《工程地质ch》ppt课件.ppt

第七章 岩土体工程地质问题,第一节 地基评价与计算 一、均匀性评价 地基土的均匀性是控制建筑物沉降、倾斜及基础持力层的重要依据 定量方法应考虑以下三方面： 地基持力层层面坡度大于10%时，为不均匀地基; 持力层与第一下卧层在基础宽度方向上的厚度差值小于0.05b，可视为均匀地基; 据压缩层内各土层的压缩模量判断： 不均匀地基的定性确定方法：,二、承载力的确定 地基承载力应同时满足地基土的强度条件和对沉降及不均匀沉降的限制 承载力标准值的确定： 一级建筑物需采用理论计算结合原位测试确定，且需现场载荷试验验证 二级建筑物若需变形验算，可按公式计算并结合原位测试方法确定；二级建筑物若不需变形验算，可按规范中承载力值并结合原位测试方法确定 三级建筑物可按规范中承载力值及邻近建筑物经验确定,⑴ 确定承载力的方法 ①理论计算方法： 1）极限荷载法： 临塑荷载：Pu=γDND+c Nc， 缺点：Pu随D（基础埋深）增加而增加，但有临界深度问题 2）容许应力法: Pcr、 P1/4 、 P1/3，临塑荷载Pcr过于保守→临界荷载P1/4 、P1/3 ②原位试验法：主要用于土质及软岩地基，如载荷试验、触探试验、标贯试验等。

③规范查表法：不同行业执行不同的规范有地基基础设计规范和相关的勘察规范 如《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89) ，《岩土工程勘察》（GB50021-94）, 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）等 特殊性土有专门规范，如《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25-90） ④经验类比法：工程勘察中讲⑵ 坝基承载力的评价（《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）） ①松软土地基的承载力 据N63.5初步评价： N63.5＜4 的粘土为软土； N63.5＜10的砂土为松砂层 N63.5＞15的粘土为硬土层； N63.5＞30的砂土为紧密砂层 ②坝基岩体的承载力 根据岩块饱和单轴极限抗压强度（Rc），结合裂隙发育程度，折减后作为坝基岩体的容许承载力 1）坚硬和半坚硬岩（Rc30MPa）： fk= 1/7 Rc 裂隙不发育（间距＞1.0m） （1/7-1/10） Rc 裂隙较发育（间距1.0-0.3m） （1/10-1/16） Rc 裂隙发育（间距0.3-0.1m） （1/16-1/20） Rc 裂隙极发育（间距0.1m） 2）软弱岩石（Rc 30MPa）： fk= 1/5 Rc 裂隙不发育（间距＞ 1.0m） (1/5-1/7) Rc 裂隙较发育（间距1.0-0.3m） (1/7-1/10) Rc 裂隙发育（间距0.3-0.1m） (1/10-1/15) Rc 裂隙极发育（间距0.1m）,非经处理不宜作为水工建筑物的天然地基。

较好的天然地基⑶ 工业与民用建筑地基岩体承载力的确定（GB50218-94） ①基岩承载力基本值（ fo）的确定: 岩体级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ fo(MPa) 7.0 7.0~4.0 4.0~2.0 2.0~0.5 0.5 ②基岩承载力标准值(fk)的确定 fk =η fo η为基岩形态折减系数： 基岩面形态 平坦型 反坡型 顺坡型 台阶型 岩面坡度 0~10 10~20 10~20 台阶高5m η 1.0 0.9 0.8 0.7,三、沉降和变形的评价 要求： 《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89)规定，对一级建筑物和表6-10（P120)所列范围以外的二级建筑物，除进行承载力计算外，尚应进行变形验算 沉降计算方法： 最终沉降量：见式6-17 深度计算：见式6-19、20 考虑应力历史的地基沉降计算方法(P122) 大型刚性基础的沉降计算(P122),第二节 砂土地基的液化,饱和砂层，其孔隙全部为自由水所充填时，受震动力往复剪切作用，使砂土颗粒骨架结构瞬间发生破坏，导致孔隙水压力骤升，砂土抗剪强度消失，从固体状态变化为粘滞流体的现象，称为“液化”。

危害： 岩土体失稳 地基承载力丧失 大面积喷水冒砂 基础沉降及不均匀沉降,（1）按成因分为： ① 地震砂土液化 机理：松散、饱和的砂土在受到地震瞬间振动时，产生振动增密→孔隙减小，若孔隙比较大、排水条件较差时，必然导致孔隙水压力急剧上升（产生超静孔隙水压力），因总应力不变，所以有效应力急剧降低→抗剪强度骤降，当u=σ时，τ≈0→砂土在瞬间变为接近流体的状态→完全液化 ② 动力机器基础振动液化 机理：随着振动循环荷载的作用，每次应力循环后都会残留一定的超静孔隙水压力→孔隙水压力不断累积上升→有效应力急剧降低→剪应力≥抗剪强度→ 地基土也会变为接近流体的状态→准液化 ③ 加荷速率过快产生的液化（在静力作用下） 机理：松散、饱和的粉细砂、透水性差的淤泥质土，当所承受的荷载增量较大、较快时，若排水条件不畅时，超静孔隙水压力不断累积→有效应力急剧降低→剪应力≥抗剪强度→地基土也会变为接近流体的状态→准液化⑵影响砂土液化的因素 ①土层条件 1）相对密度（Dr、e）：影响土的强度； 2）颗粒特征：影响e 、△e，平均粒径（D50，越细越容易， D50=0.1mm的土最容易 ）、不均匀系数（Cu，越小越容易，粘粒含量越高越不容易）、形状（圆的比棱角的容易）等； 3）透水性：影响超静孔隙水压力的消散，渗透系数（K越低越容易）； 4）土层厚度及结构：影响排水条件，上部为粘性土的双层结构最容易； 5）形成年代：越新越容易，Q3及以前的不会发生液化； 6）结构性：扰动的比胶结的容易发生液化； 7）压密状态：OCR。

②地震作用强度 1）振动幅度：影响振动增密，a、V或位移； 2）振动历时：影响影响超静孔隙水压力的积累； 3）频率或周期特性：影响共振或类共振. ③环境条件 1）富水性和排水条件； 2）埋深及分布状态： 影响有效应力和渗透性，岩土工程勘察规范：＜15m， 水电、公路桥梁规范：＜20m； 3）地基与基础及上部结构的相互作用：局部应力集中与耦合； 4）场地地貌与地形条件：影响局部地面运动（局部激化或衰减）.,⑶ 砂土液化的评价 程序：地震地质条件分析→初判→复判（微观判别）→确定：液化指标、液化等级→ 提出抗液化措施 岩土工程勘察规范的有关规定： 1）当抗震设防烈度为7度~9度，且场地分布有饱和砂土或饱和粉土时，应进行液化判别，并应评价液化危害程度和提出抗液化措施的建议抗震设防烈度为6度，可不考虑液化的影响，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度进行液化判别甲类建筑应进行专门的液化勘察； 2）液化判别可在地面下15m深度范围内进行；当采用桩基或其它深基础时，其判别深度可适当加深（15~30m）调查和理论分析表明：7度时最大液化深度18~19m、 8度时最大液化深度21~22m、9度时最大液化深度24~25m。

3）倾斜场地及大面积液化层层底面倾向河（湖）心或临空面，且其层底坡度超过2%时，还应评价液化引起土体滑移的可能性液化的初判条件 1）土层年代为Q3及其以前的，可判为不液化土； 2）粉土的粘粒含量百分比Ρc（%）≮10（7度区）、≮13（8度区）、 ≮ 16（9度区）时，可判为不液化土（水电工程分别为16、18、20）； 3）采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度（du/m，应将淤泥和淤泥质土层扣除）和地下水位深度（dw/m，年最高水位）满足下列条件之一时，可不考虑液化的影响： du ＞ d0 +db-2 dw ＞ d0+db-3 du +dw ＞ 1.5d0+2db-4.5 db—基础埋深（m），＜2m时，取2m ； d0 —液化土特征深度（m）：,烈度 7 8 9 粉土 6 7 8 砂土 7 8 9,,4）粒径＞5mm颗粒含量的质量百分比≥70%时，可判为不液化土； 5）当土层的VS＞VSt=219（KH Z rd ）1/2时，可判为不液化土（水电规范） VSt 为上限VS ；Z为土层厚度（m）； KH为amax 系数 : KH=0.1（7度）、 0.2（8度）、 0.4（9度）； rd为深度折减系数 : rd =1.0-0.01 Z （当Z=0~10m） rd = 1.1-0.02 Z （当Z=10~20m） rd = 0.9-0.01 Z （当Z=20~30m）。

④液化势的复判（微观判别） 应采用室内试验、力学计算和原位测试相结合的方法， 当初判为可能液化或需要考虑液化影响时进行 1）用标准贯入击数N63.5判别（普遍采用）： 当实测的N63.5 ＜Ncr时，判为可液化土，否则为不液化（仅适用于地面以下15m深度范围内） N63.5未经杆长修正，但应确保孔底不扰动、不涌砂，单幢建筑，试验孔≮3个，标贯点间距1~1.5m；,2）用静力触探指标判别： （ GB50021-94 ，仅适用于地面以下15m深度范围内 ） 当实测计算比贯入阻力pso＜pscr，或实测计算锥尖阻力 qco＜qccr时，应判别为液化土 pso、 qco分别为地下水位dw=2m，上覆非液化土层厚度du= 2m时，饱和土液化判别比贯入阻力基准值和液化判别锥尖阻力基准值（MPa）， pso、 qco可按下表取值：,抗震设防烈度 7度 8度 9度 pso （MPa） 5.0~6.0 11.5~13.0 18.0~20.0 qco （MPa） 4.6~5.5 10.5~11.8 16.4~18.2,pscr 、qccr分别为 饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值和锥尖阻力临界值（MPa）： pscr = pso awauap ， qccr= qco awauap aw=1-0.065(dw-2) ， au=1-0.05（ du -2） aw为地下水影响系数； au为上覆非液化土层影响系数； dw为地下水位埋深（m）,按建筑使用期年平均最高水位采用； du为上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土厚度扣除； ap为土性综合影响系数：,土 类 砂 土 粉 土 塑性指数 IP≤3 3＜ IP ≤7 7＜ IP ≤10 ap 1.0 0.6 0.46,3）用实测的剪切波速判别: （GB50021-94 ，仅适用于地面以下15m深度范围内 ） 当实测Vs＞Vscr时，判别为不液化土或不考虑液化影响。

Vscr为饱和土Vs临界值（m/s）： 砂土： Vscr=kc（ds-0.01ds2）1/2 粉土： Vscr=kc（ds-0.0133ds2）1/2 ds为测点的深度（m）； kc为经验系数：,抗震设防烈度 7度 8度 9度 砂 土 92 130 184 粉 土 42 60 84,第三节 岩土体的渗透稳定问题,水在孔隙中的流动过程称为渗透 一、渗透破坏的形式 流土：在上升流作用下，动水压力超过土重度时，土体表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象 管涌：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象 接触流失：在层次较分明，而渗透系数差别很大的两土层中，当渗流垂直于层面运动时，将细粒层的细颗粒带入粗粒层的现象 接触冲刷：渗流沿着两种不同颗粒组成的土层层面发生带走细颗粒的现象 二、渗透变形产生条件 土体结构： 粗细颗粒粒径比（大于20，易形成管涌）； 不均匀系数（Cu20管涌型；Cu10流土型）； 土层结构：多层结构；二元结构 水动力条件：临界水力坡降 三、渗透变形的防治措施： 改变渗流水动力条件 渗流出口保护 土石性质改善,第四节 岩土体边坡稳定性分析,一、边坡的分类 按组成边坡的岩性分： 粘性土类边坡、碎石类边坡。