几十厘米 • 填土达标高后6个月实测， • 上部软土沉降5.5m，小于计算值； • 洪积土沉降1.5m，远大于预计值。

• 重新勘探试验和计算，调整为 • 上部软土沉降5.5m， • 洪积土沉降5.5m，总沉降11.0m• 机玚开通时，按实测数据推算， • 50年总沉降10.34m，比调整计算小0.66m• 本案例条件不复杂，问题在于参数 • 缺乏经验情况下，即使工作认真细致，技术水 平高，沉降计算还是没有把握， • 单纯计算靠不住，原型监测多重要！概念失误和预测偏差• 概念失误是原则性错误 质的错误• 正常预测偏差一般由计算模式、计算参数与 工程实际差别引起，与岩土工程特点有关 • 量的偏差 为减小偏差：• 精心勘察设计； • 现场原型试验或试验性施工； • 加强工程监测计算可靠性有限的原因• 计算模式与实际条件的差别， • 以地基承载力和基坑降水为例；• 计算参数的不确定性， • 以压缩系数和抗剪强度指标为例 • (港珠澳桥隧工程)• 地基承载力计算不如载荷试验推算； • 基坑降水计算有时不如经验估计3 新概念新方法的源泉• 苏联某钢铁基地与湿陷性土• 北京彩电中心与扩底桩• 南京造纸厂与水泥粉煤灰碎石桩• 正负电子对撞机工程与全新活动断裂 • 北京八宝山断裂与电子对撞机工程• 预测断裂活动性难度极大，曾长期困扰工程界。

• 八宝山断裂已有活动断裂定论， • 1984年，因正负电子对撞机工程进行深入研究 ，以确凿证据作出工程使用期间不会发生浅表岩 层错动的结论 • 赢得了时间，节省了投资，为全新活动断裂新概 念提供了工程范例，打下了理论基础全新活动断裂新概念• 以地质历史观为分析依据， • 注意地质年代尺度与工程年代尺度巨大差别， • “回顾一万年，展望一百年” 1%• 新概念得到业内专家普遍赞同，列入《岩土工 程勘察规范》，《建筑抗震设计规范》 • 结束在断裂活动性面前束手无策的被动局面案例----个案？• 案例是个案，具有个性、偶然性、特殊性 • 理论是实际的抽象，理论具有普遍性• 个性中隐含着共性； • 偶然性中隐含着必然性； • 特殊性中隐含着普遍性 • 共性、必然性、普遍性都是从个性、偶然性、特 殊性中抽象出来的 • 重要概念需从案例反复认识才能深化 • 不接“地气”的理论没有实际价值• 2 土的结构强度案例6 济南万科住宅群基础与残积土特性• 工程概况 • 7栋高层住宅， • 地上28~34层，地下2层， • 高度近100m， • 剪力墙结构， • 基底埋深7.2m。

地基土概况地层：①填土、②黄土、③粉质黏土、④卵石、 ⑤闪长岩残积土、⑥全风化闪长岩、⑦强风化闪 长岩、⑧中等风化闪长岩持力层：④卵石：局部夹硬塑~坚硬粉质黏土和 黏土，部分胶结，层位稳定，未深宽修正承载力 特征值400kPa，厚11.70～14.30m；• 主要下卧层： • ⑤闪长岩残积土，土状-粉细砂状，普遍分布， 厚度10m以上 指标平均值： • 含水量43.8、孔隙比1.342、 • 压缩模量3.76MPa、N=15.7，• 未深宽修正承载力特征值220kPa基础方案 天然地基• 2层地下窒，基础埋深7.2m，持力层卵石 • 基底压力530~620 kPa，修正后满足，局部黏 性土夹层适当处理• 下卧层残积土承载力验算通过 • 主要问题：室内试验压缩模量低，高层建筑 • 变形验算不能通过基础方案 桩基础• 灌注桩，穿过④卵石、⑤闪长岩残积土、⑥全风 化闪长岩、⑦强风化闪长岩，以⑧中等风化闪长 岩为桩基持力层，嵌岩桩 • 桩端全断面嵌入中风化闪长岩不小于2倍桩径 中风化岩顶面起伏大，应做桩基施工勘察• 桩深27~41m，有效桩长20~30m，需穿过巨 厚、胶结卵石及残积土、全风化、强风化岩。

补充测试和决策• 残积土深层载荷试验，结果， • 承载力特征值500kPa，变形模量28MPa • 旁压试验结果：承载力特征值432~529kPa， 压缩模量为20~27MPa• 采用天然地基，补充原位测试数据 • 施工过程及施工后进行沉降观测， • 一般 1~2cm，最大22.5mm残积土特点• 沉积土：长途搬运沉积，风化碎屑经撞击、摩 擦、氧化、溶解、分选，形成卵石、砾石、砂 ，颗粒坚硬；黏性土蜂窝结构或絮状结构 • 传统土力学只考虑孔隙比变化，不考虑土粒可 压缩性、可被压碎，不研究土的结构强度 • 残积土：原地残留，未搬运和分选， • 1 保留岩石残余凝聚力(结构强度)； • 2 颗粒组成不明确，外力作用“颗粒”可压缩 或压碎，粒度变细残积土测试• 很不均勻，大小混杂，夹硬质岩块， • 不同母岩和不同风化环境， • 残积土特性大不相同• 试样小代表性不足，试验数据离散性很大； • 取样易扰动，残余凝聚力或结构强度极易破坏 • 原位测试为主，标准贯入、动力触探、 • 旁压试验、载荷试验等，• 以载荷试验为主确定地基承载力和变形参数。

案例23 墨西哥Texcoco抽水造湖与现场试验 • 墨西哥软土： • 火山灰湖泊中沉积，100%小于0.005mm， • 片状，含水量达400%，塑限、液限以百计 • 原状土十字板强度10kPa，灵敏度10以上• 原状土直立，摇晃几下即成稀泥 • 抽取地下水，70年代地面沉降累计最大9m• 砂层中井管高出地面数米 • 端承桩成“高桩承台”，影响抗震性能Texcoco改造项目• 软黏土两层，含水量约300％，孔隙比约10， • 上层厚35m，下层厚12 m， • 中夹砂层，50 m下是10 m厚的砂层• 现为荒滩，拟改造为大公园 • 若干人工湖、排水渠道(总长18km，深5m)、 高速公路、飞机场、污水处理场、植树种草等大量原型试验研究• 厉时数年，工地成大实验室项目： • 抽水造湖； 补偿式基础； • 桩基工程； 堆方工程； • 机场跑道； 高速公路； • 渠道开挖； 土瓖改良，植树种草 • 工程实施和使用过程中，继续长期观测• 常规勘察是设计前期工作的一小部分抽水造湖• 井距l60m，深60m， • 进入下部砂层，井间设孔压计。

• 自然水位接近地面，井水位深平均30m， • 井间水位平均20m，深层沉降标测分层压缩 • 造湖面积4.2km×1.2km．5年抽水， • 体积压缩总量l760万m3除边缘外，沉降量约 4 m，180口井总抽水量700L／s• 不用任何开挖设备和运输工具， • 造价经济，现场文明• 天高不算高，人智高一超• 平地沉作湖不动土一锹堆方试验• 为湖堤、高速公路，确定堆方稳定性和沉降量， • 试段长l00m，高3 m，顶宽20m，底宽60m• 经7年观测，堆方中心沉降1.40m． • 测斜仪量测深部水平位移，平均5cm• 结论：堆方压力下竖向沉降为主． • 水平位移很小，堆方稳定渠道开挖试验• 按常规计算，稳定坡度1/12 • 灵敏度高，不扰动，利用其结构强度• 两个试验段，不用挖土机和运输车， • 保持水位，用挖泥船水下开挖运输 • 挖深4 m，坡度1/3设监测元件监测 • 开挖、放水、灌水时的水平、垂直位移， • 控制施工速度 • 多次放水、灌水，四、五年观测，边坡稳定， 方法可行。

桩基试验 负摩擦试验• 试验桩长30m，三角形截面，边长500mm 沿桩长设置观测压力元件 • 第一阶段无附加荷载，观测抽水地面沉降的负 摩擦力； • 第二阶段为加载试验，考。