巖土力學研究生1ppt課件

1、 土力學是一門研究土體滲流、壓縮和強度三個主要課題的學科 巖石力學是研究巖石的力學性態(tài)的理論和應用的學科 研究對象：土和巖石 土體是巖石風化的產(chǎn)物，是一種松散的顆粒堆積物。 巖石是由礦物和巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而成的自然體。 巖體是受到各種性質(zhì)的軟弱面切割而成的自然地質(zhì)綜合體。 巖體結(jié)構(gòu)：包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。 對工程地質(zhì)定性成果進行定量分析和計算 巖土體物力性質(zhì)研究 巖土體的穩(wěn)定性參數(shù)測試方法研究、現(xiàn)場大型力學試驗、應力和應變監(jiān)測技術(shù) 巖土體中應力和應變的分布規(guī)律及巖土體和工程建筑物相互作用的研究 影響巖土體穩(wěn)定性的各種因素和作用力，定量評價巖土體穩(wěn)定性的理論和科學計算方法的研究 加固

2、巖土體的工程措施和處理技術(shù)研究 作用一(宏觀） 應用巖土力學知識分析、計算、評價建筑物地基變形、強度及穩(wěn)定性，確保水庫、大壩等的安全可靠性 盡可能把不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，提高建筑物的穩(wěn)定性并節(jié)約投資 0 概述 壩堤基礎的穩(wěn)定、地下電站建設、引水隧道建設、開挖邊坡、評價水利水電的建設環(huán)境和地下滲透水的狀態(tài)等 與巖土工程密切相關(guān)的是高壩建設、引水隧洞、自然邊坡的穩(wěn)定 三峽大型水利樞紐，面對一系列巖土工程技術(shù)難題，如船閘高邊坡的計算分析與建設 二灘水電站在基巖上建高壩要求解決建基面的力學分級，穩(wěn)定性評價方法，多裂隙巖體的強度及變形分析方法 二灘地下廠房規(guī)模為世界第四，洞室群要求采用施工優(yōu)化系統(tǒng) 高

3、165M處于復雜地基上的李家峽拱壩，在大壩軟弱夾層運用了砼置換、抗震樁、傳力峒及600T位的錨拉技術(shù) （1勘探技術(shù)方面 高壩基巖的勘探，需解決許多與工程地質(zhì)、巖體力學有關(guān)的難題，如區(qū)域性的構(gòu)造穩(wěn)定、復雜巖基、風化基巖的力學特性 （2水利水電建設中的巖體質(zhì)量分級：巖體質(zhì)量分級按不同的工程類型，如大壩主地基、邊坡開挖工程等，進行不同的分級。 單因素分級法指標：按巖石抗壓強度分級；按風化程度分級；按巖石質(zhì)量指標分級；以彈性波速度分級。 多因素分級法指標：按巖體連續(xù)性分級；西班牙的圖末羅法分級；我國的損傷力學巖體分類法 （3大壩穩(wěn)定計算分析 引用非線性非連續(xù)介質(zhì)模型對大壩穩(wěn)定性進行分析 清華大學的三維

4、非線性大壩分析程序，可分析大型拱壩的整體穩(wěn)定性 （4壩基巖體穩(wěn)定評價 目前主要采用計算分析法和模型試驗法 計算分析法：有限元法，剛體極限平衡法 模型試驗法：地質(zhì)力學模型，脆性材料模型 評價拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，是拱壩設計中面臨的最困難的問題之一 （1土壩工程加固防滲應用技術(shù) 目前，我國已建成土壩6萬余座，占大壩總數(shù)的90%。我國土壩中大多是碾壓式土壩 根據(jù)土石料的性質(zhì)，放在壩體內(nèi)適當?shù)牟课徊⒉捎眠m當?shù)氖┕ぜ夹g(shù) 礫質(zhì)土、風化巖、石渣用于筑壩的技術(shù) 利用機械把風化巖壓碎作為防滲體 把不同的土石料拌和后建成強度高的防滲體 凍土筑壩技術(shù) 瀝青砼塑料薄膜等材料作為土石壩的防滲結(jié)構(gòu) 土壩基礎的不良地基處理：水

5、泥粘土灌漿法、砼防滲墻、土鋪蓋防滲、泥漿防滲槽、化學材料灌漿、砂井加固等 （2土壩工程設計 土的強度力學模型的應用 土壩的穩(wěn)定性分析 土壩分析中計算機數(shù)值方法的引入 壩體變形和裂縫的研究引入仿真破壞模擬 用有限元法模擬土壩滲流 土壩邊坡穩(wěn)定分析的動力分析方法 沉降計算與固結(jié)理論 地下水電站指引水道、調(diào)壓井、壓力管道、主廠房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的電站 在地質(zhì)條件允許的情況下，可充分利用圍巖承載能力減少支承結(jié)構(gòu)，節(jié)省鋼材、水泥，降低工程造價 把圍巖視為承載結(jié)構(gòu)，建立巖體支護概念 地下洞室計算方法數(shù)值模擬法：塊體法、彈塑性模型分析法 地下洞室的穩(wěn)定判據(jù)：以巖體的屈服、變形、狀態(tài)作為判據(jù) 噴

6、錨支護加固地下結(jié)構(gòu)：錨桿、錨索、噴射砼等 洞室群的施工優(yōu)化：從全局出發(fā)，找出有利于圍巖穩(wěn)定而且經(jīng)濟的優(yōu)化施工方案 鐵路建設中的巖土工程包括巖土工程勘探、路基、橋梁基礎工程、隧道工程。 遙感、物探、原位測試、巖土試驗 滑坡、崩塌、泥石流及巖溶等復雜工程地質(zhì)條件下的鐵路工程 軟土、膨脹土、黃土、凍土等特殊條件下的鐵路工程 風沙地區(qū)的鐵路工程 錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、加筋土擋土墻、抗滑樁、樁板墻、錨索抗滑樁及土釘墻等各種支擋結(jié)構(gòu)工程 重載及高速鐵路路基 復雜條件下橋梁及基礎工程 復雜條件下長、大隧道工程 港口建設中的巖土工程包括軟土地基的勘探取土和現(xiàn)場測試、沿海軟粘土工程、軟基加固工程、樁基和其他

7、港工結(jié)構(gòu)基礎和設計和施工工程 采用淺層剖面儀在大面積水域中進行初步勘探并結(jié)合少量鉆孔，鑒別土類和土層 采用標準貫入、土壓力計等常規(guī)設備完成現(xiàn)場測試和原體觀測 用砂井排水堆載預壓方法加固軟粘土地基 用袋裝砂井和塑料紙板排水處理淤泥質(zhì)海岸 用振沖碎石樁法、真空預壓法、強夯法、深層拌合法、填土超載擠淤法、爆炸擠淤法等加固軟基 預應力鋼筋砼空心方樁應用于高樁碼頭 大型鋼管樁應用于建造深水碼頭 大型預應力鋼筋砼管樁應用于建造海水腐蝕碼頭 其他港工建筑物基礎：大直徑圓筒結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻，大型扶壁，沉井和沉箱等 處于江河湖泊或海洋沿岸的城市，城市環(huán)境災害防治擺在重要地位 城市防洪：須控制淹沒高度，涉及上下游

8、河道清理工程、防洪堤和防汛墻工程等 采取技措提高大壩抗洪能力：用探地雷達等無損檢測方法查明堤防工程的地層特點和險情隱患；用旋噴等加固大堤地基；用防滲墻等延長滲透途徑；采用經(jīng)濟高效新型加固材料加速工程進度，提高工程質(zhì)量 山城的泥石流治理：在形成區(qū)用溝坡兼治措施；在流通區(qū)，筑各種攔截壩、溢流壩；在堆積區(qū)，采取排導停淤措施 港口城市須疏通航道，合理構(gòu)筑導堤，提高通航能力 海岸城市須進行岸坡穩(wěn)定保護，合理地構(gòu)筑圍海海堤 城市地面沉降，涉及深井回灌、高層建筑糾偏等工程 解決巖土工程問題 通過巖土力學分析計算，提出建筑物結(jié)構(gòu)類型、施工方法及運營使用中的注意事項 提出改善和防治不良地質(zhì)條件，解決巖土工程問題

9、的方法和措施 土力學的研究方法 理論和室內(nèi)外土工試驗及工程實踐相結(jié)合，理論計算和工程經(jīng)驗并重 巖石土力學的研究方法 采用對自然巖體進行性質(zhì)測定、理論計算、科學試驗與理論分析相結(jié)合的方法 巖土力學是一門既古老、又新興的學科，人類很早就懂得廣泛利用土進行工程建設我國的長城、南北大運河直到十八世紀中葉，人類對土在工程建設方面的特性，尚停留在感性認識階段。 十八世紀產(chǎn)業(yè)革命后，提出了大量與土力學有關(guān)的問題和不少成功的經(jīng)驗，特別是一些工程事故的教訓，迫切促使人們?nèi)で罄碚摰慕忉?，并要求永通過實踐檢驗的理論來直到以后的工程實踐。 筑城學歐洲） 墻后土壓力問題 鐵路、公路、水利工程 土坡穩(wěn)定問題 半經(jīng)驗分析

10、階段 二十世紀，隨著土建規(guī)模的擴大，促使人們?nèi)娴叵到y(tǒng)地對土的力學性質(zhì)作理論和實踐研究，科學技術(shù)不斷發(fā)展，世界不少國家分分成立專門土力學研究機構(gòu)，重點研究。 十八世紀二十年代，著名的土力學家太沙基的土力學專著問世，標志著土力學作為一門獨立的較系統(tǒng)而完整的學科，自1936年以來，已召開了十一屆國際土力學和基礎工程學術(shù)會議。 近四十年來，由于尖端科學、生產(chǎn)發(fā)展的需要，土力學的研究領域又有了明顯的擴大 土動力學、凍土力學、海洋土力學、月球土力學 同時巖石力學也已與土力學分離而單獨稱為一門學科。 重視工程地質(zhì)宏觀研究 大力發(fā)展巖體和巖石測試和檢測技術(shù) 加強對巖體和巖石基本性質(zhì)的研究 數(shù)值分析在巖石力學

11、中廣泛應用 強調(diào)巖石力學在工程上的應用，重點轉(zhuǎn)向地下工程 重視工程實例的總結(jié)分析和現(xiàn)場判斷，加強專家系統(tǒng)的建立工作 學習巖土力學，必須特別注意認識土的特點 多樣性 易變性 巖土力學密切結(jié)合專業(yè)和實踐的一門課程，學習中不但要著重于基本概念的理解，掌握計算方法而且要學會初步解決實際問題的能力。 巖土力學屬于技術(shù)基礎課，它在一般基礎課和專業(yè)課之間起到承上啟下的作用。 先行課程：材料力學、結(jié)構(gòu)力學、彈性理論初步、工程地質(zhì)學與水文地質(zhì)學、水力學 后續(xù)課程：水工結(jié)構(gòu)、地基及基礎 巖土力學是一門邊緣學科，它所設計的自然科學范圍很廣，除了和力學領域內(nèi)各鄰近學科有密切關(guān)系外，它還涉及到普通地質(zhì)學、土質(zhì)學、物理、

12、化學等方面的知識領域。 1.1.1 土的結(jié)構(gòu)與特性 土的概念及土的形成 在土木工程領域，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物，土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒膠結(jié)的強弱，所以，有時也會遇到難以區(qū)分的情況。 土根據(jù)來源可分為 無機土：巖石風化 天然土 土是巖石風化的產(chǎn)物 有機土：腐殖土， 由植物完全或部分分解的堆積物具有高壓縮性、低強度，為不良建筑物地基風化： 物理風化：溫度 應力 巖石開裂 水的凍脹 裂縫張開 巖石開裂 波浪沖擊 地震 風 沙礫沖擊 巖石破裂 化學風化：巖石與空氣、水和各種溶液相接觸經(jīng) 氧化 炭化 作用 分解成細小的顆粒 致使巖石的礦物成分發(fā)生變化 水化 在自然界，物理風化和

13、化學風化是同時或交替進行的，所以任何一種天然土通常既是物理風化的產(chǎn)物，又是化學風化的產(chǎn)物。 殘積土： 巖石風化后仍然留在原地的堆積物。殘積土的厚度和風化程度主要取決于氣候條件和暴露時間，其明顯特征是顆粒多為角粒，且母巖種類對殘積土的性質(zhì)有顯著影響。(優(yōu)良母巖、質(zhì)地不良母巖) 運積土： 經(jīng)流水、風和冰川等動力搬運離開產(chǎn)地的堆積物?？煞譃?河流運積土 風積土 冰川沉積土 沼澤土腐植土） 水沖積形成的，上游顆粒粗，下游顆粒細，故： 上游：強透水，引起滲漏和滲透變形問題 下游：地基土的高壓縮性和低強度引起的基礎沉降和穩(wěn)定問題，同時要考慮滲透變形問題 黃土 典型特點：濕陷性，所謂濕陷性指黃土未浸水時，含水率低，一般10%左右