土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)(典型案例)

編制：安徽理工大學(xué)編制：安徽理工大學(xué)20山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。3.阪神大地震中地基液化神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷4某電站匯合渠3號渡槽進(jìn)口槽臺——（地基承載力不足——導(dǎo)致地基沉降嚴(yán)重）（1）、失事過程回放某電站工程指揮部于1996年10月27日對于已完工的部分工程進(jìn)行試水。8:30左右，在黃九坳渠首開閘放水，放水流量為0.8秒立米（黃九坳引水渠設(shè)計流量為2.7秒立米；匯合渠設(shè)計流量為6.0秒立米）。10：30左右，水流到達(dá)匯合渠的溢流堰,由于溢流堰的沖砂孔直徑只有400mm,排水流量小，以至匯合渠水位基本達(dá)到設(shè)計水位。14：15左右，值班人員巡查至匯合渠3號渡槽進(jìn)口槽臺時未發(fā)現(xiàn)漏水和滲水現(xiàn)象。15：45分左右，值班人員發(fā)現(xiàn)匯合渠3號渡槽進(jìn)口槽臺附近的連段出現(xiàn)裂縫和大量漏水，并立即報告指揮部。16：00左右，有關(guān)人員趕到出事地點，發(fā)現(xiàn)連接段距B點1.3m處的E點有一條向上游傾斜的裂縫（見示意圖）。EB段下沉1cm,槽身微微傾斜，在場的技術(shù)人員感到情況不妙，立即趕到上游300m左右的沖砂閘，開閘防水，但開閘很不順利。17：00左右，有關(guān)人員返回3號渡槽時，發(fā)現(xiàn)槽臺基礎(chǔ)已被大量的漏水淘空情況示意圖已十分嚴(yán)重。17：10分，槽臺失穩(wěn)跌落，槽身一端已跌落在沖刷坑中，另一端仍支在排架上。17：30分，整段槽身跌落土坑中，從放水至槽臺、槽身破壞共歷時9個小時左右。根據(jù)各方面的調(diào)查和分析，該電站匯合渠3號渡槽進(jìn)口槽臺失事原因如下：（2）失事原因分析1）該槽臺地基沒有相應(yīng)的地質(zhì)資料及相關(guān)土工試驗資料。經(jīng)事后土工試驗分析，該地基土質(zhì)偏軟，壓縮性大，實際承載力為100~120kPa，地基承載力偏低（地基的設(shè)計承載力平均值為116.8kPa）。當(dāng)渡槽通水時，地基的應(yīng)力達(dá)到或接近地基承載力，地基沉降嚴(yán)重，造成整個槽臺下沉，致使渡槽連接段斷裂，直接引發(fā)這次事故。

2）施工單位在地基開挖后沒有通知設(shè)計、監(jiān)理人員對地基進(jìn)行驗收。3）渠道的總體設(shè)計有不少缺陷。如沒有設(shè)置數(shù)量足夠與設(shè)計合理的放空閘、溢流堰、沖砂閘等。4）指揮部對這次試水不夠重視，沒有具體的安排和布置，沒有一整套應(yīng)急方案。（3）主要經(jīng)驗教訓(xùn)：1）應(yīng)重視地質(zhì)堪察和土工試驗工作；2）槽臺基礎(chǔ)要放在堅實的地基上；3）設(shè)計要合理；4）相關(guān)部門（設(shè)計、施工、監(jiān)理）應(yīng)作好配合、協(xié)調(diào)工作；5）主管部門應(yīng)有實用的應(yīng)急預(yù)案。二、與土或土體有關(guān)的變形問題目前:1590:伽利略在此塔做272：178：173：塔向南傾斜，南北兩端沉降差目前:1590:伽利略在此塔做272：178：173：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工至4層中，高約29m，因傾斜停工動工落體實驗（1）概況比薩市位于意大利中部，而比薩斜塔位于比薩市北部，它是比薩大教堂的一座鐘塔，在大教堂東南方向相距約25m。比薩斜塔是一座獨立的建筑，周圍空曠，比薩斜塔建造，經(jīng)歷了三個時期：第一期，自1173年9月8日至1178年，建至第4層，高度約29m時，因塔傾斜而停工。第二期，鐘塔施工中斷94年后，于1272年復(fù)工，至1278年，建完第7層，高48m，再次停工。第三期，經(jīng)第二次施工中斷82年后，于1360年再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共八層，高度為55m。全塔總荷重約為145MN，塔身傳遞到地基的平均壓力約500kPa。目前塔北側(cè)沉降量約90cm，南側(cè)沉降量約270cm，塔傾斜約5.5°，十分嚴(yán)重。比薩斜塔向南傾斜，塔頂離開垂直線的水平距離已達(dá)5.27m,等于我國虎丘塔傾斜后塔頂離開水平距離的2．3倍。幸虧比薩斜塔的建筑材料大理石條石質(zhì)量優(yōu)，施工精細(xì)，尚未發(fā)現(xiàn)塔身有裂縫。比薩斜塔基礎(chǔ)底面傾斜值，經(jīng)計算為0.093，即93％0,我國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GBJ7—89中規(guī)定：高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜，當(dāng)建筑物高度Hg為：50m<HgW100m時，其允許值為0.005,即5%。目前比薩斜塔基礎(chǔ)實際傾斜值已等于我國國家標(biāo)準(zhǔn)允許值的18倍。由此可見，比薩斜塔傾斜已達(dá)到極危險的狀態(tài)，隨時有可能倒塌。（2）事故原因分析關(guān)于比薩斜塔傾斜的原因，早在18世紀(jì)記載當(dāng)時就有兩派不同見解：一派由歷史學(xué)家蘭尼里?克拉西為首，堅持比薩塔有意建成不垂直；另一派由建筑師阿萊山特羅領(lǐng)導(dǎo)，認(rèn)為比薩塔的傾斜歸因于它的地基不均勻沉降。本世紀(jì)以來，一些學(xué)者提供了塔的基本資料和地基土的情況。比薩斜塔地基土的典型剖面由上至下，可分為8層：①表層為耕植土，厚160m；②第2層為粉砂，夾粘質(zhì)粉土透鏡體，厚度5.40m；③第3層為粉土，厚3.0m；④第4層為上層粘土，厚度10.5m；⑤第5層為中間粘土，厚為5.0m；⑥第6層為砂土，厚為2.0m；⑦第7層為下層粘土，厚度12.5m；⑧第8層為砂土，厚度超過20.0m。有人將上述8層土合為3大層：①一③層為砂質(zhì)粉質(zhì)土；④一⑦層為粘土層；⑧層為砂質(zhì)土層。地下水位深1.6m,位于粉砂層。根據(jù)上述資料分析認(rèn)為比薩鐘塔傾斜的原因是：①鐘塔基礎(chǔ)底面位于第2層粉砂中。施工不慎，南側(cè)粉砂局部外擠，造成偏心荷載，使塔南側(cè)附加應(yīng)力大于北側(cè)，導(dǎo)致塔向南傾斜。②塔基底壓力高達(dá)500kPa，超過持力層粉砂的承載力，地基產(chǎn)生塑性變形，使塔下沉。塔南側(cè)接觸壓力大于北側(cè)，南側(cè)塑性變形必然大于北側(cè)，使塔的傾斜加劇。③鐘塔地基中的粘土層厚達(dá)近30m，位于地下水位下，呈飽和狀態(tài)。在長期重荷作用下，土體發(fā)生蠕變，也是鐘塔繼續(xù)緩慢傾斜的一個原因。④在比薩平原深層抽水，使地下水位下降，相當(dāng)于大面積加載，這是鐘塔傾斜的重要原因。在60年代后期與70年代早期，觀察地下水位下降，同時鐘塔的傾斜率增加。當(dāng)天然地下水恢復(fù)后，則鐘塔的傾斜率也回到常值。（3）事故處理方法①卸荷處理為了減輕鐘塔地基荷重，1838年至1839年，于鐘塔周圍開挖一個環(huán)形基坑。基坑寬度約3.5m，北側(cè)深0。9m，南側(cè)深2.7m。基坑底部位于鐘塔基礎(chǔ)外伸的三個臺階以下，鋪有不規(guī)則的塊石?；油鈬靡?guī)整的條石垂直向砌筑?；禹斆嬉酝獾孛嫫教埂＂诜浪c灌水泥漿為防止雨水下滲，于1933—1935年對環(huán)型基坑做防水處理，同時對基礎(chǔ)環(huán)周用水泥漿加強。③為防止比薩斜塔散架，于1992年7月開始對塔身加固。以上處理方法均非根本之計。其關(guān)鍵應(yīng)是對地基加固而又不危及塔身安全。其難度是很大。此外，比薩斜塔貴在斜，因為1590年伽利略曾在此塔做落體實驗，創(chuàng)立了物理學(xué)上著名的落體定律。斜塔成為世界上最珍貴的歷史文物，吸引無數(shù)國內(nèi)外游客。如果把塔扶正，實際破壞了珍貴文物。因此，比薩斜塔的加固處理難度大，既要保持鐘塔的傾斜，又要不擾動地基避免危險，還要加固地基，使斜塔安然無恙。有志之土如能研究出一個切實可行的方案．則是一大貢獻(xiàn)。

處理措施1838-1839:挖環(huán)形基坑卸載1933-1935:基坑防水處理基礎(chǔ)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(jìn)行地基處理目前：已向游人開放。2、虎丘塔（1）工程事故概況虎丘塔位于蘇州市西北虎丘公園山頂，原名云巖寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久歷史。全塔七層，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊與塔心三部分組成?；⑶鹚看u砌，外型完全模仿樓閣式木塔，每層都有八個壺門，拐角處的磚特制成圓弧形，十分美觀，在建筑藝術(shù)上是一個創(chuàng)造。中外游人不絕。1961年3月4日國務(wù)院將此塔列為全國重點文物保護單位。1980年6月虎丘塔現(xiàn)場調(diào)查，當(dāng)時由于全塔向東北方向嚴(yán)重傾斜，不僅塔頂離中心線已達(dá)2.31m，而且底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑而封閉、停止開放。仔細(xì)觀察塔身的裂縫，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，塔身的東北方向為垂直裂縫，塔身的西南面卻是水平裂縫。（2）事故原因分析

經(jīng)勘察，虎丘山是由火山噴發(fā)和造山運動形成，為堅硬的凝灰?guī)r和晶屑流紋巖。山頂巖面傾斜，西南高，東北低?；⑶鹚鼗鶠槿斯さ鼗?，由大塊石組成，塊石最大粒徑達(dá)1000mm。人工塊石填土層厚1—2m,西南薄，東北厚。下為粉質(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀態(tài)，也是西南薄，東北厚。底部即為風(fēng)化巖石和基巖。塔底層直徑13.66m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度西南為2.8m,東北為5.8m,厚度相差3.0m,這是虎丘塔發(fā)生傾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，源源雨水滲入地基塊石填土層，沖走塊石之間的細(xì)粒土，形成很多空洞，這是虎丘塔發(fā)生傾斜的重要原因。在十年“文革”期間，無人管理，樹葉堵塞虎丘塔周圍排水溝，大量雨水下滲，加劇了地基不均勻沉降，危及塔身安全。從虎丘塔結(jié)構(gòu)設(shè)計上看有很大缺點，沒有做擴大的基礎(chǔ)，磚砌塔身垂直向下砌八皮磚，即埋深0.5m,直接置于上述塊石填土人工地基上。估算塔重63000kN,則地基單位面積壓力高達(dá)435kPa,超過了地基承載力。塔傾斜后，使東北部位應(yīng)力集中，超過磚體抗壓強度而壓裂。（3）事故處理方法：首先采取加固地基的辦法。第一期加固工程是在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻，其目的為減少塔基土流失和地基土的側(cè)向變形。在離塔外墻約3m處，用人工挖直徑1.4m的樁孔，深入基巖50cm,澆筑鋼筋混凝土。人工挖孔灌注樁可以避免機械鉆孔的振動。地基加固先從不利的塔東北方向開始，逆時針排列，一共44根灌注樁。施工中，每挖深80cm即澆15cm厚井圈護壁。當(dāng)完成6—7根樁后，在樁頂澆筑高450mm圈梁，連成整體?；⑶鹚鼗庸滩贾脠D第二期加固工程進(jìn)行鉆孔注漿和樹根樁加固塔基。鉆孔注水泥漿位于第一期工程樁排式圓環(huán)形地下連續(xù)墻與塔基之間，孔徑90mm,由外及里分三排圓環(huán)形注漿共113孔，注入漿液達(dá)26637rn3。樹根樁位修于塔身內(nèi)順回廊中心和八個壺門內(nèi)，共做32根垂直向樹根樁。此外，在壺門之間8個塔身，各做2根斜向樹根樁?？傆?8根樹根樁，樁直徑90mm,安設(shè)3①16受力筋，采用壓力注漿成樁?；⑶鹚鼗庸滩贾脠D這項虎丘塔地基加固工程，由上海市特種基礎(chǔ)工程研究所改裝了XJ.100—1型鉆機，用干鉆法完成，效果良好。3、關(guān)西機場（世界最大人工島）概況：1986年：開工；1990年：人工島完成；1994年：機場運營；面積:4370mxi250m；填筑量：18Ox106m3；平均厚度：33m。問題：沉降大且有不均勻沉降。設(shè)計時預(yù)測沉降：5.7—7.5m；完成時實際沉降：8.1m,5cm/月；（1990年）;預(yù)測主固結(jié)完成：20年后；比設(shè)計超填：3m。4.墨西哥市藝術(shù)宮墨西哥國家首都墨西哥市藝術(shù)宮，是一座巨型的具有紀(jì)念性的早期建筑。此藝術(shù)宮于1904年落成，至今已有90余年的歷史。該市處于四面環(huán)山的盆地中，古代原是一個大湖泊。因周圍火山噴發(fā)的火山沉積和湖水蒸發(fā)，經(jīng)漫長年代，湖水干涸形成目前的盆地。當(dāng)?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，

天然孔隙比e高達(dá)7?12,天然含水量■高達(dá)150%?600%,為世界罕見的軟弱土，層厚達(dá)25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m。臨近的公路下沉2m,公路路面至藝術(shù)宮門前高差達(dá)2m。參觀者需步下9級臺階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴(yán)重的典型實例。下沉量為一般房屋一層樓有余，造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加。三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問題1.Teton壩概況：土壩，高90m,長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事。損失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路。原因：滲透破壞一水力劈裂。1976年6月5日上午10:30左右，游壩面有水滲出并帶出泥”11:00左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加11：50左右11：50左右11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。洞口擴大加速泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下12：00A坍塌口加寬洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀

.九江大堤決口潰口原因：堤基管涌.龍山水庫龍山水庫迎水坡防滲加固(1)基本情況龍山水庫位于武江上游廊田河支流龍山水上。地處樂昌市東北部的廊田鎮(zhèn)龍山管理區(qū)龍山村。離京廣鐵路約12km。集雨面積26.2krw，水庫總庫容1124X104m3。是一宗以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐工程是由大壩、溢洪道、輸水隧洞和壩后電站組成。大壩于1973年4月按漿砌石重力壩方案施工，于1976年改為土石混合壩，1979年2月大壩建成蓄水。壩高61.5m,壩頂高程361.5m,設(shè)計洪水位359.69m,校核洪水位360.42m,正常運用水位358.7m。壩頂寬10.2m,壩頂長155m,壩基為中下泥盤系石英砂巖，離壩軸線上游80m作了帷幕灌漿處理。壩體從高程290~315m