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）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)巖體分類法（3）大壩穩(wěn)定計(jì)算分析引用非線性非連續(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土壩工程（1）土壩工程加固防滲應(yīng)用技術(shù)目前，我國(guó)已建成土壩6萬(wàn)余座，占大壩總數(shù)的90%。我國(guó)土壩中大多是碾壓式土壩根據(jù)土石料的性質(zhì)，放在壩體內(nèi)適當(dāng)?shù)牟课徊⒉捎眠m當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)礫質(zhì)土、風(fēng)化巖、石渣用于筑壩的技術(shù)2土壩工程利用機(jī)械把風(fēng)化巖壓碎作為防滲體把不同的土石料拌和后建成強(qiáng)度高的防滲體凍土筑壩技術(shù)瀝青砼塑料薄膜等材料作為土石壩的防滲結(jié)構(gòu)土壩基礎(chǔ)的不良地基處理：水泥粘土灌漿法、砼防滲墻、土鋪蓋防滲、泥漿防滲槽、化學(xué)材料灌漿、砂井加固等2土壩工程（2）土壩工程設(shè)計(jì)土的強(qiáng)度力學(xué)模型的應(yīng)用土壩的穩(wěn)定性分析土壩分析中計(jì)算機(jī)數(shù)值方法的引入壩體變形和裂縫的研究引入仿真破壞模擬用有限元法模擬土壩滲流土壩邊坡穩(wěn)定分析的動(dòng)力分析方法沉降計(jì)算與固結(jié)理論3地下水電站建設(shè)中的巖土工程地下水電站指引水道、調(diào)壓井、壓力管道、主廠房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的電站在地質(zhì)條件允許的情況下，可充分利用圍巖承載能力減少支承結(jié)構(gòu)，節(jié)省鋼材、水泥，降低工程造價(jià)把圍巖視為承載結(jié)構(gòu)，建立巖體支護(hù)概念地下洞室計(jì)算方法－數(shù)值模擬法：塊體法、彈塑性模型分析法3地下水電站建設(shè)中的巖土工程地下洞室的穩(wěn)定判據(jù)：以巖體的屈服、變形、狀態(tài)作為判據(jù)噴錨支護(hù)加固地下結(jié)構(gòu)：錨桿、錨索、噴射砼等洞室群的施工優(yōu)化：從全局出發(fā)，找出有利于圍巖穩(wěn)定而且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化施工方案作用三：鐵路建設(shè)中的巖土工程鐵路建設(shè)中的巖土工程包括巖土工程勘探、路基、橋梁基礎(chǔ)工程、隧道工程。遙感、物探、原位測(cè)試、巖土試驗(yàn)滑坡、崩塌、泥石流及巖溶等復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的鐵路工程軟土、膨脹土、黃土、凍土等特殊條件下的鐵路工程風(fēng)沙地區(qū)的鐵路工程作用三：鐵路建設(shè)中的巖土工程錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、加筋土擋土墻、抗滑樁、樁板墻、錨索抗滑樁及土釘墻等各種支擋結(jié)構(gòu)工程重載及高速鐵路路基復(fù)雜條件下橋梁及基礎(chǔ)工程復(fù)雜條件下長(zhǎng)、大隧道工程作用四：港口建設(shè)中的巖土工程港口建設(shè)中的巖土工程包括軟土地基的勘探取土和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、沿海軟粘土工程、軟基加固工程、樁基和其他港工結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)和施工工程采用淺層剖面儀在大面積水域中進(jìn)行初步勘探并結(jié)合少量鉆孔，鑒別土類和土層采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、土壓力計(jì)等常規(guī)設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和原體觀測(cè)用砂井排水堆載預(yù)壓方法加固軟粘土地基作用四：港口建設(shè)中的巖土工程用袋裝砂井和塑料紙板排水處理淤泥質(zhì)海岸用振沖碎石樁法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、深層拌合法、填土超載擠淤法、爆炸擠淤法等加固軟基預(yù)應(yīng)力鋼筋砼空心方樁應(yīng)用于高樁碼頭大型鋼管樁應(yīng)用于建造深水碼頭大型預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管樁應(yīng)用于建造海水腐蝕碼頭作用四：港口建設(shè)中的巖土工程其他港工建筑物基礎(chǔ)：大直徑圓筒結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻，大型扶壁，沉井和沉箱等作用五吩：城建它中的環(huán)耍境巖土哲工程處于江河完湖泊或海斜洋沿岸的促城市，城間市環(huán)境災(zāi)導(dǎo)害防治擺柴在重要地添位城市防確洪：須膠控制淹竊沒(méi)高度子，涉及塊上下游頓河道清昆理工程頁(yè)、防洪綁堤和防轉(zhuǎn)汛墻工天程等采取技措奴提高大壩葉抗洪能力粱：用探地蛇雷達(dá)等無(wú)澇損檢測(cè)方澇法查明堤莫防工程的疤地層特點(diǎn)食和險(xiǎn)情隱借患；用旋昌噴等加固音大堤地基米；用防滲姐墻等延長(zhǎng)澡滲透途徑扔；采用經(jīng)前濟(jì)高效新時(shí)型加固材非料加速工考程進(jìn)度，祥提高工程疑質(zhì)量作用五：愚城建中的蛇環(huán)境巖土決工程山城的泥亮石流治理崖：在形成納區(qū)用溝坡累兼治措施浩；在流通趟區(qū)，筑各農(nóng)種攔截壩輕、溢流壩膝；在堆積轟區(qū)，采取伯排導(dǎo)停淤哨措施港口城著市須疏吊通航道只，合理逆構(gòu)筑導(dǎo)農(nóng)堤，提概高通航民能力海岸城市丹須進(jìn)行岸仔坡穩(wěn)定保袍護(hù)，合理旨地構(gòu)筑圍渠海海堤城市地面刃沉降，涉餃及深井回凈灌、高層端建筑糾偏齡等工程任務(wù)解決巖土灑工程問(wèn)題通過(guò)巖件土力學(xué)瞞分析計(jì)辟算，提米出建筑棉物結(jié)構(gòu)付類型、飲施工方扛法及運(yùn)走營(yíng)使用冶中的注苦意事項(xiàng)提出改善金和防治不棄良地質(zhì)條猜件，解決洞巖土工程波問(wèn)題的方危法和措施巖土力學(xué)角的研究方銅法土力學(xué)撤的研究勵(lì)方法理論和稼室內(nèi)外飯土工試主驗(yàn)及工遠(yuǎn)程實(shí)踐煎相結(jié)合將，理論奴計(jì)算和巷工程經(jīng)議驗(yàn)并重巖石土化力學(xué)的仗研究方御法采用對(duì)慨自然巖調(diào)體進(jìn)行踢性質(zhì)測(cè)矛定、理勁論計(jì)算撥、科學(xué)假試驗(yàn)與掘理論分湯析相結(jié)創(chuàng)合的方墾法巖土力學(xué)晶的發(fā)展簡(jiǎn)殊史巖土力學(xué)搶是一門既血古老、又亦新興的學(xué)龍科，人類執(zhí)很早就懂諸得廣泛利胃用土進(jìn)行喝工程建設(shè)傅（我國(guó)的蒼長(zhǎng)城、南肺北大運(yùn)河娃）直到十辱八世紀(jì)中蒙葉，人類甜對(duì)土在工里程建設(shè)方捧面的特性州，尚停留篇在感性認(rèn)識(shí)知階段。土力學(xué)農(nóng)的發(fā)展鄙簡(jiǎn)史十八世堤紀(jì)產(chǎn)業(yè)溜革命后鳳，提出炎了大量揪與土力碼學(xué)有關(guān)施的問(wèn)題春和不少問(wèn)成功的籃經(jīng)驗(yàn)，顯特別是磚一些工老程事故倚的教訓(xùn)閥，迫切刻促使人饞們?nèi)娗罄碚撋慕忉岋暎⒁缜笥劳▔K過(guò)實(shí)踐湯檢驗(yàn)的銜理論來(lái)閣直到以攝后的工遙程實(shí)踐竟。筑城學(xué)除（歐洲漫）害墻釘后土壓穗力問(wèn)題鐵路、公聚路、水利估工程蘆土柔坡穩(wěn)定問(wèn)回題半經(jīng)驗(yàn)摘分析階阻段土力學(xué)增的發(fā)展叉簡(jiǎn)史二十世紀(jì)兩，隨著土橋建規(guī)模的點(diǎn)擴(kuò)大，促宣使人們?nèi)蛎娴叵到y(tǒng)戰(zhàn)地對(duì)土的侵力學(xué)性質(zhì)參作理論和愿實(shí)踐研究先，科學(xué)技?jí)男g(shù)不斷發(fā)炒展，世界戒不少國(guó)家弓分分成立憂專門土力貼學(xué)研究機(jī)享構(gòu)，重點(diǎn)頁(yè)研究。十八世紀(jì)鈔二十年代圣，著名的釣土力學(xué)家坑太沙基的聰土力學(xué)專摟著《土力軍學(xué)》問(wèn)世易，標(biāo)志著否土力學(xué)作博為一門獨(dú)嚷立的較系盜統(tǒng)而完整右的學(xué)科，自19扶36年燃以來(lái)，估已召開(kāi)憑了十一劣屆國(guó)際紛土力學(xué)透和基礎(chǔ)投工程學(xué)薪術(shù)會(huì)議硬。近四十皂年來(lái)，惑由于尖蕉端科學(xué)匯、生產(chǎn)瘋發(fā)展的廈需要，謊土力學(xué)篩的研究妨領(lǐng)域又鉗有了明咽顯的擴(kuò)烏大土動(dòng)力學(xué)遙、凍土力啄學(xué)、海洋虧土力學(xué)、漁月球土力捉學(xué)同時(shí)巖伸石力學(xué)毫也已與促土力學(xué)踩分離而敗單獨(dú)稱疼為一門齡學(xué)科。巖石力學(xué)摸的進(jìn)展和油動(dòng)向重視工飾程地質(zhì)慚宏觀研脊究大力發(fā)展蠟巖體和巖黑石測(cè)試和嫩檢測(cè)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)鹿巖體和邊巖石基經(jīng)本性質(zhì)遵的研究數(shù)值分析牢在巖石力賀學(xué)中廣泛尺應(yīng)用強(qiáng)調(diào)巖石道力學(xué)在工流程上的應(yīng)楊用，重點(diǎn)跳轉(zhuǎn)向地下尚工程重視工歇程實(shí)例行的總結(jié)姓分析和糞現(xiàn)場(chǎng)判鐘斷，加班強(qiáng)專家隸系統(tǒng)的構(gòu)建立工久作巖土力學(xué)視的學(xué)習(xí)方稻法學(xué)習(xí)巖土疑力學(xué)，必滾須特別注揪意認(rèn)識(shí)土墓的特點(diǎn)多樣性易變性巖土力學(xué)尤密切結(jié)合竟專業(yè)和實(shí)完踐的一門地課程，學(xué)于習(xí)中不但煮要著重于必基本概念呆的理解，羨掌握計(jì)算公方法而且齊要學(xué)會(huì)初攀步解決實(shí)海際問(wèn)題的皇能力。巖土力學(xué)承與其它課占程的關(guān)系巖土力學(xué)應(yīng)屬于技術(shù)宇基礎(chǔ)課，腎它在一般散基礎(chǔ)課和檢專業(yè)課之追間起到承柿上啟下的微作用。先行課企程：材糖料力學(xué)焰、結(jié)構(gòu)扛力學(xué)、什彈性理朝論初步萌、工程霜地質(zhì)學(xué)蠅與水文犁地質(zhì)學(xué)妻、水力鳥(niǎo)學(xué)后續(xù)課程暑：水工結(jié)首構(gòu)、地基帝及基礎(chǔ)巖土力灶學(xué)是一彎門邊緣艙學(xué)科，餡它所設(shè)遷計(jì)的自胖然科學(xué)專范圍很梅廣，除狂了和力濾學(xué)領(lǐng)域班內(nèi)各鄰削近學(xué)科蜻有密切腰關(guān)系外盛，它還賢涉及到碰普通地就質(zhì)學(xué)、壁土質(zhì)學(xué)臟、物理脂、化學(xué)析等方面客的知識(shí)未領(lǐng)域。第一章繪巖土的甜物理性質(zhì)話及工程分杜類杜1.核1巖掉土體的特奪性1.1.撥1土的饑結(jié)構(gòu)與特杯性土的概念團(tuán)及土的形羊成在土木工恒程領(lǐng)域，急土是指覆灘蓋在地表貼的沒(méi)有膠軟結(jié)和弱膠躍結(jié)的顆粒鳴堆積物，最土與巖石貿(mào)的區(qū)分僅鋒在于顆粒有膠結(jié)的強(qiáng)王弱，所以腎，有時(shí)也帝會(huì)遇到難蠢以區(qū)分的擔(dān)情況。土的來(lái)勇源土根據(jù)來(lái)喬源可分為無(wú)機(jī)土紫：巖石遲風(fēng)化轉(zhuǎn)天然禾土躍土是巖主石風(fēng)化價(jià)的產(chǎn)物有機(jī)土：欲腐殖土，由植物鑒完全或斤部分分熱解的堆頂積物具刺有高壓堂縮性、傲低強(qiáng)度偶，為不軋良建筑饞物地基風(fēng)化：物理風(fēng)閃化：溫煌度世應(yīng)力鏈巖石梢開(kāi)裂水的凍脹題裂縫仗張開(kāi)框巖石開(kāi)裂波浪沖擊地震風(fēng)碌沙礫沖宅擊榆巖石破疫裂化學(xué)風(fēng)永化：巖眼石與空例氣、水聞和各種猜溶液相禮接觸經(jīng)氧化炭化妥作用踐分解澤成細(xì)小醒的顆粒百致夕使巖石世的礦物術(shù)成分發(fā)劃生變化水化在自然胖界，物穩(wěn)理風(fēng)化租和化學(xué)應(yīng)風(fēng)化是怎同時(shí)或出交替進(jìn)該行的，非所以任咱何一種鼠天然土筑通常既南是物理畢風(fēng)化的冤產(chǎn)物，償又是化無(wú)學(xué)風(fēng)化幅的產(chǎn)物影。土的種類殘積土：巖石風(fēng)化丙后仍然留淚在原地的晴堆積物。偽殘積土的犧厚度和風(fēng)銳化程度主匆要取決于較氣候條件列和暴露時(shí)墳間，其明但顯特征是鉛顆粒多為瞎角粒，且更母巖種類奔對(duì)殘積土蠶的性質(zhì)有再顯著影響水。(優(yōu)良插母巖、質(zhì)端地不良母子巖)運(yùn)積土：經(jīng)流水照、風(fēng)和污冰川等構(gòu)動(dòng)力搬淺運(yùn)離開(kāi)牲產(chǎn)地的熟堆積物材?？煞忠魹楹恿鬟\(yùn)積逮土風(fēng)積土冰川沉欲積土沼澤土（部腐植土）河流沉積蓄土水沖積形濃成的，上如游顆粒粗藏，下游顆費(fèi)