工程地質(zhì)課程設(shè)計(jì).doc

AA工程地質(zhì)分析原理課 程 設(shè) 計(jì) 大 綱資 源 與 環(huán) 境 工 程 學(xué) 院2011年5月工程地質(zhì)分析原理課 程 設(shè) 計(jì) 大 綱一、目的及意義學(xué)習(xí)工程地質(zhì)分析理原理課程后，以勘察工程實(shí)例進(jìn)行工程地質(zhì)分析和設(shè)計(jì)。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中趨勢(shì)面分析方法，求出曲面后則可計(jì)算滑坡推力、設(shè)計(jì)相應(yīng)的加固方法。以現(xiàn)行規(guī)范和生產(chǎn)單位習(xí)用的方式表達(dá)出來(lái)。作設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。二、要求 邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)整個(gè)邊坡的資料，包括工程地質(zhì)、水文條件、地震烈度及國(guó)家頒發(fā)的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范外，應(yīng)注意相關(guān)工程資料的搜集和分析，如深基坑、公路邊坡設(shè)計(jì)中應(yīng)搜集路線平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)資料及路基設(shè)計(jì)表，水工邊坡中應(yīng)搜集大壩、船閘等相關(guān)工程的有關(guān)資料。此外，還應(yīng)重視土質(zhì)調(diào)查試驗(yàn)資料，當(dāng)?shù)赝?lèi)邊坡工程的經(jīng)驗(yàn)資料的搜集與分析。1)工程地質(zhì)勘察報(bào)告 這是對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)的主要資料，它包括邊坡的地層結(jié)構(gòu)，各地層的產(chǎn)狀、構(gòu)造、巖層的完整及破碎程度、風(fēng)化程度等，覆蓋層厚度及變化情況，可能破裂面(或滑動(dòng)面)的位置、形態(tài)及潛在變化，地形變化及地貌特征等。 2)水文條件 邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)掌握邊坡地段處地表水及地下水的情況，包括雨季及枯水季節(jié)的地下水位情況，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)年限內(nèi)的最大降雨量等資料。 3)地震資料 邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)查閱國(guó)家地震烈度區(qū)劃圖，當(dāng)?shù)卣鹆叶鹊陀?度時(shí)，可不考慮地震荷載；當(dāng)?shù)卣鹆叶冗_(dá)到6度以上(含6度)時(shí)，應(yīng)計(jì)算地震荷載的影響。 4)土質(zhì)調(diào)查試驗(yàn)報(bào)告 在進(jìn)行邊坡設(shè)汁時(shí)，應(yīng)掌握土層的類(lèi)別及物理、力學(xué)性質(zhì)，它是在進(jìn)行工程地質(zhì)勘測(cè)時(shí)通過(guò)調(diào)查、鉆(挖)孔采集各土層(地層)的原狀土(巖)樣，并以室內(nèi)或原位試驗(yàn)方法取得的。各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有粒徑級(jí)配、塑液限、天然含水量、土體天然容重、飽和容重、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、滲透系數(shù)水力坡體、巖石天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下的單軸(無(wú)側(cè)限)抗壓強(qiáng)度，以及土(巖)樣柱狀剖面圖等。 5)相關(guān)工程資料 邊坡工程的設(shè)計(jì)應(yīng)與相關(guān)工程相適應(yīng)，盡量不影響相關(guān)工程的使用功能，因此，在設(shè)計(jì)前應(yīng)搜集相關(guān)工程的總體平面布置圖、縱斷面及橫斷面設(shè)計(jì)圖，對(duì)于公路邊坡工程，還應(yīng)搜集路基設(shè)計(jì)表。 6)同類(lèi)邊坡工程的經(jīng)驗(yàn)資料 邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，在對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件及降雨情況缺乏把握的情況下，對(duì)當(dāng)?shù)赝?lèi)邊坡工程的經(jīng)驗(yàn)資料，包括邊坡斷面設(shè)計(jì)形狀、坡比、臺(tái)階高度、臺(tái)階寬度、防護(hù)結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行深入細(xì)致的分析研究顯得尤為重要。 7)邊坡工程環(huán)境資料 邊坡工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮邊坡工程對(duì)周邊環(huán)境的影響，以保護(hù)與美化環(huán)境，因此在邊坡設(shè)計(jì)前必須收集與邊坡工程有關(guān)的環(huán)境資料。三、時(shí)間課程結(jié)束后一周內(nèi)交說(shuō)明書(shū)一份。(附中英文摘要、參考文獻(xiàn))。工程實(shí)例一、工程概況貴開(kāi)公路K57+100K57+300段左側(cè)邊坡位于開(kāi)陽(yáng)縣南江鄉(xiāng)關(guān)口鎮(zhèn)東側(cè)，由于修建貴開(kāi)公路，開(kāi)挖路基將使K57+100K57+300段左側(cè)均形成約200m長(zhǎng)的路塹高邊坡，擬建公路原始地面標(biāo)高為939.36954.22m，設(shè)計(jì)路面標(biāo)高為933.88940.10m，路基垂直開(kāi)挖使左側(cè)形成高5.4614.40 m的巖土質(zhì)混合邊坡，右側(cè)形成高6.2018.30m的巖土質(zhì)混合邊坡，該路段設(shè)計(jì)公路寬9.0m。二、地質(zhì)災(zāi)害的危害程度該段公路擬開(kāi)挖人工邊坡位于關(guān)口鎮(zhèn)東側(cè)，邊坡高度較大，地質(zhì)環(huán)境條件較差，屬地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，若發(fā)生滑坡，將對(duì)長(zhǎng)為200m擬建公路的安全使用造成很大的危害。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，場(chǎng)區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土構(gòu)成均較復(fù)雜；該邊坡若發(fā)生滑坡，造成的危害較大，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害工程的重要性及特殊性，本邊坡工程等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地及公路等級(jí)為二級(jí)，地基等級(jí)為二級(jí)，綜合上述條件，該邊坡工程勘察（詳勘階段）工程等級(jí)為乙級(jí)三、邊坡特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（一） 邊坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征 擬建公路的開(kāi)挖將使K43+380K43+540段兩側(cè)均形成人工邊坡，南西側(cè)將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為939.343951.60m，邊坡高度5.4614.40m的巖土混合邊坡，該側(cè)巖層呈順向產(chǎn)出；北東側(cè)將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為940.056955.794m，邊坡高度6.218.3m的人工巖土質(zhì)邊坡，該側(cè)巖層呈反向產(chǎn)出，擬建公路的開(kāi)挖可能引起北東側(cè)整個(gè)土層及強(qiáng)風(fēng)層滑坡，可能導(dǎo)致滑坡的面積為10552m2，土層滑坡體積61760 m3，土層及強(qiáng)風(fēng)化層滑坡體積為88360 m3。擬建公路的開(kāi)挖可能引發(fā)表層土體內(nèi)部的滑坡、土層沿強(qiáng)風(fēng)化巖層的順向滑坡及土層和強(qiáng)風(fēng)化巖層沿弱風(fēng)化巖層頂面的順向滑坡，一旦滑坡形成，將對(duì)擬建公路的施工和正常使用及枇杷哨小鎮(zhèn)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成很大的危害。（二） 邊坡特征1、擬開(kāi)挖邊坡（南西側(cè)），邊坡高度為5.4614.40m，邊坡范圍以礫砂土為主，僅-、-、-坡段坡腳切到強(qiáng)風(fēng)化巖層，強(qiáng)風(fēng)化巖石坡高在3.10m以?xún)?nèi)，巖層傾向與坡向相同，形成順向坡。2、右側(cè)擬開(kāi)挖邊坡（北東側(cè)），邊坡高度為6.218.3m，邊坡范圍以礫砂土和強(qiáng)風(fēng)化巖層為主，其中-、-坡段為全土質(zhì)邊坡；-、-、-、-坡段為礫砂土和強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡，強(qiáng)風(fēng)化巖石坡高分別2.60m、5.50m、2.0m、4.80m；-、-、-坡段為礫砂土、強(qiáng)風(fēng)化巖石和弱風(fēng)化巖石邊坡，弱風(fēng)化巖石坡高分別為1.70m，2.40m，7.60m，巖層傾向與坡向相反，形成反向坡。（三） 邊坡影響因素 隨著公路的施工進(jìn)度，人工邊坡逐漸形成，當(dāng)邊坡高度超過(guò)臨界值，土層及強(qiáng)風(fēng)化層在重力作用下應(yīng)力重新分布，由于土層與強(qiáng)風(fēng)化層抗剪強(qiáng)度較差，自身將會(huì)不穩(wěn)定。若遇雨季，土層及強(qiáng)風(fēng)化層在雨水作用下，將使其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，自重增加，水壓力增大，加速邊坡的下滑；在路基開(kāi)挖過(guò)程中，巖石放炮，將增加地震水平力，也會(huì)加速邊坡的下滑，故應(yīng)及時(shí)對(duì)人工邊坡進(jìn)行治理。（四）試驗(yàn)成果分析及巖土參數(shù)1、巖土物理力學(xué)指標(biāo)巖體及土體重度根據(jù)試驗(yàn)得出，礫砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)室內(nèi)原狀土試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)結(jié)果綜合確定，強(qiáng)風(fēng)化泥巖抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)提供參數(shù)。室內(nèi)土體直剪試驗(yàn)，舍去1、2、3號(hào)土樣和8、9號(hào)土樣后，統(tǒng)計(jì)，其抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為C=37.2KPa，=12.26，重度為=18.84以上試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，二種試驗(yàn)土體內(nèi)摩擦角很接近，考慮現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)樣品數(shù)較少，直接影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果，故建議土體內(nèi)摩擦角采用原狀土和直剪試驗(yàn)的平均值；內(nèi)聚力離散，由于水對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，土質(zhì)邊坡在浸水狀態(tài)時(shí)最不穩(wěn)定，土體粘聚力較自然狀態(tài)和干燥狀態(tài)下降很大，故土體粘聚力應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，其離散性很大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)其變異系數(shù)為0.42，屬高變異，不能直接采用統(tǒng)計(jì)結(jié)果，接合現(xiàn)場(chǎng)土體特性和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析，建議粘聚力采用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值；由于勘察區(qū)土體粗顆粒含量較高，室內(nèi)土體重度試驗(yàn)值偏低，場(chǎng)區(qū)土體重度建議提高使用。由于場(chǎng)區(qū)土體滲水性較好，按半滲水狀態(tài) ，土體力學(xué)參數(shù)最終取值建議為重度=20KN/m3，抗剪強(qiáng)度指標(biāo) C=26KPa,=11，基底摩擦系數(shù)=0.35；由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場(chǎng)區(qū)屬同一類(lèi)地層，強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖在龍廣滑坡工程中已經(jīng)做現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)，且強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖內(nèi)均夾有粘土，故本工程強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖力學(xué)參數(shù)采用龍廣滑坡勘察報(bào)告提供的指標(biāo)：重度 =22KN/m3，抗剪強(qiáng)度指標(biāo) C=21KPa,=10，基底摩擦系數(shù)=0.35；弱微風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖重度采用龍廣滑坡試驗(yàn)值=26.8KPa，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用龍廣滑坡審查通過(guò)值C=200KPa,=25，基底摩擦系數(shù)=0.45；弱風(fēng)化砂巖、石灰?guī)r重度根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果=26.9KPa，根據(jù)規(guī)范其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C=1.0MPa，=40。注：從以上巖土的力學(xué)參數(shù)可見(jiàn)，土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比強(qiáng)風(fēng)化巖層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)高，就此進(jìn)行分析，原因應(yīng)為土層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的固結(jié)，比較密實(shí)，故指標(biāo)較高；強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)夾粘土，且對(duì)于0.25m的試驗(yàn)體來(lái)說(shuō)，節(jié)理裂隙貫通性較好，現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)是沿粘土內(nèi)和節(jié)理裂隙面破壞，故指標(biāo)較低。2、地基承載力、土體地基承載力根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ024-85規(guī)范表2.1.2-5取用：礫砂土容許承載力0=250KPa。、由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場(chǎng)區(qū)屬同一類(lèi)地層，鈣質(zhì)泥巖在龍廣滑坡工程中已經(jīng)取樣作室內(nèi)抗壓試驗(yàn)，故本工程未對(duì)該套巖石取樣。、作試驗(yàn)，鈣質(zhì)泥巖地基承載力采用龍廣滑坡工程提供的指標(biāo)：強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖容許承載力0=350KPa，弱風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖容許承載力0=2500KPa。、邊坡穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)勘察區(qū)內(nèi)擬開(kāi)挖人工邊坡-、-、-、-、-、-、-、斷面為土質(zhì)邊坡，土層為礫砂土，破壞模式按平面滑動(dòng)型，計(jì)算時(shí)破裂角采用= (45+/2)，穩(wěn)定性計(jì)算公式為，滑坡推力計(jì)算公式為F=W（Kssin-costg）-CL；-斷面為巖土混合邊坡，巖層呈順向產(chǎn)出，土層為礫砂土，破壞模式有二種：、土體內(nèi)部的平面滑動(dòng)型，、巖土體折線滑動(dòng)型，計(jì)算時(shí)土層破裂角采用= (45+/2)，滑動(dòng)面傾角采用巖層視傾角，土體內(nèi)部的平面滑動(dòng)計(jì)算公式與上同，巖土體折線滑動(dòng)破壞采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力，其計(jì)算公式為Fi=(Wisini+Qicosi)-1/KsCiLi+(Wicosi- Qisini) fiFi-1i-1以上計(jì)算公式中：K穩(wěn)定系數(shù)；Fi條間推力（KN/m）；Fi-1第i-1條塊的剩余下滑力（KN/m）；Ks抗滑安全系數(shù)；W、Wi單位長(zhǎng)度豎向力（條塊自重）（KN/m）；土層破裂角；i、i-1分別為第i塊，第i-1塊滑動(dòng)面傾角；、i巖土的內(nèi)摩擦角（度）；C、Ci條塊滑動(dòng)底面巖土的粘聚力（KPa）；L、Li條塊滑動(dòng)底面的長(zhǎng)度（m）；Qi單位長(zhǎng)度水平推力（KN/m）；fi條塊滑動(dòng)底面巖土的摩擦系數(shù) fi=tgi；i傳遞系數(shù)。i-