岩土工程勘察设计的若干基本概念-顾宝和.ppt

1、2010年6月岩土工程勘察设计部分基本概念，内容，1概念和方法，2与岩土工程相关的地下水问题，3孔隙水压力和有效应力原理，4作用，阻力和安全，5地基承载力，6地基变形，地基与结构的变形协调，1概念和方法，1.1岩土工程的主要概念，1.2概念的重要性，1.3概念和方法的关系，1.1岩土工程的主要概念， 几个常识案例1珊瑚石2休止角的测量值是340，内摩擦角是320，地基承载力的特殊值是120千帕？ 3.在测量报告中，用抽水试验和观测井主孔的水力梯度计算地下水流速？4建筑物的计算沉降量小于荷载试验的沉降量？根据理论公式，用变形模量换算压缩模量。理论：压缩模量是有限的，但变形模量不受限制。Es大于E

2、0，E0=Es。实际上，测试条件不同，这与理论关系不一致。高压缩性土相互接近，低压缩性土E0明显高于Es。工程的渗漏被破坏了。基坑深约9m，自然水位约4m。坑的上部和底部为粉土和粉质粘土，下面有一层厚的长辛店砾石层。降水井在砾石层表面较深，周边有补给。挖至7m见水，用力挖到底，挖壕沟，四周填砾石排水，坑内普遍存在“上升泉”，坑底土的载荷试验异常，土质受到严重扰动。判断坑底淤泥的垂直渗透率远大于水平渗透率，这实际上是渗透变形和破坏，于是改用桩基础。几个概念性问题，岩溶地基一柱一桩，好吗？土壤越来越致密了吗？高层建筑、框架结构、排架结构和砌体结构有哪些不同的变形控制模式？顺层边坡、膨胀土边坡和危岩

3、边坡的破坏模式：锚杆支护、一次破坏和连续倒塌破坏。桩筏基础，嵌岩桩设计，部分嵌入，部分不嵌入，因支撑刚度不同而逐渐破坏。岩土工程、地质演化的主要概念：岩土成因、结构和结构面、风化、岩溶和土洞形成、地震和断裂、液化机理、滑坡和其他不良地质过程以及地质灾害的演化；岩土力学：静平衡原理、应力应变原理、孔隙水压力和有效应力原理、渗流破坏原理、地下水运动规律、土与结构的协同作用。环境方面：建筑材料的腐蚀性、垃圾填埋、工程建设的环境影响等。1.2观念的重要性，观念不清的人，经验是肤浅的，片面的，非理性的，只看到现象，看不到本质，用直观的局部经验处理问题，原则上容易犯错误；概念清晰的人所获得的经验是全面的、

4、理性的和系统的。当遇到工程问题时，他们能够透过现象看到本质，从别人那里得出推论，具有很强的洞察力和判断能力，能够有意识地应用理论和经验。经验应该在理论层面上总结。1.3概念与方法、概念的关系：它不是事物的现象、片面的事物，不是它们的外部联系，而是事物的本质、总体和内部联系，这是认知过程的理性阶段。方法：探索法、测试法、构造法、计算分析、软件应用、文字和图形表达等。概念与方法、方法或手段的关系是工程师的身体，科学概念是工程师的灵魂，方法的合理应用必须由灵魂来指挥。有了机智的灵魂，强壮的身体才能发挥它的能力。理论与经验相结合，工程师需要经验，而经验是衡量工程师能力的主要标准。然而，它必须与理性的概

5、念相结合。分散的非理性经验不一定可靠，植根于理性的经验具有生命力。工程师需要反对两个盲目，片面强调理论，轻视经验；片面强调经验，忽视理论。深刻理解问题是必要的，深刻的理论才能揭示事物的本质。解决问题应该简单，注重工程效果，而不是追求理论的完善。2地下水问题与岩土工程有关，2.1静水压力，2.2流动网络，2.3错流入渗，2.4渗流变形与破坏，2.5丘布依假设，2.1静水压力的特征，静水压力的各向同性三角形分布，静水压力与土壤孔隙度无关，静水压力与土壤渗透系数无关，静水压力是各向同性的，静水压力中只有压应力，而剪应力为零，否则就会流动。各个方向的压力都是一样的，水压的作用必须垂直于界面。孔隙水压力

6、由水和土划分提出，主动和被动侧压力系数均为1.0，土体按有效强度计算；水土经济是水压力和土压力的结合，土压力随土壤的总应力强度而变化。从概念上讲，水土的划分符合有效应力原理。压力的三角形分布只与深度有关，而与边界形状和水体大小无关。浮力由于流经弱渗透层的水头损失而降低，但项目必须与土壤紧密接触或紧密密封。静水压力与土壤的渗透系数无关。小渗透系数只产生滞后效应，长期效应与其他土壤相同。除非它是完全不渗透的，否则它不会传递静水压力。静水压力与土壤孔隙度无关。2.2流网和流网力学概念清晰，解题直观，有利于深入理解渗流现象的本质特征、流网的本质以及等势线和流线的正交性；如果等势线之间的差相等，流线之间

7、的差相等，则每个网格的长宽比相等。在不渗透边界，等势线垂直于它，流线平行于它。在恒定水头边界，流线垂直于它，恒定水头边界是等势线；等电位线越密集，水力梯度越大。流线越密集，流速越大。网格越密，水力梯度、流速和流量越大，渗透引起的孔隙水压力越大，越容易产生渗透变形。相反，网格越细，水流越顺畅。2.3跨层渗流的地下水水头变化，当多层地下水的水头不等于弱透水层时，发生垂直错流渗流。高水头低水头的向上渗流；上水头较高，渗流向下。当大气降水作为主要补给源时，向下渗流和下水头较低；当在山前横向供应深层地下水时，下水头高，上水头低。其原理与水平渗流相同。对于没有跨层渗流的多个含水层，上下点的水头在同一平面位

8、置上是相同的，这与深度无关，而是从上到下的渗流、从下到上的渗流、渗流变形和破坏、地下水在土壤中的流动、土壤颗粒的阻力和水头损失。根据作用和反作用原理，水流必须对土壤颗粒施加渗透力。渗流力是一种体积力，其大小与水的重力相等，其大小与水力梯度成正比，其方向与水流方向一致。它由以下公式表示：J=W i、和土壤流量。当上下水头差增大到一定值，向上的渗透力克服了土壤向下的重力，土壤颗粒悬浮移动，导致土壤流动。流动土多出现在级配均匀的细砂或粉土中，具有突发性和危险性。流动土壤的状况不仅取决于渗透性，还与土壤的粒度分布、密度和透水性有关。水秋布依公式不适用于大水位下降，在秋布依假设中忽略了垂直分量。承压水井

9、符合二维流动，水力梯度为ds/dx，符合假设；对于潜水井，有一个弯曲的潜水面，流线是弯曲的，等电位面不是垂直的，这是一个三维流动。Jubilee假设意味着ds/dx=ds/dl，等压面是垂直的，等压面上不同深度的水头相等，水力梯度相等。只有当水力梯度很小时。离井越远，垂直分量越小，误差越小。相反，错误越大。潜水井的流线、潜水井的渗流面问题，秋布一假定潜水井井壁的表面与井水位齐平，并且没有渗流面。如果没有渗流面，当井内水位下降到含水层底部时，水流的截面积为零，涌水量也应该为零，实际的水仍然流出。正从渗出的表面渗出。天然潜水面出口处的落泉和基坑壁有时被“抽干”，这都表明存在：渗流面。影响半径的“悖

10、论”，它是查比公式中的一个独立参数，与压降和渗透系数无关。经验公式的影响半径是深度缩减和渗透系数的函数。库萨金公式：实际经验也与深度减少和渗透系数有关。朱比利公式的影响半径是一个虚拟的概念。由叠加原理导出的稳定流和非稳定流、单井公式和群井公式都是稳定流。实际基坑降水是稳定流还是非稳定流取决于场地条件、补给条件、抽水能力等。有些开始泵送为不稳定流，然后变成稳定流；有些总是不稳定的流动。潜水苔丝公式问题，一个水力传导率是一个变量而不是常数；b井附近有三维流动，应考虑水平和垂直分量；c .含水层释放的弹性蓄水(与蓄水系数相关)很小，但主要来自含水层的排水(与比产量相关)，与比产量相关的蓄水不是瞬间完

11、成的，而是逐渐释放的。目前，还没有严格的解析解。数值方法还存在一些问题，如不完全井、绕流水幕、注水和补水等。基坑降水的复杂性包括三个方面。首先，含水层和隔水边界的分布复杂多变，渗透系数等水文地质参数多变，难以确定。二是供给条件的复杂性，包括供给边界、供给类型和供给强度；第三，抽水灌溉引起的渗流场的复杂变化，如何预测潜水自由面随时间的升降过程。数值方法适应性强，但不能过分依赖。不能认为所有的问题都可以用商业软件解决。3孔隙水压力和有效应力原理，3.1孔隙水压力类型3.2有效应力原理3.3压缩固结过程中的孔隙水压力3.4孔隙水压力和土壤抗剪强度3.5地震液化和孔隙水压力3.6压实，强夯，挤土桩和孔

12、隙水压力3.1孔隙水压力类型，(1)静水压力稳定时的地下水压力；(2)渗流力，沿渗流方向的渗流力；(3)超静水压力是在静水压力的基础上由于静水压力或动力而增加的，它是不稳定的，有发生、积累和消散的过程，与土的有效强度密切相关。(4)非饱和土中存在负孔隙水压力。3.2有效应力原理，太沙基有效应力原理u受外力作用，包括静压、冲击、打桩、车辆、地震等。并且压力(有效应力)完全由土壤颗粒承受的状态被打破，其全部或部分由孔隙水承受，并且孔隙压力上升并累积，有效应力降低。随着土壤中孔隙水的排出，流体静压力逐渐消散，直至恢复稳定，3.4土的孔隙水压力和抗剪强度，1。砂土的孔隙水压力消散较快，但对于正常加载速

13、率，强度与加载速率关系不大。地震瞬态动力荷载引起的松散砂土液化。对于粉土和粘性土，加载初期的孔压最高，有效强度最小，最危险。随着时间的推移，孔隙压力消散，有效强度和安全性提高。渗透性越小，改善越慢。3慢速加载有利于充分发挥土的强度，提高安全性。抗剪强度试验、孔隙水压力、直剪试验、快剪固结、快剪和慢剪三轴试验对饱和土产生负孔隙水压力。非饱和土只能借用饱和土的总应力法进行预饱和。有三套指标，有效压力法有一套指标。解脲脲原体试验、解脲脲原体试验和解脲脲原体试验增加3倍，导致孔隙水压力增加，有效应力保持不变。因此，只有C为0，抗剪强度线是水平的。土壤变成粘性物质，而不是摩擦物质，其强度随深度而增加。C

14、U试验：正常固结土，抗剪强度线穿过原点，C为0，部分饱和土，包络线前段不饱和，C不等于0。超固结土受预固结压力影响，具有较高抗剪强度，饱和粘性土具有不排水抗剪强度，部分饱和土具有不排水抗剪强度，正常固结土具有不排水抗剪强度，超固结土具有不排水抗剪强度。镉试验：有效应力法，镉试验：正常固结土，包络线通过原点，但高于铜试验。c值取决于预固结压力有效应力法CU试验测得的孔隙水压力，结果为c，正常固结土排水剪切CD，超固结土排水剪切CD，以及抗剪强度指标的应用。直剪和三轴剪各有优缺点。有效应力法符合土力学原理，难以估算。固结、松散、排水和不排水都是现场孔隙水压力工程中很少使用的极端情况。本工程在工程勘

15、察的三轴试验中，根据闭合情况，仅选取了34个莫尔圆，包络线中的非饱和土仅借用原埋地饱和土，3.5级超静水压力和地震液化，砂或粉土被地震压实，孔隙压力迅速上升，强度损失大，下沉大。粘性土，含粘性力的厚砾石，不液化，孔隙压力消散快，不易液化的粉细砂和粉土最容易液化，非饱和土的破坏面存在基质吸力和负孔隙压力，土的应力与强度关系以三维方式表达。地震液化和孔隙水压力，液化和非液化地震破坏的区别非液化惯性力引起建筑物的破坏和倒塌，液化地基的破坏在几秒钟内发生，涌水砂、土体滑移、地裂缝建筑物下沉、拉伸裂缝和倒塌、涌水砂、严重的土壤侵蚀、地面和建筑物在几分钟到几十分钟内的大面积下沉，没有涌水砂就不能计算液化，

16、涌水点的分布受地形影响。工程影响，针对沟渠、井和基础外侧喷洒后土壤密度极不均匀，在N=0附近喷洒前有一个“水夹层”，在建筑基础下液化，基础外侧按液化顺序最容易液化。自由时间过后，地基两侧的土壤最迟软化，失去支撑，重新分配压力，增加地基下的应力，变得不稳定，表明两侧的喷洒程度超过了自由场。基础下沉量大有利于抗液化破坏和液化判别。剪应力比较简化统计方法，K0=1.0时的孔压和应变，以及Sitter的剪应力比较简化方法，0.65是将随机振动转化为等效均匀循环振动的系数，d是刚体的折减系数。抗震规范判别式，3.6击实、强夯、挤土桩和孔隙水压力，1饱和软粘性土例如，4作用、阻力和安全，4.1作用-荷载，4.2材料性质，4.3安全的表达，4.4讨论，4.1作用-