工程地質與地基基礎0緒論課件

1、1工程地質與地基基礎青島農業(yè)大學建工學院主講人 楊旭姣Engineering geology and foundations1工程地質與地基基礎青島農業(yè)大學Engineering g2/75課程性質與教學目的工程地質與地基基礎課程是土木工程管理專業(yè)（工程項目管理方向）四年制本科生選修的一門專業(yè)核心基礎課，它是由兩門相互獨立而相互交叉的學科綜合而成的。本課程的目的是通過教學使學生了解工程地質勘察的基本內容和工作方法；學習土力學的基本知識；掌握一般地基基礎的設計步驟、計算原理和構造要求；熟悉一般土工試驗方法和常見的地基處理方法。2/75課程性質與教學目的工程地質與地基基礎課程是土木工3/75緒 論

2、主要內容1 本課程的研究內容2 地基基礎的重要性3 本課程特點和學習方法3/75緒 論主要內容1 本課程的研究內容4/751. 工程地質 Engineering Geology2. 土力學 Soil Mechanics3. 巖土工程勘察 Geotechnical investgation4. 基礎設計 foundations design5. 地基處理 ground treatment6. 巖土工程概預算 budgetary estimate 一.課程內容1ke課程內容4/751. 工程地質 Engineering Geolo5/75 基礎 建筑物向地基傳遞荷 載的下部結構。天然地基人工地基淺

3、基礎：埋深5m 地基 承受建筑物荷載的巖土層。 二地基基礎的重要性 2地基基礎的重要性5/75 基礎 建筑物向地基傳遞荷 天然地基淺基礎：埋深基礎工程圖例基礎工程圖例7/75地基與基礎是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設計和施工質量直接關系到建筑物的安危 !地基基礎問題往往是影響投資和制約工期的主要因素，約占總造價和總工期的1/3。軟土和復雜情況要高于這個比例。橋梁占50%70%。 7/75地基與基礎是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、8/75 我國建筑市場問題多，豆腐渣工程?；A工程 首當其沖, 因為是隱蔽工程，偷工減料容易。 18%以上新建工程為不合格工程，一般病害的 機率為

4、10% - 30% 基礎工程中設計失誤40%, 施工問題60%,包括 *勘探不清 *地基基礎方案不當， *不均勻沉降 *管理混亂：無照設計，偷工減料，層層轉包 回扣，技術力量不足8/75 我國建筑市場問題多，豆腐渣工程?；A工程9/75工程事故有三類：1) 規(guī)范允許的破壞，如自然災害和地質災害導致的超過設計標準的荷載2) 對特殊情況的認識不足，基本概念不清楚3) 違背勘察、設計、施工、管理規(guī)范9/75工程事故有三類：加拿大特朗斯康谷倉 事故：建成后初次存放谷物時：1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜27西端下沉7.32m 東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5

5、m，高31.0m，共65個圓筒倉。 鋼混筏板基礎，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動工，1913年完工，自重20000T。工程事故加拿大特朗斯康谷倉 事故：概況：長59.4m，寬23.5m，1940年在軟粘土地基上的某水泥倉庫的傾覆地基破壞1940年在軟粘土地基上的某水泥倉庫的傾覆地基破壞比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m， 塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.51360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復工，經6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強

6、度較低，變形較大。1590: 伽利略在此塔做落體實驗 比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，原因：11838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理 基礎環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進行地 基處理目 前: 已向游人開放。 處理措施比薩斜塔1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載處理措施比薩斜塔14/75三種方案都可以,要做方案的技術經濟比較。雜填土軟土天然地基Natural ground樁基 Pile好土地基處理Ground improvement如何設計地基基礎?14/75三種方案都可以,要做方案的技術經濟比較。雜填土

7、軟土15/75地基基礎設計必須滿足幾個條件： （1）強度條件(strength)： 設計荷載不超過地基的承載力。 （2）變形條件(deformation): 地基變形量不超過規(guī)范允許值。 (3)基礎結構本身條件： 有足夠的強度和剛度。15/75地基基礎設計必須滿足幾個條件： （1）強度條件(16/75投資風險和效益的綜合考慮開挖是否支護,八十年代以來高層建筑大量修建，深基坑開挖比較普遍，開挖是否支護？這類問題通常是有風險有效益,因為是臨時工程，投標較低，伴以事故發(fā)生，土釘支護事故率50%工程實例：1.蘭旗營住宅開挖九米無支護，周圍沒有建筑物2.穆斯林大廈，采用地下連續(xù)墻和三排錨桿結合16/75

8、投資風險和效益的綜合考慮17/75穆斯林大廈基坑60cm北京外文書店穆斯林大廈17/75穆斯林大廈基坑60cm北京外文書店穆斯林大廈18/75工期節(jié)約工期可以早收益。費用與效益綜合考慮。王府井地區(qū)的改造，因為寸土寸金。預壓固結 不做砂井，固結要2年；做砂井，只需要3個月 18/7519/75 研究土體在工程建筑作用下的應力、變形和強度規(guī)律的一門學科。 土力學是進行地基基礎設計的理論基礎。19/75 研究土體在工程建筑作用下的應力、變形和強20/75土在工程上的作用：作為建筑物的地基（foundations）作為建筑材料 (construct material)作為建筑物周圍的介質環(huán)境 (ent

9、ironment)20/75土在工程上的作用：作為建筑物的地基（foundat21/75土力學應用地基與基礎21/75土力學應用地基與基礎22/75王府井京廣廣場土力學應用基坑工程22/75王府井京廣廣場土力學應用基坑工程23/75土力學應用地鐵工程23/75土力學應用地鐵工程24/75Hgsfjord crossing Tunnel held down by anchors and tethersLength: 1400 mMax. water depth: 155 mMax. depth to rock: 350 m土力學應用海底隧道24/75Hgsfjord crossing 土力學應用

10、25土力學應用海洋平臺25土力學應用海洋平臺26/753.巖土工程 (Geotechnical engineering)1巖土工程的定義： 以土力學、巖石力學、工程地質學和地基基礎工程學為理論基礎，以解決和處理在工程建設中出現(xiàn)的所有與巖土體有關的工程技術問題的一門地質和工程緊密結合的新專業(yè)學科。 引自巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-94）26/753.巖土工程 (Geotechnical engi27/75概括為三個層次的含義：巖土工程是以巖土力學、工程地質學、地基基礎工程學為基礎，并與工程密切結合的綜合性學科 巖土工程以巖土的利用、整治或改造作為研究內容 巖土工程貫穿于各類土木工程的勘察、

11、設計與施工的全過程，是土木工程的組成部分 27/75概括為三個層次的含義：巖土工程是以巖土力學、工程地28/75工程地質是巖土工程分析的條件。巖土力學是定量評價的理論基礎。地基基礎工程設計與施工是土木工程專業(yè)的工作內容。2. 巖土工程相關學科之間的關系28/75工程地質是巖土工程分析的條件。2. 巖土工程相關學29/75巖土地基工程 巖土邊坡工程巖土支護工程巖土洞室工程巖土環(huán)境工程3. 巖土工程類型29/75巖土地基工程 3. 巖土工程類30/754. 巖土工程的工作內容巖土工程勘察 巖土工程設計巖土工程治理巖土工程監(jiān)測巖土工程監(jiān)理30/754. 巖土工程的工作內容巖土工程勘察 31/755.

12、 巖土工程的工作方法和手段：調查勘察試驗測定分析計算方案論證監(jiān)測控制反演分析修改定案數(shù)學模擬物理模擬原位測試31/755. 巖土工程的工作方法和手段：調查勘察數(shù)學模擬32/75基礎設計6. 巖土工程工作的一般程序地質模型（平、剖面圖）地基巖土體的地質特征、地層、巖性、地下水等條件巖土物理力學性質自重應力滲流應力地基巖土體的強度（承載力）地基巖土體變形量地基的穩(wěn)定性評價與計算處理措施基底壓力巖土體中的附加應力巖土體中應力強度變形穩(wěn)定性評價處理設計的荷載（P）、基礎形式6巖土工程一般程序32/75基礎設計6. 巖土工程工作的一般程序地質模型（平、33/757. 與巖土相關的工程問題抗剪強度問題（穩(wěn)

13、定）變形問題滲透與滲透破壞33/757. 與巖土相關的工程問題抗剪強度問題（穩(wěn)定）34/75（1）強度問題: 天然與人工邊坡的滑坡地基破壞、液化 土壓力與擋土結構破壞基坑與地下工程倒塌34/75（1）強度問題: 天然與人工邊坡的滑坡地基破壞、挪威：高靈敏性土的破壞滑坡挪威：高靈敏性土的破壞滑坡香港寶城滑坡 1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，滲透力使滑動力增加，安全系數(shù)下降。香港寶城滑

14、坡 1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷)Po Shan RoadConduit RoadNotewell Road香港1900年建市，1977年成立土力工程署Po Shan Early 1972 滑坡前June 1972 滑坡后Early 1972 滑坡前June 1972 滑坡后39/75 基坑失事的事例廣州京光廣場工程基本情況：長300m,寬34m,深15m。 D=1.2m。懸臂式護坡樁。事故情況：先發(fā)生0.51.0m水平位移,凌晨1時, 臨時工棚傾入坑內

15、,3人死亡,17人受傷。原因：懸臂太長,應加錨39/75 基坑失事的事例廣州京光廣場廣州京光廣場基坑倒塌廣州京光廣場基坑倒塌京光廣場基坑支護結構的破壞京光廣場基坑支護結構的破壞42/75 珠海祖國廣場(與澳門相對)基坑深16.2m,地下連續(xù)墻,厚80cm.逆作法鋼支撐1998年5月,墻內移,鋼支撐變形過大而崩出;5月6號下午4:30,倒塌,兩棟樓倒塌進基坑,5人受傷.原因:超挖及地下水42/75 珠海祖國廣場(與澳門相對)珠海祖國廣場基坑垮塌淹水珠海祖國廣場基坑垮塌淹水廣東環(huán)市東路土釘墻塌方廣東環(huán)市東路土釘墻塌方天河北土釘事故天河北土釘事故液化引起的公路破壞液化引起的公路破壞1995年日本阪神

16、地震中的房屋傾斜1995年日本阪神地震中的房屋傾斜阪神地震液化引起的儲油罐傾斜阪神地震液化引起的儲油罐傾斜阪神地震液化引起的河道破裂阪神地震液化引起的河道破裂阪神地震液化引起道路塌陷阪神地震液化引起道路塌陷碼頭擋土墻之后地面由于液化而下沉碼頭擋土墻之后地面由于液化而下沉阪神地震中樁基上房屋周圍填方地基液化后的沉降阪神地震中樁基上房屋周圍填方地基液化后的沉降1999 年9月21日臺灣大地震液化與地基破壞1999 年9月21日臺灣大地震液化與地基破壞1999 年9月21日臺灣大地震地表破壞1999 年9月21日臺灣大地震地表破壞1999 年9月21日臺灣大地震引起山體滑坡1999 年9月21日臺灣

17、大地震引起山體滑坡56/75（2） 變形問題沉降與不均勻沉降56/75（2） 變形問題沉降與不均勻沉降關西機場 世界最大人工島1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m關西機場1986年：開工關西機場設計時預測沉降：5.77.5 m完成時實際沉降：8.1 m，5cm/月(1990年)預測主固結完成：20年后比設計超填：3m問題：沉降大且有不均勻沉降關西機場設計時預測沉降：問題：蘇州虎丘塔 不均勻沉降造成的嚴重傾斜 地基嚴重下沉 - 上海工業(yè)展覽館蘇州虎丘塔 不均勻沉降造地基嚴重下沉 -墨西哥某宮殿，左部分建于17

18、09年；右部分建于1622年。沉降達2.2米，存在明顯的沉降差。墨西哥某宮殿，由相鄰建筑物引起的沉降破壞由相鄰建筑物引起的沉降破壞kisskiss63/75（3）滲透破壞問題流土、管涌凍脹溶蝕 63/75（3）滲透破壞問題流土、管涌建于1989年71米高265米長1993年8月7日垮壩死亡300余人滲透破壞: 青海溝后水庫的潰口建于1989年滲透破壞: 青海溝后水庫的潰口1998年長江大堤1998年長江大堤武漢丹水池堤防搶險武漢丹水池堤防搶險1998洪水1998年洪水中各種險情6000余處1998洪水1998年洪水中各種險情6000余處(a)管涌(b)散浸(e)塌坡 (g)漫頂 (c) 滑坡(

19、d) 空洞(f)崩岸隱患與險情(a)管涌(b)散浸(e)塌坡 (g)漫頂 (c) 滑管涌與流土管涌與流土(a)(a)1998年九江潰堤1998年九江潰堤九江大堤決口潰口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。 九江大堤決口潰口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)73/751998年石首崩岸73/751998年石首崩岸潰堤：湖北，簰州灣，1998年8月2日潰堤：上海軌道交通四號線越江隧道工程上海軌道交通四號線越江隧道工程(一)工程概

20、況 浦東南路站南浦大橋站區(qū)間隧道工程是上海市重大工程項目軌道交通四號線工程的一個重要組成部分。浦東南路站到南浦大橋站區(qū)間隧道上行線長2001M，下行線長1987M，其中江中段440M。區(qū)間隧道頂最大埋深為37.7M，隧道中心線水平距離為10.984M，隧道最大坡度為3.2%。 (一)工程概況 浦東南路站南浦大橋站區(qū)間隧道工程是 盾構從浦東向浦西推進，在穿越黃浦江后經防汛墻、外馬路、文廟泵站、音像制品批發(fā)交易市場進入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行線逐漸由水平同向推進轉為垂直同向推進直至浦西南浦大橋站。 圖中用深顏色表示的就是本次事故的發(fā)生區(qū)域。 風井 盾構從浦東向浦西推進，在穿越黃浦江后經防

21、汛墻、外馬路工 程 地 質層號地層名稱層厚（M）層底標高（MC）人工填土6.39-2.14灰色粘質10.5-12.641為色粘土3.50-16.142灰色粉質粘土4.50-20.64暗綠-草黃色粉質粘土4.30-24.941草黃色砂質粉土9.20-34.142草黃色粉砂 從地質報告中可知道在30M深度以下，地層為第七層(1層、2層)，該土層砂性重，透水性好，易液化。聯(lián)絡通道位于第七土層，同時該土層為上海第一承壓水層，承壓水最高水位為地面以下7.58M，最高水頭為21.7M。工 程 地 質層號地層名稱層厚（M）層底標高（MC）人工填(三)參建各方 投 資 單 位建 設 單 位建設代理單位設 計

22、單 位施工總包單位施工分包單位監(jiān) 理 單 位上海申通集團有限公司上海軌道交通明珠線（二期）發(fā)展有限公司上海地鐵建設有限公司上海市隧道工程軌道交通設計研究院上海隧道工程股份有限公司北京中煤礦山工程公司上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司(三)參建各方 投 資 單 位建 設 單 (一)險情情況7月1日 凌晨，聯(lián)絡通道發(fā)生流沙涌水，導致隧道上下行線嚴重積水，進泥沙。同時以風井為中心的地面開始出現(xiàn)裂縫、沉降。 6：00，音像樓發(fā)生明顯變形，墻面開裂，房屋開始傾斜。 7：30，地面裂縫明顯加劇，沉降加快。文廟泵站明顯沉降、傾斜，風井也明顯沉陷。 9：00音像樓裙房發(fā)生二次突沉，并部分坍塌，大樓繼續(xù)傾斜，墻面開裂加劇。 15：