巖土力學(xué)講稿

巖土力學(xué)

0緒論巖土力學(xué)的概念土力學(xué)是一門(mén)研究土體滲流、壓縮和強(qiáng)度三個(gè)主要課題的學(xué)科巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性態(tài)的理論和應(yīng)用的學(xué)科巖土力學(xué)的研究對(duì)象研究對(duì)象：土和巖石土體是巖石風(fēng)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。

巖土力學(xué)研究的內(nèi)容對(duì)工程地質(zhì)定性成果進(jìn)行定量分析和計(jì)算巖土體物力性質(zhì)研究巖土體的穩(wěn)定性參數(shù)測(cè)試方法研究、現(xiàn)場(chǎng)大型力學(xué)試驗(yàn)、應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)巖土體中應(yīng)力和應(yīng)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(píng)價(jià)巖土體穩(wěn)定性的理論和科學(xué)計(jì)算方法的研究加固巖土體的工程措施和處理技術(shù)研究巖土力學(xué)在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)作用一(宏觀(guān)）應(yīng)用巖土力學(xué)知識(shí)分析、計(jì)算、評(píng)價(jià)建筑物地基變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，確保水庫(kù)、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)約投資作用二：水利水電建設(shè)中的巖土工程0概述壩堤基礎(chǔ)的穩(wěn)定、地下電站建設(shè)、引水隧道建設(shè)、開(kāi)挖邊坡、評(píng)價(jià)水利水電的建設(shè)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(shè)、引水隧洞、自然邊坡的穩(wěn)定三峽大型水利樞紐，面對(duì)一系列巖土工程技術(shù)難題，如船閘高邊坡的計(jì)算分析與建設(shè)0概述二灘水電站在基巖上建高壩要求解決建基面的力學(xué)分級(jí)，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，多裂隙巖體的強(qiáng)度及變形分析方法二灘地下廠(chǎng)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165M處于復(fù)雜地基上的李家峽拱壩，在大壩軟弱夾層運(yùn)用了砼置換、抗震樁、傳力峒及600T位的錨拉技術(shù)1高壩建設(shè)中的巖土工程問(wèn)題（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(xué)有關(guān)的難題，如區(qū)域性的構(gòu)造穩(wěn)定、復(fù)雜巖基、風(fēng)化基巖的力學(xué)特性（2）水利水電建設(shè)中的巖體質(zhì)量分級(jí)：巖體質(zhì)量分級(jí)按不同的工程類(lèi)型，如大壩主地基、邊坡開(kāi)挖工程等，進(jìn)行不同的分級(jí)。單因素分級(jí)法指標(biāo)：按巖石抗壓強(qiáng)度分級(jí)；按風(fēng)化程度分級(jí)；按巖石質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)；以彈性波速度分級(jí)。1高壩建設(shè)中的巖土工程問(wèn)題多因素分級(jí)法指標(biāo)：按巖體連續(xù)性分級(jí)；西班牙的圖末羅法分級(jí)；我國(guó)的損傷力學(xué)巖體分類(lèi)法（3）大壩穩(wěn)定計(jì)算分析引用非線(xiàn)性非連續(xù)介質(zhì)模型對(duì)大壩穩(wěn)定性進(jìn)行分析清華大學(xué)的三維非線(xiàn)性大壩分析程序，可分析大型拱壩的整體穩(wěn)定性1高壩建設(shè)中的巖土工程問(wèn)題（4）壩基巖體穩(wěn)定評(píng)價(jià)目前主要采用計(jì)算分析法和模型試驗(yàn)法計(jì)算分析法：有限元法，剛體極限平衡法模型試驗(yàn)法：地質(zhì)力學(xué)模型，脆性材料模型評(píng)價(jià)拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，是拱壩設(shè)計(jì)中面臨的最困難的問(wèn)題之一2土壩壩工程（1）土壩壩工程加固固防滲應(yīng)用用技術(shù)目前，我國(guó)國(guó)已建成土土壩6萬(wàn)余余座，占大大壩總數(shù)的的90%。。我國(guó)土壩壩中大多是是碾壓式土土壩根據(jù)土石料料的性質(zhì)，，放在壩體體內(nèi)適當(dāng)?shù)牡牟课徊⒉刹捎眠m當(dāng)?shù)牡氖┕ぜ夹g(shù)術(shù)礫質(zhì)土、風(fēng)風(fēng)化巖、石石渣用于筑筑壩的技術(shù)術(shù)2土壩壩工程利用機(jī)械把把風(fēng)化巖壓壓碎作為防防滲體把不同的土土石料拌和和后建成強(qiáng)強(qiáng)度高的防防滲體凍土筑壩技技術(shù)瀝青砼塑料料薄膜等材材料作為土土石壩的防防滲結(jié)構(gòu)土壩基礎(chǔ)的的不良地基基處理：水水泥粘土灌灌漿法、砼砼防滲墻、、土鋪蓋防防滲、泥漿漿防滲槽、、化學(xué)材料料灌漿、砂砂井加固等等2土壩壩工程（2）土壩壩工程設(shè)計(jì)計(jì)土的強(qiáng)度力力學(xué)模型的的應(yīng)用土壩的穩(wěn)定定性分析土壩分析中中計(jì)算機(jī)數(shù)數(shù)值方法的的引入壩體變形和和裂縫的研研究引入仿仿真破壞模模擬用有限元法法模擬土壩壩滲流土壩邊坡穩(wěn)穩(wěn)定分析的的動(dòng)力分析析方法沉降計(jì)算與與固結(jié)理論論3地下水水電站建設(shè)設(shè)中的巖土土工程地下水電站站指引水道道、調(diào)壓井井、壓力管管道、主廠(chǎng)廠(chǎng)房部分洞洞室、尾水水洞室等均均位于地下下的電站在地質(zhì)條件件允許的情情況下，可可充分利用用圍巖承載載能力減少少支承結(jié)構(gòu)構(gòu)，節(jié)省鋼鋼材、水泥泥，降低工工程造價(jià)把圍巖視為為承載結(jié)構(gòu)構(gòu)，建立巖巖體支護(hù)概概念地下洞室計(jì)算算方法－數(shù)值值模擬法：塊塊體法、彈塑塑性模型分析析法3地下水電電站建設(shè)中的的巖土工程地下洞室的穩(wěn)穩(wěn)定判據(jù)：以以巖體的屈服服、變形、狀狀態(tài)作為判據(jù)據(jù)噴錨支護(hù)加固固地下結(jié)構(gòu)：：錨桿、錨索索、噴射砼等等洞室群的施工工優(yōu)化：從全全局出發(fā)，找找出有利于圍圍巖穩(wěn)定而且且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化化施工方案作用三：鐵路路建設(shè)中的巖巖土工程鐵路建設(shè)中的的巖土工程包包括巖土工程程勘探、路基基、橋梁基礎(chǔ)礎(chǔ)工程、隧道道工程。遙感、物探、、原位測(cè)試、、巖土試驗(yàn)滑坡、崩塌、、泥石流及巖巖溶等復(fù)雜工工程地質(zhì)條件件下的鐵路工工程軟土、膨脹土土、黃土、凍凍土等特殊條條件下的鐵路路工程風(fēng)沙地區(qū)的鐵鐵路工程作用三：鐵路路建設(shè)中的巖巖土工程錨桿擋土墻、、錨定板擋土土墻、加筋土土擋土墻、抗抗滑樁、樁板板墻、錨索抗抗滑樁及土釘釘墻等各種支支擋結(jié)構(gòu)工程程重載及高速鐵鐵路路基復(fù)雜條件下橋橋梁及基礎(chǔ)工工程復(fù)雜條件下長(zhǎng)長(zhǎng)、大隧道工工程作用四：港口口建設(shè)中的巖巖土工程港口建設(shè)中的的巖土工程包包括軟土地基基的勘探取土土和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試、沿海軟粘粘土工程、軟軟基加固工程程、樁基和其其他港工結(jié)構(gòu)構(gòu)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)計(jì)和施工工程程采用淺層剖面面儀在大面積積水域中進(jìn)行行初步勘探并并結(jié)合少量鉆鉆孔，鑒別土土類(lèi)和土層采用標(biāo)準(zhǔn)貫入入、土壓力計(jì)計(jì)等常規(guī)設(shè)備備完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)測(cè)試和原體觀(guān)觀(guān)測(cè)用砂井排水堆堆載預(yù)壓方法法加固軟粘土土地基作用四：港口口建設(shè)中的巖巖土工程用袋裝砂井和和塑料紙板排排水處理淤泥泥質(zhì)海岸用振沖碎石樁樁法、真空預(yù)預(yù)壓法、強(qiáng)夯夯法、深層拌拌合法、填土土超載擠淤法法、爆炸擠淤淤法等加固軟軟基預(yù)應(yīng)力鋼筋砼砼空心方樁應(yīng)應(yīng)用于高樁碼碼頭大型鋼管樁應(yīng)應(yīng)用于建造深深水碼頭大型預(yù)應(yīng)力鋼鋼筋砼管樁應(yīng)應(yīng)用于建造海海水腐蝕碼頭頭作用四：港口口建設(shè)中的巖巖土工程其他港工建筑筑物基礎(chǔ)：大大直徑圓筒結(jié)結(jié)構(gòu)，地下連連續(xù)墻，大型型扶壁，沉井井和沉箱等作用五：城建建中的環(huán)境巖巖土工程處于江河湖泊泊或海洋沿岸岸的城市，城城市環(huán)境災(zāi)害害防治擺在重重要地位城市防洪：須須控制淹沒(méi)高高度，涉及上上下游河道清清理工程、防防洪堤和防汛汛墻工程等采取技措提高高大壩抗洪能能力：用探地地雷達(dá)等無(wú)損損檢測(cè)方法查查明堤防工程程的地層特點(diǎn)點(diǎn)和險(xiǎn)情隱患患；用旋噴等等加固大堤地地基；用防滲滲墻等延長(zhǎng)滲滲透途徑；采采用經(jīng)濟(jì)高效效新型加固材材料加速工程程進(jìn)度，提高高工程質(zhì)量作用五：城建建中的環(huán)境巖巖土工程山城的泥石流流治理：在形形成區(qū)用溝坡坡兼治措施；；在流通區(qū)，，筑各種攔截截壩、溢流壩壩；在堆積區(qū)區(qū)，采取排導(dǎo)導(dǎo)停淤措施港口城市須疏疏通航道，合合理構(gòu)筑導(dǎo)堤堤，提高通航航能力海岸城市須進(jìn)進(jìn)行岸坡穩(wěn)定定保護(hù)，合理理地構(gòu)筑圍海海海堤城市地面沉降降，涉及深井井回灌、高層層建筑糾偏等等工程任務(wù)解決巖土工程程問(wèn)題通過(guò)巖土力學(xué)學(xué)分析計(jì)算，，提出建筑物物結(jié)構(gòu)類(lèi)型、、施工方法及及運(yùn)營(yíng)使用中中的注意事項(xiàng)項(xiàng)提出改善和防防治不良地質(zhì)質(zhì)條件，解決決巖土工程問(wèn)問(wèn)題的方法和和措施巖土力學(xué)的研研究方法土力學(xué)的研究究方法理論和室內(nèi)外外土工試驗(yàn)及及工程實(shí)踐相相結(jié)合，理論論計(jì)算和工程程經(jīng)驗(yàn)并重巖石土力學(xué)的的研究方法采用對(duì)自然巖巖體進(jìn)行性質(zhì)質(zhì)測(cè)定、理論論計(jì)算、科學(xué)學(xué)試驗(yàn)與理論論分析相結(jié)合合的方法巖土力學(xué)的發(fā)發(fā)展簡(jiǎn)史巖土力學(xué)是一一門(mén)既古老、、又新興的學(xué)學(xué)科，人類(lèi)很很早就懂得廣廣泛利用土進(jìn)進(jìn)行工程建設(shè)設(shè)（我國(guó)的長(zhǎng)長(zhǎng)城、南北大大運(yùn)河）直到到十八世紀(jì)中中葉，人類(lèi)對(duì)對(duì)土在工程建建設(shè)方面的特特性，尚停留留在感性認(rèn)識(shí)階段段。土力學(xué)的發(fā)展展簡(jiǎn)史十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)業(yè)革命后，提提出了大量與與土力學(xué)有關(guān)關(guān)的問(wèn)題和不不少成功的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，特別是是一些工程事事故的教訓(xùn)，，迫切促使人人們?nèi)で罄砝碚摰慕忉專(zhuān)?，并要求永通通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)驗(yàn)的理論來(lái)直直到以后的工工程實(shí)踐。筑城學(xué)（歐洲洲）墻墻后土土壓力問(wèn)題鐵路、公路、、水利工程土土坡穩(wěn)定問(wèn)題題半經(jīng)驗(yàn)分析階階段土力學(xué)的發(fā)展展簡(jiǎn)史二十世紀(jì)，隨隨著土建規(guī)模模的擴(kuò)大，促促使人們?nèi)婷娴叵到y(tǒng)地對(duì)對(duì)土的力學(xué)性性質(zhì)作理論和和實(shí)踐研究，，科學(xué)技術(shù)不不斷發(fā)展，世世界不少?lài)?guó)家家分分成立專(zhuān)專(zhuān)門(mén)土力學(xué)研研究機(jī)構(gòu)，重重點(diǎn)研究。十八世紀(jì)二十十年代，著名名的土力學(xué)家家太沙基的土土力學(xué)專(zhuān)著《《土力學(xué)》問(wèn)問(wèn)世，標(biāo)志著著土力學(xué)作為為一門(mén)獨(dú)立的的較系統(tǒng)而完完整的學(xué)科，，自1936年年以來(lái)，已召召開(kāi)了十一屆屆國(guó)際土力學(xué)學(xué)和基礎(chǔ)工程程學(xué)術(shù)會(huì)議。。近四十年來(lái)，，由于尖端科科學(xué)、生產(chǎn)發(fā)發(fā)展的需要，，土力學(xué)的研研究領(lǐng)域又有有了明顯的擴(kuò)擴(kuò)大土動(dòng)力學(xué)、凍凍土力學(xué)、海海洋土力學(xué)、、月球土力學(xué)學(xué)同時(shí)巖石力學(xué)學(xué)也已與土力力學(xué)分離而單單獨(dú)稱(chēng)為一門(mén)門(mén)學(xué)科。巖石力學(xué)的進(jìn)進(jìn)展和動(dòng)向重視工程地質(zhì)質(zhì)宏觀(guān)研究大力發(fā)展巖體體和巖石測(cè)試試和檢測(cè)技術(shù)術(shù)加強(qiáng)對(duì)巖體和和巖石基本性性質(zhì)的研究數(shù)值分析在巖巖石力學(xué)中廣廣泛應(yīng)用強(qiáng)調(diào)巖石力學(xué)學(xué)在工程上的的應(yīng)用，重點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)向地下工工程重視工程實(shí)例例的總結(jié)分析析和現(xiàn)場(chǎng)判斷斷，加強(qiáng)專(zhuān)家家系統(tǒng)的建立立工作巖土力學(xué)的學(xué)學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)巖土力學(xué)學(xué)，必須特別別注意認(rèn)識(shí)土土的特點(diǎn)多樣性易變性巖土力學(xué)密切切結(jié)合專(zhuān)業(yè)和和實(shí)踐的一門(mén)門(mén)課程，學(xué)習(xí)習(xí)中不但要著著重于基本概概念的理解，，掌握計(jì)算方方法而且要學(xué)學(xué)會(huì)初步解決決實(shí)際問(wèn)題的的能力。巖土力學(xué)與其其它課程的關(guān)關(guān)系巖土力學(xué)屬于于技術(shù)基礎(chǔ)課課，它在一般般基礎(chǔ)課和專(zhuān)專(zhuān)業(yè)課之間起起到承上啟下下的作用。先行課程：材材料力學(xué)、結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈彈性理論初步步、工程地質(zhì)質(zhì)學(xué)與水文地地質(zhì)學(xué)、水力力學(xué)后續(xù)課程：水水工結(jié)構(gòu)、地地基及基礎(chǔ)巖土力學(xué)是一一門(mén)邊緣學(xué)科科，它所設(shè)計(jì)計(jì)的自然科學(xué)學(xué)范圍很廣，，除了和力學(xué)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)各鄰鄰近學(xué)科有密密切關(guān)系外，，它還涉及到到普通地質(zhì)學(xué)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、、物理、化學(xué)學(xué)等方面的知知識(shí)領(lǐng)域。第一章巖巖土的物理性性質(zhì)及工程分分類(lèi)1.1巖巖土體的的特性1.1.1土土的結(jié)構(gòu)與與特性土的概念及土土的形成在土木工程領(lǐng)領(lǐng)域，土是指指覆蓋在地表表的沒(méi)有膠結(jié)結(jié)和弱膠結(jié)的的顆粒堆積物物，土與巖石石的區(qū)分僅在在于顆粒膠結(jié)結(jié)的強(qiáng)弱，所所以，有時(shí)也也會(huì)遇到難以以區(qū)分的情況況。土的來(lái)源土根據(jù)來(lái)源可可分為無(wú)機(jī)土：巖石石風(fēng)化天天然土土土是巖石風(fēng)化化的產(chǎn)物有機(jī)土：腐殖殖土，由植物完全或或部分分解的的堆積物具有有高壓縮性、、低強(qiáng)度，為為不良建筑物物地基風(fēng)化：物理風(fēng)化：溫溫度應(yīng)力力巖石開(kāi)開(kāi)裂水的凍脹裂裂縫張開(kāi)巖巖石開(kāi)裂裂波浪沖擊地震風(fēng)沙礫沖沖擊巖石石破裂化學(xué)風(fēng)化：巖巖石與空氣、、水和各種溶溶液相接觸經(jīng)經(jīng)氧化炭化作作用用分解成成細(xì)小的顆粒粒致使巖巖石的礦物成成分發(fā)生變化化水化在自然界，物物理風(fēng)化和化化學(xué)風(fēng)化是同同時(shí)或交替進(jìn)進(jìn)行的，所以以任何一種天天然土通常既既是物理風(fēng)化化的產(chǎn)物，又又是化學(xué)風(fēng)化化的產(chǎn)物。土的種類(lèi)殘積土：巖石風(fēng)化后仍仍然留在原地地的堆積物。。殘積土的厚厚度和風(fēng)化程程度主要取決決于氣候條件件和暴露時(shí)間間，其明顯特特征是顆粒多多為角粒，且且母巖種類(lèi)對(duì)對(duì)殘積土的性性質(zhì)有顯著影影響。(優(yōu)良良母巖、質(zhì)地