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邊坡穩(wěn)定性分析與地基處理1課程設(shè)計資料A
邊坡穩(wěn)定性分析3填方挖方1概述城市中的邊坡問題(香港,重慶)“房如積木順坡蓋”吊腳樓治理8字方針減載、壓腳、固腰、排水4研究生課程《邊坡工程學(xué)》講座之二5邊坡----指具有傾斜坡面的巖土體(天然邊坡、人工邊坡)。滑坡----邊坡喪失其原有穩(wěn)定性,一部分巖土體相對于另一部分巖土體發(fā)生滑動的現(xiàn)象稱為滑坡。61.1邊坡穩(wěn)定性綜合評價方法流程分析模式現(xiàn)場觀測地質(zhì)勘探地質(zhì)測量建立地質(zhì)模型判定破壞模型選擇穩(wěn)定分析方法確定計算參數(shù)穩(wěn)定性計算加固方案設(shè)計建立穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信息反饋修改加固方案(1)通過工程地質(zhì)勘察獲取基礎(chǔ)地質(zhì)資料。(2)結(jié)合多種影響因素對邊坡總體穩(wěn)定性進(jìn)行定性或半定量評價。(3)對邊坡破壞模式作出判別,選擇適當(dāng)方法進(jìn)行穩(wěn)定分析計算。(4)制定加固及監(jiān)測設(shè)計方案。7分析原則邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)遵循以定性分析為基礎(chǔ),以定量計算為重要輔助手段,進(jìn)行綜合評價的原則?,F(xiàn)場觀測地質(zhì)勘探地質(zhì)測量建立地質(zhì)模型判定破壞模型選擇穩(wěn)定分析方法確定計算參數(shù)穩(wěn)定性計算加固方案設(shè)計建立穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信息反饋修改加固方案8土坡:為土質(zhì)邊坡。通??梢砸暈榫|(zhì)體。其穩(wěn)定性分析在土力學(xué)中有比較成熟的理論,其支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計也較為規(guī)范巖坡:為巖質(zhì)邊坡。其穩(wěn)定性通常受結(jié)構(gòu)面控制。結(jié)構(gòu)面的不同分布形式控制了邊坡的穩(wěn)定及對其控制方式1.2
土坡與巖坡9巖質(zhì)邊坡破壞形式是指坡體結(jié)構(gòu)面成為滑裂面的空間組合形態(tài)特征和滑動的機(jī)理。常見的、簡單的破壞形式有:
1)簡單平面滑動。
2)折線(階梯形)平面滑動。
3)雙滑面(楔形)滑動。
4)圓弧滑動。
5)拉裂(傾倒)破壞。
1.3巖質(zhì)邊坡破壞模式及影響穩(wěn)定的因素1.3.1巖質(zhì)邊坡破壞模式1011平班水電站進(jìn)場所公路滑坡平面滑坡12漫灣“三洞”滑坡漫灣左壩肩滑坡弧面滑坡流紋巖13三峽船閘邊坡錦屏庫區(qū)楔體滑動14傾倒滑動15邊坡穩(wěn)定性分析和支護(hù)設(shè)計,首先應(yīng)正確判斷邊坡可能破壞的形式、規(guī)模和邊界條件。否則,支護(hù)設(shè)計必然具有盲目性,其結(jié)果或者使工程隱含安全風(fēng)險,或者造成重大浪費(fèi)。建筑巖質(zhì)邊坡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的初步判定,可采用赤平極射投影與實體比例投影兩種方法相結(jié)合的圖解分析法??煞从吵銎鹂刂谱饔玫慕Y(jié)構(gòu)面和次要的結(jié)構(gòu)面,反映出邊坡可能失穩(wěn)體的滑動方向、形狀與規(guī)模。并可在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用空間力學(xué)的分解法來驗算可能失穩(wěn)滑動巖體的穩(wěn)定系數(shù)及抗滑力。16失穩(wěn)模式判別有誤171.3.2邊坡穩(wěn)定影響因素因素綜合反映表征參數(shù)備注序號大類中類小類Ⅰ巖體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度組數(shù)巖體完整程度巖體結(jié)構(gòu)類型、完整性指數(shù)間距結(jié)合程度結(jié)構(gòu)體特征形狀及大小咬合程度Ⅱ巖石強(qiáng)度巖性成分(膠結(jié)物)結(jié)構(gòu)(膠結(jié)程度)構(gòu)造(層厚)巖石堅硬等級飽和單軸抗壓強(qiáng)度風(fēng)化程度堅硬程度影響邊坡穩(wěn)定性主要因素及其表征參數(shù)181.4
巖坡破壞模式識別赤平投影分析結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的地質(zhì)術(shù)語
·
傾向/走向(相互垂直)
·
傾斜/傾角(真傾角)
·
真傾角>視傾角
·
地質(zhì)報告表示:傾向80°,傾角45°(或80°∠45°)走向170°,傾向北東,傾角45°
1919赤平投影球面大圓與極射點(diǎn)的連線必然穿過赤平面,在赤平面上這些穿透點(diǎn)的連線即為該平面的相應(yīng)大圓的赤平投影,簡稱大圓弧2020一組結(jié)構(gòu)面2121邊坡失穩(wěn)的三種類型與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)面赤平投影圖的對應(yīng)關(guān)系(a)平面破壞
(b)楔體破壞
(C)傾倒破壞2223第一類方法是根據(jù)滑裂面上的抗滑力和滑動力直接計算邊坡安全系數(shù)?;衙嫔系牧梢杂苫w的靜力平衡條件求解,這類方法包括剛體極限平衡法、關(guān)鍵塊理論等。第二類方法首先采用數(shù)值分析方法如有限元、離散元、塊體元和DDA等,確定邊坡的位移場和應(yīng)力場,再采用超載法、強(qiáng)度儲備法等使邊坡達(dá)到極限狀態(tài),從而間接地得到穩(wěn)定安全系數(shù)。這種方法不僅考慮了滑移體力的平衡,而且考慮了位移協(xié)調(diào)條件和巖體本構(gòu)關(guān)系等。1.5
巖坡穩(wěn)定性分析方法類型241.5
巖坡穩(wěn)定性分析方法類型定性、定量工程地質(zhì)類比法剛體極限平衡法、數(shù)值分析法平面和弧面滑動-Sarma法;楔體滑動;傾倒破壞-Goodman-Bray法25邊坡穩(wěn)定性分析原則缺點(diǎn):沒有考慮巖土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系無法分析邊坡破壞的發(fā)生和發(fā)展過程無法考慮變形對邊坡穩(wěn)定的影響沒有考慮巖土體與支擋結(jié)構(gòu)的共同作用及其變形協(xié)調(diào)傳統(tǒng)分析方法
--能合理假定滑裂面形狀,建立在極限平衡理論基礎(chǔ)上用途:求穩(wěn)定系數(shù)時當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜或邊坡分析需要考慮應(yīng)力變形時,宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。
邊坡穩(wěn)定性計算方法(31)(建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2002)
根據(jù)邊坡類型和可能的破壞形式,可按下列原則確定:
1)土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動法計算;2)對可能產(chǎn)生平面滑動的邊坡宜采用平面滑動法進(jìn)行計算;3)對可能產(chǎn)生折線滑動的邊坡宜采用折線滑動法進(jìn)行計算;4)對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡,可配合采用赤平極射投影法和實體比例投影法分析;5)當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時,宜結(jié)合數(shù)值分析方法進(jìn)行。272工程地質(zhì)類比法2.1邊坡穩(wěn)定條件形態(tài)對比法2.2邊坡失穩(wěn)條件對比法28目前邊坡穩(wěn)定分方法許多都是建立在極限平衡理論之上,而且大都采用剛體極限平衡法,這些方法簡單易行。其基本出發(fā)點(diǎn)是把巖塊作為一個剛體,為方便計算作一些假定,不考慮巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,因而這種建立在剛體極限平衡理論上的穩(wěn)定分析方法無法考慮邊坡的變形與穩(wěn)定。
3剛體極限平衡法29廣泛使用的圓弧滑動法最初是由瑞典工程師提出的。用于冰川沉積厚層軟粘土3.1瑞典圓弧條分法3.1.1整體圓弧法(瑞典圓弧法)30(一)分析計算方法
1.假設(shè)條件:
均質(zhì)土
二維
圓弧滑動面
滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動
在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW312.平衡條件(各力對O的力矩平衡)(1)滑動力矩:(3)安全系數(shù):(2)抗滑力矩:ORdCBAW323.1.2條分法的基本原理及分析(1)原理注:無法求理論解,是一個邊值問題,應(yīng)通過數(shù)值計算解決。一個簡化解決方法是將滑動土體分成條—條分法。實際是一種離散化計算方法整體圓弧法:n是l(x,y)的函數(shù)AORCsbB-2-10123456733(2)條分法中的和求解條件第i條土的作用力WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi34(2)條分法中的力和求解條件Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點(diǎn):NiTiti共3n個作用在邊界上的力及作用點(diǎn):
PiHihi共3(n-1)個(兩端邊界是已知的)假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs(且每條Fs都相等) Fs
共1個未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-2
共n條土的未知量數(shù)目WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi35(3)力平衡條件(求解條件)各條:水平向靜力平衡條件:
x=0 共n個垂直向靜力平衡條件:
y=0共n個力矩平衡條件:
M0=0共n個在n個滑動面上各條處于極限平衡條件:共n個求解條件共4n個36討論由于未知數(shù)為6n-2個求解條件為4n個二者相差(2n-2)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件,對應(yīng)不同計算方法整體圓弧法:n=1, 6n-2=4個未知數(shù),4個方程其他方法: 大多是假設(shè)力作用點(diǎn)位置或忽略一些條間力幾種分析計算方法的總結(jié)373.1.3簡單條分法(瑞典條分法)(1).基本原理:忽略了所有條間作用力,即:
Pi=Hi=hi=0 3n-3ti=li/2
n未知數(shù):(6n-2)-(4n-3)=2n+1AORCibBidiTiNiWi38(2).安全系數(shù)計算Ni方向靜力平衡(n個)求解方程(2n+1)個
滑動面上極限平衡(n個)
總體對圓心的力矩平衡滑動力矩=抗滑力矩(1個)39(3).
簡單條分法計算步驟圓心O,半徑R(如圖)分條:b=R/10編號:過圓心垂線為0#條中線列表計算liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-10123456740(4).瑞典簡單條分法的討論由于忽略條間力,有些平衡條件不能滿足
忽略了條間力,所計算安全系數(shù)Fs偏小,假設(shè)圓弧滑裂面,使Fs偏大,最終結(jié)果是Fs偏小,越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小
假設(shè)圓弧滑裂面,與實際滑裂面有差別一般情況下,F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全413.2畢肖甫(Bishop)法42(1).原理與特點(diǎn)
假設(shè)滑裂面為圓弧
不忽略條間作用力在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件每條上作用力在y方向(豎直)上靜力平衡總體對圓心O力矩平衡
DPi
不出現(xiàn)注:(未考慮各條水平向作用力及各條力矩平衡條件,實際上條件不夠:缺Hi,共(n-1)個條件設(shè)Hi=0則條件夠了——簡化Bishop法,忽略條間切向力)43求解條件平衡條件:2n+1未知數(shù):6n-21)由于豎向力平衡Pi(Pi)不出現(xiàn)—(n-1)2)不計各條力矩平衡ti及hi—(2n-1)3)假設(shè)Hi=0(不計條間切向力)—(n-1)44(2).安全系數(shù)公式其中45(3)
畢肖甫法計算步驟圓心O,半徑R設(shè)Fs=1.0計算mqiYESFs最小END計算NoYESNo46方法的適用性這類方法用于分析邊坡巖體邊坡穩(wěn)定性,一般說來是不合適的只有在均質(zhì)各向同性的巖或傾向反坡的薄層狀結(jié)構(gòu)的松散巖體構(gòu)成的邊坡中,才有某種近似的意義.在其它一般情況下,巖質(zhì)邊坡的可能滑動面都是非圓弧狀的。471.原理與特點(diǎn)(3)6n-2個未知數(shù)(1)任意形式滑裂面,不一定圓弧共計6n個條件(2)假設(shè)Ni作用點(diǎn) nPi作用點(diǎn) n-1極限平衡條件n 3n+13.3普遍條分法(簡布
Janbu法)48AORCibBidiTiNiWiWihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXih假定條塊間水平作用力的位置49
普遍條分法(簡布
Janbu法)WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXihPi=Pi+1-PiH=Hi+1-HiWiNiTi=(cili+Nitan)/Fsii通過靜力平衡求Pi502345678910111P0=0P11=0Pi=Pi+1-PiH=Hi+1-HiWiNiTi=(cili+Nitan)/FsiiP1=P1P2=P1+P2=P1+P2Pi=Pi
(i=1,j)Pn=Pi=0
(i=1,n)512.安全系數(shù)公式計算比較繁雜523.4幾種分析計算方法的總結(jié)方法的適用性這類方法用于分析邊坡巖體邊坡穩(wěn)定性,一般說來是不合適的只有在均質(zhì)各向同性的巖或傾向反坡的薄層狀結(jié)構(gòu)的松散巖體構(gòu)成的邊坡中,才有某種近似的意義.在其它一般情況下,巖質(zhì)邊坡的可能滑動面都是非圓弧狀的。533.5傳遞系數(shù)法折線法,是驗算山區(qū)土層沿著巖面滑動最常用的邊坡穩(wěn)定驗算法基本假定:每個分條范圍內(nèi)的滑動面為一直線段,即整個滑體是沿著折線進(jìn)行滑動。進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗算時,可根據(jù)巖面的實際情況,分割成若干直線,每個直線段則成為一分條。分條間的反力平行于該分條的滑動面,且作用點(diǎn)在分隔面的中央。如第i塊與下面i+1塊間的反力Pi,平行于第i塊的滑動面。
54根據(jù)滑動面上力的平衡條件,可獲得分條間的反力Pi計算式
ψi-1稱為傳遞系數(shù),即對第i塊而言,上面第i-1塊對第i塊作用力的傳遞系數(shù)。計算時從邊坡頂部第1塊開始,順次一直往下進(jìn)行計算,直算至最末一塊,便可計算出該邊坡最后一塊的推力P。如果最后一塊的推力P為小于0的數(shù)值,說明該邊坡是穩(wěn)定的。
55k-Pn關(guān)系1)上列各式中的抗剪強(qiáng)度安全分項系數(shù)kf、kc,在數(shù)值上是不相同的。摩擦角比較穩(wěn)定,而粘聚力的破壞因素較多,所以通常采用較高的安全分項系數(shù)。在邊坡工程計算中,摩擦角安全分項系數(shù)kf常采用1.25~1.67;粘聚力安全分項系數(shù)kc常采用2.5~5.0。在工程設(shè)計中,同一個項目的計算中采用兩個不同的安全分項系數(shù),計算比較麻煩,通常采用一個統(tǒng)一的安全分項系數(shù)k來進(jìn)行計算。
2)利用上式來計算邊坡的安全分項系數(shù),為減少計算工作量,可先假定若干個安全分項系數(shù)k,分別計算出最后一塊的塊間推力Pn值,然后在座標(biāo)紙上繪制k與Pn的關(guān)系曲線,對應(yīng)于Pn=0的安全分項系數(shù)k,就是邊坡的實際安全分項系數(shù)。為提高計算的精度,可利用該安全分項系數(shù),再逐條進(jìn)行核算,核對最后分條的Pn值是否為0。56k-Pn關(guān)系曲線57國家規(guī)范方法:
一般不采用上述抗剪強(qiáng)度指標(biāo)折減的辦法,而是采用將各分條的條間推力乘以一個大于1.0的系數(shù)k向下傳遞,各分條間的推力,即為下滑力。計算到最后一塊的推力,即為邊坡的最后下滑力。為此傳遞系數(shù)法的計算式改寫為:系數(shù)k--1.25,甲級;
1.15,乙級;
1.05,丙級58指邊坡上具有一組傾向大致與邊坡坡向相同的結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面以上的巖體,很容易沿著結(jié)構(gòu)面滑動。結(jié)構(gòu)面的傾角30~70°小于30°大于70°穩(wěn)定性破壞的可能性可能性最大不太容易不容易3.6單結(jié)構(gòu)面外傾邊坡59
地下水位線以上V1部份:W1=V1γ1
法向力:N1=W1cosα
下滑力:T1=W1sinα
V3部份長期處于地面水位以下,計算其重力時采用浮重度γ’,則該部份的重力為:
W3=V3γ’
法向力:N3=W3cosα
下滑力:T3=W3sinα
V2部份長期處于地下水位以下,應(yīng)采用飽和重度γsat,則該部份的重力為:W2=V2γsat
法向力:N2=W2cosα
下滑力:T2=W2sinα60
由于結(jié)構(gòu)面上存在著孔隙水壓力,在邊坡穩(wěn)定中,將出現(xiàn)負(fù)面影響,可在上列法向力N2減去孔隙水壓力,孔隙水壓力U可采用下式進(jìn)行計算:
61指邊坡巖體中具有兩組結(jié)構(gòu)面,且兩組結(jié)構(gòu)面的傾向都與邊坡的坡向基本一致的邊坡主滑面層面較長輔滑面構(gòu)造性裂隙或卸荷裂隙較陡
3.7雙結(jié)構(gòu)面外傾邊坡62兩個聯(lián)立方程,3個未知量:N1、N2和k輔滑面結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面能承受的拉力值是很微弱的,即其中的N1值可假定為0
63
邊坡巖體中存在著兩組結(jié)構(gòu)面,該兩組結(jié)構(gòu)面的走向和傾向,均與邊坡呈斜交狀態(tài)。但兩組結(jié)構(gòu)面有可能在邊坡上形成一棱形體,在一定的時空條件下,將沿著棱形體的棱線向下滑塌。3.8雙結(jié)構(gòu)面棱形體破壞64在棱形體的兩個結(jié)構(gòu)面上,可能出現(xiàn)的最大剪力值,是結(jié)構(gòu)面上的抗剪強(qiáng)度,即Nf+cA(其中:f=tanφ,A為結(jié)構(gòu)面的面積),前者是由于法向壓力產(chǎn)生的摩擦阻力,后者是由于結(jié)構(gòu)面上的粘聚力。
棱形體的下滑力為T則該邊坡的安全分項系數(shù)可由下式計算:3個未知量:N1、N2、T,可按空間力系的平衡原理
65該方法可用于任意形狀滑面的邊坡穩(wěn)定問題。目前在工程地質(zhì)界被認(rèn)為是滑坡計算考慮比較全面、比較合理的一種邊坡穩(wěn)定性評價方法。這種方法具有以下三個特點(diǎn):1)可根據(jù)滑體的地質(zhì)特性、結(jié)構(gòu)面構(gòu)造,對滑體進(jìn)行按節(jié)理構(gòu)造的斜分條及不等距分條.使各條塊盡量模擬實際風(fēng)化巖體。2)可較詳盡地模擬側(cè)面節(jié)理、斷層造成的滑體強(qiáng)度特點(diǎn)。3)滑體滑動時,不僅滑動面上的各種力達(dá)到了極限平衡,側(cè)面也達(dá)到了極限平衡。3.9巖質(zhì)邊坡Sarma法66Sarma條分法假定滑裂面為任意形狀,在每一巖土條重心位置作用著一個水平地震慣性力KWi,由于它的作用,使滑裂面恰好達(dá)到極限狀態(tài),也就是使滑裂面上的穩(wěn)定安全系數(shù)Fi=1。在解題時,可以不用試算或迭代,而以臨界地震加速度Kc作為判斷邊坡穩(wěn)定程度的標(biāo)準(zhǔn),使工作量大為減輕。如果Kc<0,則Fi<1,邊坡不穩(wěn)定;反之,邊坡穩(wěn)定。同時,SARMA條分法還假定沿兩相鄰?fù)翖l的垂直分界面,所有平行于土條底面的斜面均處于極限平衡狀態(tài),在這個前提下,推導(dǎo)出切向土條間力X的分布,從而使超靜定問題變成靜定問題。3.9巖質(zhì)邊坡Sarma法673.9巖質(zhì)邊坡Sarma法683.9巖質(zhì)邊坡Sarma法69
針對極限平衡法國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行大量的研究,如H.Kumsar等(StabilityAssessmentofRockSlopesAgainstWedgeFailures,RockMech.RockEngng,2000,33介紹了靜力和動力荷載條件下楔體滑坡模型實驗研究情況,在極限平衡分析方法中考慮了動力的作用,并且在嚴(yán)格的實驗條件和實際工程中得到驗證;
3.10極限平衡法的發(fā)展70
楊松林(巖體穩(wěn)定分析的廣義條分法初步探討,巖土工程學(xué)報,1999,20(1))針對傳統(tǒng)豎直條分法和薩爾瑪法應(yīng)用于巖體邊坡的穩(wěn)定性分析的缺點(diǎn),提出了適用范圍更廣的廣義條分法,廣義條分法考慮了條塊間分界面的應(yīng)力變形關(guān)系,采用條塊間分界面的應(yīng)力變形本構(gòu)關(guān)系代替?zhèn)鹘y(tǒng)的兩類條分法對條塊分界面上力的大小、方向或作用點(diǎn)的人為假定,這一做法更加符合巖土工程的實際情況,并采用優(yōu)化搜索的方法給出了相對最危險的潛在滑動面及其穩(wěn)定系數(shù)71李冬田(巖坡的層分析方法與抗滑系數(shù)圖譜,巖土工程學(xué)報,2001,23(1)
)提出一種三維的巖坡極限平衡法,即應(yīng)用巖坡多層DEM幾何模型,參照簡化Bishop法的假定,進(jìn)行巖坡穩(wěn)定性分析的層分析方法,進(jìn)而提出了抗滑系數(shù)譜的概念,以反映碎裂巖體穩(wěn)定因素的不均勻性。724、邊坡穩(wěn)定性分析——數(shù)值分析方法
數(shù)值分析法又稱應(yīng)力—應(yīng)變分析法,
運(yùn)用數(shù)值方法進(jìn)行巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性計算分析有許多優(yōu)點(diǎn)如由于邊坡工程所處的邊界條件和地質(zhì)環(huán)境一般比較復(fù)雜,加之巖體的不連續(xù)性、不均勻性、各向異性等特性,造成邊坡工程問題復(fù)雜,而數(shù)值分析方法可以方便地處理這些問題;數(shù)值分析法可以根據(jù)巖體的破壞準(zhǔn)則,確定邊坡的塑性區(qū)、拉裂和壓碎區(qū);分析邊坡漸進(jìn)破壞過程和確定邊坡起始破壞部位;可以得到巖質(zhì)邊坡的應(yīng)力場、應(yīng)變場和位移場,可用于分析邊坡工程的分步開挖、邊坡巖體與加固結(jié)構(gòu)的相互作用,地下水滲流、爆破和地震等因素對邊坡穩(wěn)定性的影響等734、邊坡穩(wěn)定性分析——數(shù)值分析方法
數(shù)值分析法又稱應(yīng)力—應(yīng)變分析法,用離散單元法可以仿真邊坡整體滑移過程,對于預(yù)測邊坡的破壞規(guī)模和方向具有重要意義。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)值方法發(fā)展很快,在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中正發(fā)揮著越來越重要的作用。不連續(xù)變形分析(DDA)方法74其基本思想是利用結(jié)構(gòu)離散化的概念,將連續(xù)介質(zhì)體或復(fù)雜結(jié)構(gòu)體劃分成許多有限大小的子區(qū)域的集合體,每一個子區(qū)域稱為單元(或元素),單元的集合稱為網(wǎng)格,實際的連續(xù)介質(zhì)體(或結(jié)構(gòu)體)可以看成是這些單元在它們的節(jié)點(diǎn)上相互連接而組成的等效集合體;通過對每個單元力學(xué)特性的分析,再將各個單元的特性矩陣組集成可以建立整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程式,即力學(xué)計算模型;按照所選用計算程序的要求,輸入所需的數(shù)據(jù)和信息,運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行求解。4.1有限元法的基本概念751)計算范圍①當(dāng)以穩(wěn)定分析為主,主要弄清坡體內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律。②若十分關(guān)心坡面位移,則應(yīng)充分考慮計算范圍,計算誤差在允許范圍內(nèi)。2)單元劃分平面問題通常為三角形或四邊形單元;主要結(jié)構(gòu)面可用節(jié)理單元或夾層單元;三維問題常用四面體和不規(guī)則六面體單元。單元大小應(yīng)按地質(zhì)條件,計算部位及計算機(jī)容量來確定。單元越細(xì),精度越高,但占機(jī)時越長。應(yīng)合理考慮。4.2計算范圍與單元劃分764.2計算范圍與單元劃分773)當(dāng)有限元程序現(xiàn)成時,需準(zhǔn)備①節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù):節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、編號;②單元數(shù)據(jù):單元編號,組成單元的節(jié)點(diǎn)號及其順序;③材料數(shù)據(jù);材料種類及其數(shù)值,該材料所在的單元組數(shù)等;④受外力情況:重力、集中力等;⑤邊界條件。784.3計算結(jié)果的整理79
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法從模擬人腦形象思維入手,具有非線性性、并行性和強(qiáng)泛化性等特點(diǎn)。目前,用于地質(zhì)體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是BP網(wǎng)絡(luò),許多文獻(xiàn)研究了這種方法的應(yīng)用。如盧才金等(1999)(改進(jìn)的BP網(wǎng)絡(luò)在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用,巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1999,18(3):303~307)結(jié)合前人的研究成果對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的BP算法進(jìn)行綜合改進(jìn),并將其運(yùn)用于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評判,并建立了評判模型。
其它新方法80
應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計算和模糊數(shù)學(xué)等新興學(xué)科理論,綜合研究巖質(zhì)邊坡工程系統(tǒng)的不確定性和工程經(jīng)驗,發(fā)展出一套切實可行的智能力學(xué)分析方法,這可能是解決復(fù)雜的邊坡工程涉及問題的一條有效途徑。李章明等(露天礦邊坡實用性專家系統(tǒng)PESOPSV1.0設(shè)計及應(yīng)用,巖土力學(xué),1996,17(4)
)開發(fā)了露天礦邊坡實用的專家系統(tǒng),用于邊坡問題的智能化研究;馮夏庭(智能巖石力學(xué)導(dǎo)論,科學(xué)出版社,2000
)對影響邊坡穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析,提出了邊坡穩(wěn)定性分析的綜合集成理論和方法
其它新方法81吳振君;王水林;葛修潤;約束隨機(jī)場下的邊坡可靠度隨機(jī)有限元分析方法,巖土力學(xué),2009年10期把隨機(jī)場理論和地質(zhì)統(tǒng)計中的區(qū)域化變量理論結(jié)合起來,建立約束隨機(jī)場,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Monte-Carlo隨機(jī)有限元分析。計算實例表明,在高變異性條件下約束隨機(jī)場能有效降低完全隨機(jī)場的模擬方差,得到更低的破壞概率。對比了隨機(jī)有限元和簡化法的計算結(jié)果表明,簡化法在土體強(qiáng)度變異性很高時其結(jié)果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的邊坡尺度效應(yīng)和簡化法的適用條件。其它方法邊坡工程中的巖體結(jié)構(gòu)控制理論巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,其穩(wěn)定性取決于邊坡的各類結(jié)構(gòu)面的特征。中國科學(xué)院地質(zhì)研究所孫廣忠提出了“巖體結(jié)構(gòu)控制論”,并出版了《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》,將赤平投影法和實體比例投影法應(yīng)用于邊坡工程。美國華裔學(xué)者石根華提出了“關(guān)鍵塊體理論”,南京大學(xué)等提出了巖坡優(yōu)勢面控制論,認(rèn)為巖坡的變形破壞受巖坡內(nèi)的優(yōu)勢面所控制。王思敬等把斷裂力學(xué)引入巖體結(jié)構(gòu)。邊坡工程中的分形理論分形理論是美國數(shù)學(xué)家(B.B.Mandelbort)在1973年首次提出來的,主要研究自然界中一些具有相似但沒有特征長度的圖形或現(xiàn)象,其研究方法是通過確定圖形或現(xiàn)象的分維數(shù),以揭示該現(xiàn)象或圖形的內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律。我國謝和平做出了重要的突破,周維垣、張公瑞將分形技術(shù)引入巖體網(wǎng)絡(luò)生成,孫鈞等提出了分形塊體力學(xué)。研究表明,邊坡巖體結(jié)構(gòu)常呈不規(guī)則分形體態(tài),可以用分維來表征,利用分維可以定量地描述斷層、層理、節(jié)理、泥化夾層等宏觀結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征、分布、產(chǎn)狀及粗糙度等。同樣,巖體的微觀結(jié)構(gòu)面或破壞面也呈不規(guī)則的分形狀態(tài),這種不規(guī)則反應(yīng)了巖體破壞時的能量耗散及微觀結(jié)構(gòu)效應(yīng),也可用分維來表示。分維數(shù)是巖體變形破壞的某一統(tǒng)計特征量,分維數(shù)可以充當(dāng)巖體變形破壞變量的角色進(jìn)行巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性演化過程的分析。邊坡工程中的3S理論在信息社會中,全球是一個開放系統(tǒng),3S系統(tǒng)已在地學(xué)領(lǐng)域取得初步嘗試,1996年國際巖石力學(xué)學(xué)會年會上,利用3S技術(shù)在巖石工程建設(shè)中的作用已引起極大注意。所謂3S系統(tǒng)是指地理信息系統(tǒng)(GIS-GeographyInformationSystem)、遙感系統(tǒng)(RS-RemoteSensingsystem)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPSGlobalPositioningSystem)。三者融為一體為邊坡工程的防治與預(yù)測預(yù)報提供了新一代觀測手段、描述語言和思維工具。從1997年開始,崔政權(quán)、何滿潮著手建立“三峽庫區(qū)邊坡穩(wěn)態(tài)3S實時工程分析系統(tǒng)”。邊坡工程的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(簡稱NN-NeuralNetwork)是指由大量簡單神經(jīng)元經(jīng)廣泛互連構(gòu)成的一種計算結(jié)構(gòu),是一種廣義的并行處理系統(tǒng)。針對露天礦發(fā)生的順層滑坡,使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理,建立了邊坡系統(tǒng)狀態(tài)識別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,選擇海州露天礦66次滑坡實例和34個典型非失穩(wěn)邊坡模型作為樣本進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測,取得了顯著成果。86破壞(失穩(wěn))定義—5穩(wěn)定性判別計算的邊坡穩(wěn)定(安全)系數(shù)設(shè)計(允許)安全系數(shù)(一般由規(guī)范規(guī)定)875.1穩(wěn)定性判別方法(1)剩余下滑力法剩余下滑力△F=下滑力–抗滑力若△F=0邊坡處于極限平衡狀態(tài)若△F<0邊坡處于安全狀態(tài)若△F>
0邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)88(2)應(yīng)力應(yīng)變計算結(jié)果規(guī)律判斷法數(shù)值計算89FS
=抗滑力/下滑力若FS=1.0邊坡處于極限平衡狀態(tài)若FS>1.0邊坡處于安全狀態(tài)若FS<1.0邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)力、力矩AORCsbB-2-101234567(2)穩(wěn)定系數(shù)法1
抗滑力與下滑力比值法90(3)穩(wěn)定系數(shù)法-2材料強(qiáng)度儲備系數(shù)、折減系數(shù)土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)F將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c’/F,tan’/F,則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡,即=c’e+’e
tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F91數(shù)值分析強(qiáng)度折減法的基本原理不斷降低巖土C、值,直到破壞。
至破壞時C、降低倍數(shù)就是安全系數(shù),上世紀(jì)70年代末提出。92數(shù)值分析中邊坡破壞的判據(jù)。
邊坡達(dá)到破壞狀態(tài)時,滑動面上的位移將產(chǎn)生突變,產(chǎn)生很大的且無限制的塑性流動,有限元計算都不收斂,因此采用力或位移不收斂作為邊坡破壞的判據(jù)是合理的。
邊坡失穩(wěn)后形成的直線滑動面
有爭議,完善中93數(shù)值分析強(qiáng)度折減法的優(yōu)越性。(1)具有數(shù)值分析方法的優(yōu)點(diǎn);(2)能算出無支護(hù)情況下邊坡滑動面與穩(wěn)定安全系數(shù)。滑動面為一局部塑性應(yīng)變剪切帶,在水平位移突變的地方94(3)能對有支護(hù)情況下邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價。
不加錨桿時的塑性區(qū)
加錨桿時的塑性區(qū)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1有錨桿支護(hù)時安全系數(shù)為1.595(4)能根據(jù)巖土介質(zhì)與支擋結(jié)構(gòu)共同作用計算出支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。(5)能模擬施工過程。96數(shù)值分析強(qiáng)度折減系數(shù)法精度分析
(1)要有一個成熟的數(shù)值分析程序;(2)可供實用的彈塑性模型和強(qiáng)度屈服準(zhǔn)則;(3)計算范圍、邊界條件、網(wǎng)格劃分要滿足計算要求;應(yīng)用數(shù)值分析強(qiáng)度折減法需要滿足的條件:97屈服準(zhǔn)則的影響模型:理想彈塑性體.準(zhǔn)則:莫爾—庫侖(近似);德魯克普拉格(DP)外角圓、內(nèi)角圓;等面積圓;平面應(yīng)變莫爾—庫侖匹配圓內(nèi)切圓(正交)、匹配圓(非正交);平面上的屈服曲線。
平面上的屈服曲線98(4)穩(wěn)定系數(shù)法-3
超載系數(shù)(加載系數(shù)、荷載增量系數(shù))填方挖方超載法是在假定邊坡巖體強(qiáng)度參數(shù)不變的前提下,逐級增加荷載,通過量測邊坡臨界失穩(wěn)相應(yīng)荷載與邊坡正常工作荷載之比來推求穩(wěn)定系數(shù)。
99(5)設(shè)計(允許)安全系數(shù)在邊坡穩(wěn)定性分析中,邊坡穩(wěn)定與否,常用穩(wěn)定(安全)系數(shù)表示。穩(wěn)定(安全)系數(shù)的定義為滑坡體上滑動面的抗滑力與滑動力之比。安全系數(shù)大于1,意味著邊坡是穩(wěn)定的;小于1則是不穩(wěn)定的;等于1時說明邊坡處于臨界狀態(tài)。由于穩(wěn)定性計算中含有若干不確定性,為保證設(shè)計的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)使計算的安全系數(shù)大于1,以使其具有一定的安全儲備,也就是要規(guī)定一個設(shè)計限值。計算的邊坡穩(wěn)定(安全)系數(shù)與設(shè)計(允許)安全系數(shù)(一般由規(guī)范規(guī)定)進(jìn)行對比的方法來加以判斷,當(dāng)邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于設(shè)計安全系數(shù)時邊坡安全穩(wěn)定,否則,就認(rèn)為是不穩(wěn)定、不安全的。
100(5)設(shè)計(允許)安全系數(shù)香港《邊坡巖土工程手冊)推薦的邊坡穩(wěn)定系數(shù)值—設(shè)計(允許)安全系數(shù)。
101(5)設(shè)計(允許)安全系數(shù)我國大陸相關(guān)規(guī)范規(guī)定的邊坡穩(wěn)定系數(shù)值—設(shè)計(允許)安全系數(shù)。
102(5)設(shè)計(允許)安全系數(shù)取值規(guī)律①建議的Fs值多取在l.05~1.50之間;②新設(shè)計邊坡Fs的取值大于己有邊坡穩(wěn)定演算時的值;③造成生命財產(chǎn)損失風(fēng)險高的邊坡取值大于風(fēng)險低的值;④要求長期保持穩(wěn)定邊坡的取值大于要求短期保持穩(wěn)定邊坡的值;⑤采用峰值抗剪強(qiáng)度參數(shù)計算時取大值.采用殘余抗剪強(qiáng)度參數(shù)計算時取小值;⑥Fs取值時需要考慮所采用的計算方法及勘察(包括試驗)資料的可靠性。103(6)其他方法可靠度及風(fēng)險分析法填方挖方穩(wěn)定(安全)系數(shù)法是一種基于極限平衡理論的定數(shù)論方法,它未考慮邊坡體的可變性。然而,恰恰是這種可變性妨礙了邊坡穩(wěn)定性的精確程度,造成某些設(shè)計計算是穩(wěn)定的邊坡,卻發(fā)生了不穩(wěn)定。1046、邊坡穩(wěn)定性分析實例
實例1:重慶石板坡邊坡立體綠化工程穩(wěn)定性分析105工程概況106107立體綠化分三個層次:第一個層次是邊坡基部綠化,主要是利用基部人行道上綠化帶,補(bǔ)植高大、直立的常綠喬木。第二層次是邊坡綠化,主要是利用邊坡有一定寬度的自然臺階,用普通磚砌筑高30—40公分栽植藤蔓植物及低矮花灌木。第三層次是邊坡頂部綠化,主要是利用頂部居住群與便道之間的大塊空地,開辟修建綠帶,種植大喬木。設(shè)置一休閑觀景平臺。108剖面圖(部分)
109邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析采用了規(guī)范法進(jìn)行支護(hù)設(shè)計驗算(極限平衡分析)及數(shù)值模擬分析二種方法進(jìn)行綜合評價。(1)極限平衡分析按照重慶市地方規(guī)范《建筑邊坡支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(DB50/5018-2001)中的有關(guān)規(guī)定,對施加綠化工程荷載后的邊坡支護(hù)設(shè)計進(jìn)行復(fù)核驗算(極限平衡分析)。(2)數(shù)值模擬分析
110地質(zhì)條件、邊坡支護(hù)設(shè)計概況及計算參數(shù)
地質(zhì)條件石板坡邊坡場地屬丘陵河流侵蝕地貌,為黃花園大橋石板坡立交的北側(cè),原地形起伏較大,為陡崖、懸崖及階梯狀陡邊坡,地面標(biāo)高在221.40~253.22m之間,最大高差31.82m。場地地層自上而下按堆積年代主要有第四系松散沉積和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組巖層。第四系松散土層包括填筑土和厚度約0~1.65m的殘坡積粉質(zhì)粘土層;侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂、泥巖互層,產(chǎn)狀較緩,傾向135°,傾角16°。場地位于川東弧形構(gòu)造帶龍王洞背斜東翼,巖質(zhì)邊坡主要發(fā)育有三組軟弱結(jié)構(gòu)面,兩組“X”節(jié)理和巖層面,其產(chǎn)狀分別為:I組220°∠65°、II組290°∠70°,III組(層面裂隙)135°∠16°。場地內(nèi)無斷裂構(gòu)造、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。地下水主要補(bǔ)給來源于大氣降水和少量生活廢水,由于坡度較大,大部地段覆蓋層較薄,巖層的傾向與坡向同向斜交,坡體不具地下水賦存條件,勘察鉆孔中未見地下水。111邊坡支護(hù)設(shè)計概況
112計算參數(shù)113計算荷載
立體綠化分三個層次進(jìn)行,對原有邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成影響的是第二、三層次的綠化荷載。據(jù)綠化設(shè)計資料,第二層次的綠化作用于邊坡的臺階上,綠化荷載為:22kN/m3×0.4m=8.8kPa,考慮施工影響,取為8.8×2=17.6kPa。第三層次的綠化作用于邊坡的頂部,綠化荷載主要是種植的大喬木、修建的觀景平臺及人群荷載,考慮施工影響,總體荷載可取為:14kN/m2×2=28kPa(相當(dāng)于兩層磚混房屋的荷重)。114邊坡支護(hù)設(shè)計驗算結(jié)果分析
(極限平衡分析)115極限平衡分析116邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析計算方案、網(wǎng)格劃分及邊界條件117綠化工程實施前邊坡的豎向位移分布等值線圖綠化工程實施后邊坡的豎向位移分布等值線圖
118綠化工程實施前邊坡的水平位移分布等值線圖
綠化工程實施后邊坡的水平位移分布等值線圖119綠化工程實施前邊坡大主應(yīng)力等值線圖
綠化工程實施后邊坡大應(yīng)力等值線圖
120
綠化工程實施前的拉應(yīng)力、塑性點(diǎn)分布圖
綠化工程實施后的拉應(yīng)力、塑性點(diǎn)分布圖121最大不平衡力歷時曲線圖122滑坡工程穩(wěn)定性分析實例2:123工程概況:工程地質(zhì)條件(1)地形及地貌長江橫貫萬州城區(qū),地貌特征為沿河谷地勢低緩,向南北兩岸地勢則逐漸增高。主峰高達(dá)2118m,相對高差500~800m,局部地帶可達(dá)1000~1500m,屬高中山深切河谷區(qū),區(qū)域地形地貌受巖性及構(gòu)造的控制,背斜呈長條狀低中山,兩側(cè)則形成梳狀及塊狀中、低山。臺狀山地與條狀山澗為寬谷丘陵。地殼的間歇性抬升。在長江兩岸造就了多級平臺及河流階地、斷續(xù)分布于長江兩岸。(2)地層及巖性區(qū)內(nèi)出露地層為侏羅系和第四系地層。而測區(qū)出露基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3S1)和中統(tǒng)上沙溪廟組(J2S3)地層。1)第四系:成因分為滑坡堆積(Qdel),殘坡堆積(Qel+dl)及人工堆積(Qml)。2)基巖:出露基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第三段(J2S3)中上部地層,為一套以紫紅色為主的碎屑巖相沉積。巖性以紫紅色粘土巖為主。其次為泥質(zhì)粉砂巖與紫灰色長石砂巖。侏羅上統(tǒng)遂寧組(J3S1)的地層,巖性為黃褐色粘土巖與長石砂巖不等厚互層。124滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)125巖土物理力學(xué)指標(biāo)建議值126滑坡災(zāi)害體基本特征及穩(wěn)定性分析
滑坡災(zāi)害體基本特征分布特征、規(guī)模及主要變形特征(1)分布特征、規(guī)模127滑體變形特征
滑體變形破壞主要產(chǎn)生于滑體東部,順新建移民小區(qū)公路外側(cè)分布,形成東西寬約250m、縱向長150m的變形破壞區(qū)。古滑體分為未變形區(qū)(I)、輕微變形區(qū)(II)、弱變形區(qū)(III)和強(qiáng)變形區(qū)(IV)四個區(qū)域,如圖所示。128變形區(qū)129滑坡體穩(wěn)定性評價計算剖面選用地質(zhì)剖面3—3’
經(jīng)計算,其穩(wěn)定系數(shù)FOS=1.1246,穩(wěn)定系數(shù)大于1,表明輕微變形區(qū)整體是處于穩(wěn)定狀態(tài)。其公路內(nèi)側(cè)房屋的輕微變形是由于弱變形區(qū)發(fā)生滑動,導(dǎo)致12條塊處地下水位下降,使12、11條塊滲透壓力增大所至。通過分析,萬州區(qū)大河壩滑坡整體是穩(wěn)定的,人工活動和雨季水的作用是滑坡體局部變形失穩(wěn)的誘發(fā)因素。弱變形區(qū)的變形是自身的穩(wěn)定性差,它的變形或蠕滑受輕微變形區(qū)的影響較小。130滑坡數(shù)值模擬分析
滑坡穩(wěn)定性數(shù)值分析方法較多,如有限單元法、邊界元法、有限差分法等,但目前而言,有限單元法在滑坡穩(wěn)定計算中是最為成熟而廣泛應(yīng)用,因此應(yīng)用平面彈塑性有限元法對治理與不治理兩種情況位移應(yīng)力情況作一簡單分析比較,以研究治理工程的效果。數(shù)值模擬方法的選擇131計算參數(shù)、計算模型及數(shù)值模擬網(wǎng)格劃分
計算采用Ansys軟件進(jìn)行平面計算分析,巖土材料強(qiáng)度準(zhǔn)則采用D-P準(zhǔn)則,抗滑樁假設(shè)為彈性體,計算參數(shù)是根據(jù)勘察成果及經(jīng)驗進(jìn)行取值132網(wǎng)格單元劃分
計算中取3-3地質(zhì)剖面作為典型計算剖面,整個范圍長192.75m,最高為49.41m,滑帶土取0.3m厚,單元采用三角形六節(jié)點(diǎn)單元,有限元網(wǎng)格劃分有2347個單元,節(jié)點(diǎn)總數(shù)為4902個,網(wǎng)格單元劃分情況如圖。
模型的左右邊界的水平位移被約束,底面邊界沿垂直方向約束位移。地表建筑荷載,磚混每層每平方米14kN,即四層為56kN/m2。有限元計算分步、分工況進(jìn)行,以模擬天然狀態(tài)下和飽和狀態(tài)無抗滑設(shè)施的邊坡情況,及有抗滑設(shè)施的邊坡情況。133計算結(jié)果分析
天然狀態(tài)下的水平位移及豎向位移等值線云圖。由圖中可知,古滑體巖土在自重及地表荷載繼續(xù)作用下,產(chǎn)生的最大水平位移及豎向位移分別為8.6cm和39.3cm。
134
上圖為天然狀態(tài)下邊坡巖土體產(chǎn)生的塑性區(qū)情況圖,從圖結(jié)果中可以看出,在地表荷載作用下的古滑體內(nèi)部產(chǎn)生了一定的塑性變形。135飽和狀態(tài)下無抗滑設(shè)施時
左圖分別是飽和狀態(tài)下無抗滑設(shè)施時的水平位移及豎向位移等值線云圖。由圖中可知,古滑體巖土在降雨時,巖土性質(zhì)進(jìn)一步弱化,物理力學(xué)參數(shù)降低,在自重及地表荷載繼續(xù)作用下,從而使建筑場地范圍內(nèi)地基土發(fā)生了較大位移,最大的水平位移及豎向位移分別為26.8cm和56.8cm,飽和狀態(tài)條件下比天然狀態(tài)條件下的水平位移及豎向位移新增值分別為18.6cm和17.5。由此也說明了水對巖土體的弱化作用致使古滑體的進(jìn)一步滑移,且直接導(dǎo)致了建筑場地范圍內(nèi)地基土的變形不均衡,致使房屋及公路路面開裂。136飽和狀態(tài)下無抗滑設(shè)施時
上圖為飽和狀態(tài)下無抗滑設(shè)施時巖土體產(chǎn)生的塑性區(qū)分布圖,從圖中可以看出,巖土體性質(zhì)在弱化后,在建筑場地范圍內(nèi)地基土的塑性變形進(jìn)一步擴(kuò)大化,基本貫穿了地表建筑物附加應(yīng)力作用范圍。由此可見,該滑坡若不治理,其后果是非常嚴(yán)重的。137飽和狀態(tài)下設(shè)了抗滑樁時的水平位移及豎向位移等值線云圖
138飽和狀態(tài)下、設(shè)置抗滑樁后
由圖可知,在臨近建筑場地設(shè)置了抗滑樁后,即使古滑體巖土在降雨時,巖土性質(zhì)進(jìn)一步弱化,物理力學(xué)參數(shù)也隨之降低,在自重及地表荷載繼續(xù)作用下,巖土體繼續(xù)要發(fā)生變形,但由于抗滑樁的有效阻滑作用,從而使建筑場地范圍內(nèi)地基土的位移比無抗滑結(jié)構(gòu)時的位移發(fā)生了很大的變化,古滑體前緣的水平位移成了整個位移場中的最大水平位移,而建筑場地范圍內(nèi)地基土的水平方向和豎向方向的位移最大值分別為9.3cm和40.6cm,比天然狀態(tài)下的位移分別新增0.7cm和1.3cm。顯然,設(shè)置抗滑樁后其治理效果是明顯的,且由于滑坡治理是綜合治理,排水治理必將是有效的,因此,經(jīng)治理后,即使在降雨條件下,巖土體的弱化現(xiàn)象是必將是有限的,所以滑坡工程綜合治理效果將是顯而易見的。139實例3強(qiáng)度折減法140實例4超載法重慶市桂花園小區(qū)舊城改造工程計劃修建5幢12層的高層住宅樓,總建筑面積近二萬平方米。建筑物下面五層為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),上面七層為磚混結(jié)構(gòu)。建筑場地位于嘉陵江東岸的岸坡頂部,場地西側(cè)為高達(dá)20~30m的陡崖邊坡,坡面傾角為60°~80°。場地西側(cè)為厚層及巨厚層狀砂巖與薄層砂質(zhì)泥巖的嘉陵江陡峭岸坡,具有高、陡、長的特點(diǎn)。但崖坡的傾向與巖層傾向近于正交,巖層在崖坡剖面上的視傾角僅5o~6o,且向內(nèi)傾,沿巖層層面的穩(wěn)定性較好。陡崖頂部邊緣附近較發(fā)育的裂隙,雖與邊坡平行,傾向與邊坡坡向一致,但裂隙傾角大于邊坡坡面傾角,不會在陡崖面上出露,形成下滑楔體。141實例4超載法計算方案為分析坡頂修建高層建筑情況下邊坡的失穩(wěn)過程及破壞規(guī)律,計算分步進(jìn)行,采用超載法進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬計算分三步進(jìn)行:第一步:模擬坡頂建房前邊坡的應(yīng)力場、位移場;第二步:作用上部建筑物實際荷載;第三步:逐步加大坡頂建筑物荷載,直至破壞。142實例4超載法擬采用的安全控制指標(biāo)
主要根據(jù)邊坡的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定兩個方面確定:
1)邊坡整體剪切破壞模式的安全控制指標(biāo)。
以邊坡關(guān)鍵承載區(qū)損傷度,即以塑性區(qū)在承載區(qū)開展度來判斷。邊坡關(guān)鍵承載區(qū)是指坡頂建筑基底至坡腳間的巖體。塑性區(qū)主要是坡頂拉應(yīng)力區(qū)拉裂破壞塑性區(qū)和坡腳剪切破壞塑性區(qū)。在坡頂加載的情況下,主要根據(jù)坡腳剪切破壞塑性區(qū)開展高度作為關(guān)鍵區(qū)塑性破壞指標(biāo)。
2)坡頂關(guān)鍵塊體穩(wěn)定控制指標(biāo)。
坡頂關(guān)鍵塊體的穩(wěn)定性主要通過對數(shù)值計算得到的邊坡變形狀況進(jìn)行分析得到,或當(dāng)邊坡局部的位移發(fā)生突變異常,數(shù)值計算不收斂時,即為極限狀態(tài)。另外坡頂關(guān)鍵塊體作為坡頂建筑物的地基,塑性區(qū)的范圍應(yīng)滿足現(xiàn)行地基規(guī)范要求。143實例4超載法計算結(jié)果在實際建筑物荷載作用下,邊坡的穩(wěn)定系數(shù)小于1,必須進(jìn)行加固144實例4超載法145實例5結(jié)構(gòu)面控制邊坡失穩(wěn)實錄110舍原擋墻B區(qū)博士后公寓環(huán)境擋墻滑塌2005146實例5結(jié)構(gòu)面控制邊坡失穩(wěn)實錄1147實例5結(jié)構(gòu)面控制邊坡失穩(wěn)實錄2148B
地基處理§5.1概述
土木工程建設(shè)中,當(dāng)天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基強(qiáng)度或變形或穩(wěn)定性的要求時,需對天然地基進(jìn)行加固改良,形成人工地基,以滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求,保證其安全與正常使用。這種地基加固改良稱為地基處理。概述2.地基常需解決的問題壓縮及不均勻沉降問題。強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題。滲流和滲透穩(wěn)定問題。動力荷載引起的液化、震陷等災(zāi)害問題。區(qū)域性特殊土的不良特性問題。概述地基薄弱違規(guī)加蓋
,鄭州七層樓房坍塌
。概述3.地基處理的目的(1)改善地基的剪切性能、提高地基承載力及其穩(wěn)定性。(2)改善地基的變形性質(zhì)、減少其沉降及不均勻沉降變形量。(3)改善地基的滲透性、加強(qiáng)其滲透穩(wěn)定性。(4)改善地基的動力特性、提高其抗震性能。(5)改善地基的不良特性、滿足其工程的需要。概述4.地基處理的對象
1)淤泥土與淤泥質(zhì)土---簡稱軟土淤泥:孔隙比e>1.5,w>wl(Il>1.0)淤泥質(zhì)土:孔隙比e=1.0~1.5,w>wl(Il
>1.0)工程特性*高含水量w=40~90%*高壓縮性a>0.5~3.0MPa-1*高流變性:次固結(jié)量隨時間增加*低強(qiáng)度cu<30kPa,φ
≈0*低滲透性k=10-6~10-8cm/s,固結(jié)過程長*高結(jié)構(gòu)性St
>4
泥炭,泥炭質(zhì)土:有機(jī)含量>25%
2)填土概述
雜填土:人類活動所形成的無規(guī)則堆積物。如建筑垃圾、工業(yè)廢料及生活垃圾等。主要特性:強(qiáng)度低,壓縮性高,不均勻,不穩(wěn)定。
沖填土:利用水力將泥砂沖填到岸邊形成的沉積土。主要特性:含粘粒多的細(xì)、呈流動狀態(tài),低強(qiáng)度、高壓縮且欠固結(jié);以粉土或粉細(xì)砂為主的,則容易產(chǎn)生液化。概述
3)粉細(xì)砂、粉土和粉質(zhì)土:易震陷、液化4)砂土、砂礫石等:透水性大、抗?jié)B、防止管
涌和流土5)其他類土:
濕陷性黃土:濕陷性
膨脹土:脹縮性
紅粘土:特殊結(jié)構(gòu)性
巖溶、土洞:塌陷概述5.地基處理方法的分類按處理深度可分為淺層處理和深層處理;按時間可分為臨時處理和永久處理;按處理土性對象可分為砂性土處理和粘性土處理;
按地基處理作用機(jī)理可分為置換、夯實、擠密、排水、
膠結(jié)、加筋等處理方法。作用機(jī)理振動擠密法換填法碾壓與夯實換土墊層法褥墊法振沖擠密灰土擠密重錘夯實機(jī)械碾壓振動壓實強(qiáng)夯堆載預(yù)壓砂井(塑料排水板)預(yù)壓真空預(yù)壓概述按作用機(jī)理排水固結(jié)法井點(diǎn)降水沉樁擠密爆破擠密其他方法置換及拌入灌漿托換振沖置換沖抓置換深層攪拌石灰樁土工合成材料錨桿(索)樹根樁概述按作用機(jī)理加筋法加筋土凍結(jié)糾偏高壓噴射注漿概述6.地基處理方法選用原則
技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量
地基處理方法很多,沒有一種方法是萬能的。對每一具體工程均應(yīng)進(jìn)行具體細(xì)致分析,從地基條件、處理要求(處理后地基應(yīng)達(dá)到的各項指標(biāo)、處理的范圍、工程進(jìn)度等)、工程費(fèi)用以及材料、機(jī)具來源等各方面進(jìn)行綜合考慮,以確定合適的地基處理方法。概述7.地基處理方法的選擇步驟
(1)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及建筑場地條件和環(huán)境,初步選定幾種
可供考慮的處理方案;
(2)對初步選定的各種地基處理方案進(jìn)行綜合分析,進(jìn)行
技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對比,確定最佳的地基處理方案;
(3)對已確定的地基處理方案,在有代表性的場地上進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗或試驗性施工及必要的測試,以期達(dá)到最佳處理效果。
§5.2墊層法
當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設(shè)計要求,可將基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除,然后分層換填強(qiáng)度較大的砂(碎石、素土、灰土、爐渣、粉煤灰)或其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料,并壓實至要求的密實度為止,這種地基處理方法稱為換土墊層法,簡稱墊層法。
定義深厚軟土深厚軟土軟土地基沉降太大、強(qiáng)度不足墊層法地基處理過程示意墊層法墊層的類型按墊層材料分
砂墊層
砂卵石墊層
碎石墊層
素土墊層
灰土墊層
粉煤灰墊層
礦渣墊層適用范圍:軟弱地基的淺層處理。墊層法墊層的主要作用
不同材料的墊層,其作用也各不相同。1)提高持力層的承載力:高強(qiáng)度材料置換軟弱土,強(qiáng)度提高;
2)減少地基的沉降量:基礎(chǔ)下淺層土的壓縮占基礎(chǔ)總沉降的比例較大,低壓縮性材料置換高壓縮性土,減少沉降;
3)加速軟土的排水固結(jié):透水性大且性能穩(wěn)定材料做墊層,可加速軟土的排水固結(jié),提高地基強(qiáng)度;
4)防止地基土的凍脹:采用粗粒土使土中水分不能遷移;
5)消除黃土、膨脹土的濕陷性、脹縮性。回填土墊層法墊層的設(shè)計設(shè)計的基本要求
既要求有足夠的厚度置換可能剪切破壞的軟弱土層,并使通過墊層擴(kuò)散到軟土層的附加應(yīng)力,滿足軟土層強(qiáng)度和變形的要求;又要求有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出。設(shè)計的主要內(nèi)容確定其斷面的合理厚度和寬度。b′dz墊層法砂墊層設(shè)計的步驟1)墊層厚度的確定要求:
作用在墊層底面處土的自重應(yīng)力σcz與附加應(yīng)力σz之和不大于墊層底面下土的承載力。軟弱下臥土層經(jīng)深度修正的承載力特征值cdp0回填土dzCZzbZp0回填土b′=b+2ztandzCZzcdbZ墊層法z的簡化計算壓力擴(kuò)散角法條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)σcd=γmd墊層法
試算法確定墊層厚度
(1)初定z為1~2m;
(2)計算墊層底面處的σcz和σz;
(3)按式σcz+σz≤
faz
驗算;
若不滿足要求則重新取值,直到滿足要求為止。
注意:
墊層厚度的確定僅考慮了應(yīng)力擴(kuò)散的作用,忽略了墊層的約束作用和排水固結(jié)對地基承載力提高的影響,所以實際的承載力比考慮深度修正后的天然地基承載力大。對重要工程,建議通過現(xiàn)場載荷試驗來確定。
墊層厚度不宜>3m,墊層也不宜<0.5m。
墊層法2)墊層寬度的確定要求:(1)滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求;(2)防止墊層側(cè)向擠出。寬度計算
按地區(qū)經(jīng)驗或壓力擴(kuò)散角法回填土b′≥
b+2ztandzzb
墊層底寬:墊層頂寬:按開挖坡度確定例:某磚混結(jié)構(gòu)辦公樓,承重墻下
為條形基礎(chǔ),寬度1.2m,埋深
1.0m,承重墻傳至基頂?shù)暮奢d
Fk=180kN/m。地表為厚1.5m
的雜填土,γ
=17.0kN/m3,下
面為深厚的淤泥質(zhì)土,天然重
度γ
=18.0kN/m3,其承載力特
征值fak=72kPa。采用換土墊層
法加固地基,試設(shè)計該墊層。
墊層法d~~~~雜填土淤泥質(zhì)土墊層法地基變形驗算
采用換填法對地基進(jìn)行處理后,由于墊層下軟弱土層的變形,建筑物地基往往仍將產(chǎn)生一定的沉降量及差異沉降量。因此,在墊層的厚度和寬度確定后,對于重要的建筑物或墊層下存在軟弱下臥層的建筑物,還應(yīng)進(jìn)行地基的變形計算。換填后地基沉降墊層的壓縮墊層下軟土的變形可忽略不計按常規(guī)法計算墊層法墊層材料的選擇
(1)砂石:宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、
中砂或石屑(粒徑<2mm的部分不應(yīng)超過總重的45%),
應(yīng)級配良好,不含植物殘體、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)
砂時,應(yīng)摻入不少于總重30%的碎石或卵石。砂石的最
大粒徑不宜大于50mm。
(2)粉質(zhì)粘土:土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過5%,當(dāng)含有碎
石時,粒徑不宜大于50mm。(3)其他材料:如灰土、粉煤灰、礦渣等。
注意:
砂墊層不宜用于處理
濕陷性黃土地基
墊層法墊層施工要點(diǎn)
(1)關(guān)鍵是如何將填土加密到設(shè)計要求的密實度。加密方法
可采用機(jī)械碾壓法、重錘夯實法和平板振動法。應(yīng)根據(jù)
不同的換填材料選擇施工機(jī)械。
(2)分層鋪填厚度、每層壓實遍數(shù)等宜通過試驗確定。一般
情況下,墊層的分層鋪填厚度可取200~300mm
。
(3)基坑開挖時應(yīng)避免坑底土層受擾動。(4)作好基坑的排水工作,必要時應(yīng)采取降低地下水位的措
施。采用振實時,應(yīng)保證水源補(bǔ)給與排水暢通,水面宜
保持與砂面齊平。褥墊法
褥墊簡介
褥墊是在基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi),將局部壓縮性低的巖石鑿去,換填壓縮性較大的材料,然后分層夯實形成墊層作為基礎(chǔ)的部分持力層,使基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)的地基處理方法。換土墊層法---以硬換軟,主要提高強(qiáng)度,降低沉降;褥墊法---以軟換硬,主要是調(diào)整地基的相對變形。褥墊法褥墊巖層土層
褥墊的設(shè)計與構(gòu)造褥墊厚度的確定:1)確定要求褥墊的沉降量:
s2
=s1-[Δs]≤s12)確定褥墊的厚度:
或
褥墊材料的壓縮性比被換填的地基大要求設(shè)計關(guān)鍵是確定其厚度褥墊頂?shù)酌娴钠骄郊討?yīng)力褥墊材料試樣的高度在p~s曲線上褥墊所受壓力的變形量褥墊材料的壓縮模量墊層法
工程實例褥墊法褥墊材料的選擇
褥墊材料一般采用爐渣、中粗砂、土夾石或粘性土等。其中爐渣調(diào)整沉降的幅度較大,夯實密度較為穩(wěn)定,也不受水的影響;中粗砂雖性能穩(wěn)定亦不受水的影響,但因其壓縮性低調(diào)整沉降的幅度不大;土夾石調(diào)整沉降比較靈活,但水對其有一定影響;粘性土雖調(diào)整沉降的靈活性大,但水的影響也比較大。注意:防止水泥、石灰等膠結(jié)材料混入,使褥墊失去作用§5.3排水固結(jié)法
在建筑物建造以前,對天然地基或已設(shè)置各種排水體的地基施加預(yù)壓荷載,使土體中的孔隙水排出,地基逐漸固結(jié)沉降,同時強(qiáng)度逐步提高的方法。
定義排水固結(jié)法
設(shè)土的天然固結(jié)壓力為σ0′,孔隙比e0,相應(yīng)于e~σ′坐標(biāo)上的a點(diǎn),當(dāng)壓力增加Δσ′
,固結(jié)穩(wěn)定到c點(diǎn),孔隙比減少Δe,曲線abc稱為壓縮曲線;此時τ與σ′成正比由a→c
,故土體固結(jié)時,一方面e減小產(chǎn)生壓縮,一方面τ提高。如卸除壓力Δσ′
,則土體回彈,cef為回彈曲線;從f再加壓Δσ′
,土體再壓縮沿虛線變化到c′,相應(yīng)的τ也增大到c′,而孔隙比減少為Δe′。
原理
飽和粘性土地基的固結(jié)是加壓和排水兩種作用效應(yīng)的結(jié)果。排水固結(jié)法
條件排水系統(tǒng)排水固結(jié)法加壓系統(tǒng)作用主要是改變地基原有的排水邊界條件,增加孔隙水排出的途徑,縮短排水距離。作用主要是使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié),達(dá)到提高強(qiáng)度,減少沉降的目的。充分條件必要條件排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)豎向排水體系堆載法真空法降水法聯(lián)合法排水固結(jié)水平排水體系電滲法排水固結(jié)法普通砂井塑料排水板袋裝砂井砂墊層土工合成材料排水固結(jié)法
土層的排水效果與其排水邊界條件有關(guān),當(dāng)飽和土厚度不大時,土中孔隙水向上下透水層(水平排水層)排出使土體固結(jié),稱為豎向排水固結(jié);為加速土的固結(jié),最有效的辦法是增加排水途徑,縮短排水距離,即設(shè)置豎向排水體系(砂井、塑料排水板等)。粘性土固結(jié)所需時間與排水距離的平方成正比排水固結(jié)法砂井砂井的作用
在地基中增加排水通道,縮短滲流途徑,加速地基的固結(jié)。井徑與間距的關(guān)系
縮短砂井間距比增大砂井直徑對加速固結(jié)的效果好。細(xì)而密塑料排水帶施工實況一
塑料排水帶施工實況二
袋裝砂井施工實況一
袋裝砂井施工實況二
砂墊層施工實況
排水固結(jié)法排水固結(jié)法預(yù)壓方法(1)堆載預(yù)壓(2)降水預(yù)壓增加有效應(yīng)力(3)真空預(yù)壓密封層排水固結(jié)法’-u排水固結(jié)法真空預(yù)壓法
利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載,即在需加固地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層,然后設(shè)置豎系向排水管道,再用不透氣封閉膜使其與大氣隔絕,通過墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管進(jìn)行抽氣,使其形成真空的負(fù)壓界面,逐漸吸出土中孔隙水,從而達(dá)到預(yù)壓效果。排水固結(jié)法砂墊層堆載真空泵封閉膜水平排水管水箱塑料排水板砂墊層鋪筑
塑料排水板施工
布置抽真空主濾管
鋪設(shè)密封膜
回填密封溝并壓實
抽真空系統(tǒng)安裝
基坑降水預(yù)固結(jié)設(shè)計坑底坑底降水深度D坑底降水線板樁排水固結(jié)法’z降水預(yù)壓z排水固結(jié)法排水固結(jié)法可解決以下兩個問題(1)沉降問題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成,使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。(2)穩(wěn)定問題。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長,從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。排水固結(jié)法
應(yīng)用復(fù)合地基5.4深層水泥攪拌法5.5高壓噴射注漿法5.65.7部分復(fù)合地基理論
一、復(fù)合地基的概念
復(fù)合地基是由基體(天然地基土體)和增強(qiáng)體(樁體或帶形體)兩部分組成,共同承受上部結(jié)構(gòu)荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基。夯擴(kuò)載體CFG樁施工設(shè)備及結(jié)果二、復(fù)合地基有兩個基本特點(diǎn):
(1)
復(fù)合地基是由兩種剛度(或模量)不同的材料(增強(qiáng)體和基體)兩部分組成,是非均質(zhì)和各向異性的;(2)
復(fù)合地基在荷載作用下,基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載并協(xié)調(diào)變形。區(qū)別于樁基礎(chǔ)。區(qū)別于均質(zhì)地基三、復(fù)合地基的分類按成樁材料分類1)散體材料樁:如砂樁、碎石樁、礦渣樁等;2)水泥土類樁:水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等;3)混凝土類樁:水泥粉煤灰碎石樁CFG、樹根樁、錨桿靜壓樁。按成樁后樁體的剛度(或強(qiáng)度)分類1)柔性樁:散體材料類樁;2)半剛性樁:水泥土類樁;3)剛性樁:混凝土類樁。3.按增強(qiáng)體的方向分類1)豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基:由不同材料形成不同強(qiáng)度樁體的復(fù)合地基。
2)橫向增強(qiáng)體復(fù)合地基:由土工合成材料、金屬材料格柵等形成的復(fù)合地基。
四、復(fù)合地基作用機(jī)理(1)
樁體作用。(2)
排水固結(jié)作用。(3)
擠密作用。(4)
加筋作用。復(fù)合地基的基本概念1.面積置換率m正方形布樁等邊三角形布樁一根樁體的橫截面積一根樁體的加固面積2.樁土應(yīng)力比n基礎(chǔ)剛性時,樁與樁間土沉降一致,但模量不一致,因此荷載向樁體集中,樁體所受壓力pp大于基底平均壓力p,樁間土的壓力ps小于p。柔性樁(散體材料樁),n=2~4如:振沖碎石樁半剛性樁,n=3~12如:水泥土樁,旋噴樁復(fù)合地基5.4深層水泥攪拌法5.5高壓噴射注漿法5.65.7部分§5.4
深層水泥攪拌法
水泥攪拌樁法是以水泥作為固化劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,將固化劑(漿液或粉體)和地基土強(qiáng)制攪拌,由固化劑與軟土間所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法。(CDM法)水泥攪拌樁法水泥漿攪拌法---深層水泥攪拌法粉體噴射攪拌法---干噴法深層攪拌的工藝流程圖深層水泥攪拌法水泥攪拌機(jī)深層水泥攪拌法三軸水泥攪拌機(jī)深層水泥攪拌法加固的機(jī)理(1)水泥的水解和水化反應(yīng)。
(2)離子交換和團(tuán)?;饔?。
(3)硬凝反應(yīng)。
深層水泥攪拌法深層水泥攪拌法
特點(diǎn)1)在地基加固中無振動、無噪音、對環(huán)境無污染;2)攪拌時對軟土無側(cè)向擠壓,對鄰近建筑物影響很小;3)固化劑與原地基軟土就地攪拌,最大限度地利用了原土;4)土體加固后重度基本不變,其下軟弱層不致產(chǎn)生附加沉降;5)可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)需要,靈活采用多種加固形狀;6)可有效提高地基強(qiáng)度;7)施工機(jī)具較簡單,工期較短,造價低廉。深層水泥攪拌法深層水泥攪拌法
應(yīng)用水泥土樁的計算復(fù)合地基承載力特征值P225§5.5
高壓噴射注漿法
高壓噴射注漿法又稱旋噴法,它是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,高壓脈沖泵(工作壓力在20MPa以上),將水和漿液通過鉆桿下端的噴射裝置形成高壓射流噴射出來,沖擊破壞土體,同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升,使?jié){液與土粒強(qiáng)制攪拌混合,漿液凝固后在土中形成水泥土加固體的地基處理方法。旋噴法噴射注漿施工順序
a-開始鉆進(jìn)b-鉆進(jìn)結(jié)束c-高壓旋噴開始d-噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊提升e-懸噴結(jié)束高壓旋噴注漿四種方法單管旋噴注漿(漿液)二重管旋噴注漿(漿液+氣體)三重管旋噴注漿(水+氣體+漿液)旋噴法旋噴法高壓噴射注漿三種型式1.旋轉(zhuǎn)噴射注漿;
旋噴法2.定向噴射注漿
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