工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)：第1章 工程地質(zhì)

1、工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)緒論一、 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的有關(guān)概念 1 土力學(xué)-研究土的應(yīng)力、變形、強度和穩(wěn)定以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用等規(guī)律的一門力學(xué)分支稱為土力學(xué)。 2 地基支撐建筑物荷載、且受建筑物影響的那一部分地層稱為地基。 3 基礎(chǔ)-建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)就是基礎(chǔ)。 地基與基礎(chǔ)示意圖地基類型：地質(zhì)分類：土基和巖基設(shè)計施工：天然地基與人工地基地基基礎(chǔ)設(shè)計的先決條件： 在設(shè)計建筑物之前，必須進行建筑場地的地基勘察，充分了解、研究地基土(巖)層的成因及構(gòu)造、它的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水情況以及是否存在(或可能發(fā)生)影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象(如滑坡、巖溶、地震等)，從而對場地件作出正確的評價。地基

2、基礎(chǔ)設(shè)計的兩個基本條件： (1)要求作用于地基的荷載不超過地基的承載能力，保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備； (2)控制基礎(chǔ)沉降使之不超過地基的變形允許值，保證建筑物不因地基變形而損壞或者影響其正常使用。課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求緒論1、工程地質(zhì) 2、土的物理性質(zhì)及工程分類3、土的壓縮性與地基沉降計算4、土的抗剪強度與地基承載力5、土壓力與土坡穩(wěn)定6、7、天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計 8、樁基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)9、學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)和掌握土的應(yīng)力、變形，強度和地基計算等土力學(xué)基本原理；學(xué)習(xí)和掌握淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計方法；熟悉土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位測試技術(shù)以及室內(nèi)土工試驗方法；重視工程地質(zhì)基本知識的學(xué)習(xí)，了解工

3、程地質(zhì)勘察的程序和方法，注意閱讀和使用工程地質(zhì)勘察資料能力的培養(yǎng)。工程案例比薩斜塔地基不均勻沉降 蘇州虎丘塔落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1036。全塔7層，高47.5米。平面呈八角形。青磚砌筑。1980年時，塔身已向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線已達2.31米。底層塔身出現(xiàn)不少裂縫。寶塔傾斜為地基覆蓋層相差懸殊等原因造成。-工程案例新聞?wù)?近來，漢口香港路九運長福公寓一棟14層高的居民樓，因地基下沉約10厘米，樓體發(fā)生傾斜，墻體出現(xiàn)拳頭大的裂縫，這讓樓內(nèi)百余住戶憂心忡忡。據(jù)不完全統(tǒng)計，近一年來，媒體相繼曝光武漢14起地基下沉引起的房屋開裂、傾斜現(xiàn)象。2010年，蘭州市，棟

4、樓近日相繼出現(xiàn)地基下沉、房屋嚴重裂縫等現(xiàn)象， 地基下沉面積目前已經(jīng)達平方米。原因： 院內(nèi)的自來水管爆裂后自來水滲入地下所致工程案例2003年7月1日凌晨發(fā)生的上海軌道交通4號線事故直接經(jīng)濟損失達1.5億元 上海地鐵4號線施工引起黃浦江防汛墻斷裂土體滑坡工程案例第一章：工程地質(zhì)1.1 概述 工程地質(zhì)是一門獨立的學(xué)科，研究地質(zhì)與建筑物的關(guān)系1.1.2 建筑場地的形成 建筑場地的地形、地貌和組成物質(zhì)的成分、分布、厚度與工程待性，取決于地質(zhì)作用。 地質(zhì)作用 -導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用： 1. 內(nèi)力地質(zhì)作用 2外力地質(zhì)作用 上述兩種地質(zhì)作用互相聯(lián)系，互相抵消，是矛盾的二個方面。例如：地殼上升與剝

5、蝕，地殼下降與沉積，形成各種地形稱為地貌。地表形態(tài)按其不同的成因，劃分為相應(yīng)的地貌單元。1.1.3 地質(zhì)年代 1.太古代距今1800一2700百萬年， 2.元古代早元古代距今950一1800百萬年； 晚元古代(長城紀、薊縣紀、青白口紀、震旦紀) 3.古生代早古生代(寒武紀、奧陶紀、志留紀)，距今400一600百萬年 晚古生代(泥盆記、行炭記、二疊紀)，距今225400百萬年 4.中生代三疊紀、抹羅紀、白堊紀，距今70一225百萬年。 5.新生代早第三紀(古新世E1、始新世E2、漸新世E3)，距今2570百萬年 晚第三紀(中新世N1、上新世N2)，距今2一25百萬年， 第四紀Q(早更新世Ql、中

6、更新世Q 2、晚更新世Q3)距今（1.2 200）萬年；全新世Q4距今小于1.2萬年。 地層年代 代 紀 世 期 地質(zhì)單位 界 系 統(tǒng) 層1.2 礦物與巖石巖石一種或多種礦物的集合體礦物地殼中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性質(zhì)、化學(xué)成份和形態(tài)1.2.1 主要造巖礦物組成巖石的礦物稱為造巖礦物。礦物按生成條件可分為原生礦物和次生礦物兩大類。區(qū)分礦物可以礦物的形狀、顏色、光澤、硬度、解理、比重等特征為依據(jù)1.2.2 巖石1.巖石的類型 1）巖石按成因分為三類 巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖 2）巖石按堅固性分為二類 硬質(zhì)巖石、軟質(zhì)巖石 3）巖石按風(fēng)化程度分為四等 未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強

7、風(fēng)化2.巖石的性質(zhì) 重度、比重、抗壓強度、彈模、承載力1.3 第四紀沉積層根據(jù)巖屑搬運和沉積的情況，第四紀沉積層分：殘積層：母巖經(jīng)風(fēng)化、剝蝕，未被搬運殘留在原地的巖石碎屑，稱為殘積層。坡積層：雨水和融雪洗刷山坡，將巖屑順斜坡搬運到較平緩的山坡或山麓處堆積而成。洪積層：暴雨或融雪形成山洪急流，沖刷搬運巖屑至山谷口與山前傾斜處堆積而成。洪積扇區(qū)沖積層 ：由河流的流水將巖屑搬運、沉積在河床較平緩地帶所形成的沉積物稱為沖積層。1平原河谷沖積層2山區(qū)河谷沖積層3山前平原沖積洪積層4三角洲沉積層平原河谷橫斷面山區(qū)河谷橫斷面海相沉積層：海相沉積層(如圖1.6所示)按分布地帶分為 1濱海沉積物：海水高潮與低潮

8、之間的地區(qū)，稱為濱海地區(qū)。此地區(qū)的沉積物主要為卵石、圓礫和砂土，有的地區(qū)存在粘性土夾層。 2大陸架淺海沉積物 海水的深度200m，平均寬度 75km地區(qū)。此地區(qū)沉積物主要是細砂、粘性土、淤泥和生物沉積物。離海岸近，沉積物顆粒粗；離海岸遠，顆粒細。沉積物具層理構(gòu)造，密度小，壓縮性高。湖沼沉積層 1湖相沉積層：湖泊沉積物稱為湖相沉積層，分兩部分： (1)湖邊沉積層以粗顆粒土為主。 (2)湖心沉積層為細粒土，包括粘土和淤泥，有時夾粉細砂薄層的帶狀粘土。 2沼澤沉積層 湖泊逐漸淤塞和陸地沼澤化演變成沼澤。沼澤沉積物即沼澤土，主要為半腐爛的植物殘余物積累形成的泥炭，其含水量極高，透水性很小，壓縮性很大。

9、 除了上述六類沉積層以外，還有由冰川和風(fēng)的地質(zhì)作用形成的沉積層。1.4不良地質(zhì)條件 不良的地質(zhì)條件往往導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)發(fā)生事故1.4.1 斷層 定義：巖層在地應(yīng)力作用下形成斷裂構(gòu)造，斷裂面兩側(cè)的巖體顯著發(fā)生相對位移，稱為斷層。斷層顯示地殼大范圍錯斷。1.4.2 巖層節(jié)理發(fā)育的場地定義：巖層在地應(yīng)力作用下形成斷裂構(gòu)造，但末發(fā)生相對位移時稱為節(jié)理。通常節(jié)理的長度僅數(shù)米?；ハ嗥叫械墓?jié)理稱為一組節(jié)理。1.4.3 滑坡 我國人口13億，占世界人口的 22，耕地僅占世界耕地的6。因新建工廠、住宅與道路等，耕地越來越少。國家要求新建大工廠企業(yè)靠山進山不占良田。因此，山坡穩(wěn)定性問題更加突出。 山坡失穩(wěn)的原因

10、：一般天然山坡經(jīng)歷漫長的地質(zhì)年代，已趨穩(wěn)定。由于人為和自然的原因，原來穩(wěn)定的山坡可能失穩(wěn)而滑動。2005年05月9日山西吉縣發(fā)生山體滑坡事故24人被埋。滑坡塌方長度二百五十米，高度八十米，土方量六十五萬余方 。1.4.4 河床沖淤 平原河道往往彎曲，凹岸受水流沖刷坍塌，危及岸上建筑物安全；凸岸水流速慢，產(chǎn)生淤積。河岸的沖淤在多砂河上尤為嚴重。1.4.5 岸坡失穩(wěn) 河、湖、海岸在自然環(huán)境中通常是穩(wěn)定的，若在岸邊修建筑物，增加了工程的荷重，可能使岸坡失穩(wěn)。若地基土質(zhì)軟弱，還應(yīng)考慮在地震動荷作用下，土的抗剪強度降低，岸坡可能產(chǎn)生滑動。1.4.6 河溝側(cè)向位移 小河溝的寬和深雖僅數(shù)米，但若靠近河溝修建

11、筑物，若地基土為含水量高密度低的粘性土，則地基可能向河溝方向側(cè)向位移，導(dǎo)致工程發(fā)生傾斜或墻體開裂事故。1.5 地下水1.5.1 地下水對工程的影響1基礎(chǔ)埋深2施工排水3地下水位升降4地下室防水5. 水質(zhì)侵蝕性6空心結(jié)構(gòu)物浮起7承壓水沖破基槽1.5.2 地下水分類 地下水按埋藏條件分為:1.上層滯水 積聚在局部隔水層上的水。這種水靠雨水補給，有季節(jié)性。上層滯水范圍不大，存在于雨季，旱季可能干涸。工程地質(zhì)勘察時應(yīng)注意與潛水區(qū)分。2潛水 潛水由雨水與河水補給，水位有季節(jié)性變化。埋藏在地表下第一個連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的重力水稱為潛水。潛水的埋藏深度各地不同。地面至潛水面的鉛直距離hw為

12、地下水的埋藏深度。 3.承壓水埋藏在2個連續(xù)分布的隔水層之間完全充滿的有壓的地下水稱為承壓水。1.5.3 地下水位1.5.4 地下水的運動土的滲透性：地下水在重力作用下，由高向低通過土顆粒之間孔隙的流動。計算地基沉降速率，進行地下水位以下施工，計算涌水量、選擇排水方法等都需要土的滲透性指標。關(guān)于地下水的運動規(guī)律和地下水運動對工程的影響闡述如下： 1達西定律： 法國學(xué)者達西于1856年通過砂土的滲透實驗，發(fā)觀地下水的運動規(guī)律，稱為達西定律。 實驗筒中部裝滿砂土，左端頂部注水至固定高度，試樣兩端各裝一支測壓管，測得兩支測壓管水位差為h，右端底部留一個排水口，下接一個盛水容器。實驗開始：經(jīng)歷時間 t

13、 秒鐘，水通過砂土試樣的滲流量即盛水容器 t秒鐘所接水量Q。 達西滲透實驗實驗筒中部裝滿砂土，左端頂部注水至固定高度，試樣兩端各裝一支測壓管，測得兩支測壓管水位差為h，右端底部留一個排水口，下接一個盛水容器。實驗開始：經(jīng)歷時間 t 秒鐘，水通過砂土試樣的滲流量即盛水容器 t秒鐘所接水量Q。 滲透系數(shù)k的確定方法：大工程采用試驗實測；中小工程可用經(jīng)驗值，根據(jù)土的名稱、土的密度等實際條件，選用表12中相應(yīng)的數(shù)值2動水力靜水作用在水中物體上的力稱為靜水力，水流動時作用的力與此不同，為動水力。 (1)定義 流動的水作用在單位體積土的骨架的力稱為動水力。動水力是體積力，單位是kNm3，而非作用在土體表面的壓力(kNm2)。動水力與水流受到土骨架的阻力大小相等方向相反。 (2)計算公式 動水力等于水力坡降乘以水的重度。3流土（砂）與管涌（潛蝕） (1)流砂 地下水由上向下流動，動水力方向與重力方向一致，土顆粒壓緊，對工程利。 若水流由下向上，動水力方向與重力的相反，則使土顆粒懸浮。 當動水力等于或大于土浮重度時，砂土隨水流動，稱為流砂。臨界水力坡降，即將產(chǎn)生流砂的水力梯度。 基槽開挖遇地下水，常采用排水溝明排的方法，此時地下水流動的方向向上，可能產(chǎn)生流砂，