第00章 岩土体工程绪论.doc

岩土体工程教案地质工程2专业260104032007-2008学年第1学期毛彦龙教学日志授课顺序周次授课章节及内容提要学 时目的与要求方式方法手段课外作业及备注讲课实验（习）习题上机18绪论本课程的研究内容、目的、要求及方法.2了解本课程与其它课程的关系，及本的内容、目的及方法28第一章 区域稳定问题1、活断层22掌握活断层的鉴别方法、产生条件、形成机制，活动特性382、地震22掌握地震的产生条件、分布特征及地震区规划设计建筑物的原则49第二章 斜坡稳定性问题1、斜坡应力分布特征22了解斜坡应力分布及变形破坏的一般特征592、斜坡变形破坏的类型与特征22掌握斜坡变形破坏的产生条件、发育模式和特征以及发展演化过程和规律693、天然营力因素对斜坡变形破坏的影响22掌握各种内外因素对斜坡变形破坏过程的影响7104、斜坡稳定性分析5、斜坡防治原则及方法22掌握斜坡稳定性的评价方法及防治这类不良地质作用的方法、原则及主要措施810第三章 洞室的稳定问题1、洞室围岩应力重分布22了解洞室围岩的应力重分布特征910地下洞室围岩的变形破坏与山岩压力22理解洞室围岩各种变形破坏类型及其产生条件及影响控制因素1011地下洞室围岩稳定性分析与评价22掌握洞室围岩稳定性的评价方法授课顺序周次授课章节及内容提要学 时目的与要求方式方法手段课外作业及备注讲课1111第四章 地基稳定问题1、地基应力分布特征22了解地基应力分布特征、一般规律12112、地基变形破坏类型与特征22掌握地基变形破坏类型、特点、产生条件及研究评价方法1312第五章 勘察阶段与程序1、勘察等级划分22握岩土工程勘察等级划分的依据、目的及内容14122、勘察阶段与内容22掌握岩土工程勘察阶段划分的依据、内容15123、工作程序与方法22掌握岩土工程勘察工作程序和方法1613第六章 工程地质测绘1、工程地质条件与问题22掌握其内容及与工程的相互关系17132、测绘内容与精度3、测绘方法与程序22掌握工程地质测绘的内容、方法、精度、程序及注意的事项1813第七章 工程地质勘探1、坑探与钻探22掌握各种勘探方法的适用条件、目的、方法及注意事项19142、取样技术22掌握坑探与钻探过程中如何取样20143、内业资料的整理（地层划分、剖面图）22掌握坑探与钻探资料的整理项目及成果的应用2114第八章 地基评价1、参数分析与统计22掌握地基评价中岩土参数的选取方法22152、承载力确定方法3、抗震性评价22掌握地基承载力的确定方法及抗震评价的方法及目的授课顺序周次授课章节及内容提要学 时目的与要求方式方法手段课外作业及备注讲课实验（习）习题上机2315第九章 水土腐蚀性评价1、测试项目2、评价标准22掌握水土腐蚀性评价的项目、标准、目的及成果的应用2415第十章 岩土工程勘察报告编写1、文字编写大纲22掌握岩土工程勘察报告的内容、格式及特殊要求25162、图件和表格及要求22掌握岩土工程勘察报告所附图件及表格的种类、内容、编写方法及要求绪 论一、课程的性质与任务岩体工程与土体工程是两门研究方法相近而研究对象不同的学科。土体工程是研究松散土体分布地区修建各种工程建筑物所遇到的及所引起的主要工程地质条件及其相应的处理措施；岩体工程则是研究在岩体分布地区修建各种工程设施所遇到的和所产生的主要工程地质问题及其相应的处理措施。因此，土体工程主要是针对第四系松散堆积区而言，而岩体工程主要是针对基岩山区而言。无论是土体还是岩体，我们都可将其统称为地质环境。地质环境对人类工程活动的影响是多方面的，即可表现为以一定作用影响工程建筑物的稳定性和正常使用，也可表现为以一定作用影响工程活动的安全，还可表现为由于某些地质条件不具备而提高了工程造价，视地质环境的具体特点和人类工程活动的方式和规模而异。例如，在活断层和强烈地震区修建各类工程建筑物，如果建筑场地选择不当或建筑物类型、结构设计不合理，就会由于断层活动或伴随断层活动产生的强烈地震使建筑物损坏或毁坏；在石灰岩分布区修建水工建筑物，如未能查明溶洞的分布规律和采取适当措施，轻则造成大量库水漏失，重则造成水库完全不能蓄水，使建筑物的不能正常使用；进行地表开挖无视地质条件的特点或对边坡稳定判断失误，有时会引起大规模的崩塌或滑坡，不仅增加工程量、延长工期和提高造价，甚至会危及施工者的安全；如果工程活动是在岩、土体中开挖地下洞室，显然洞室本身稳定及支衬结构、施工方法、施工的正常工作条件及施工人员的安全，都受周围的地质环境所制约。地质环境影响工程造价可以通过两种不同的方式。其一往往是由于建筑场地选择不当，为了在复杂条件下保证建筑物的安全，如不对威胁建筑物的地质因素采取某种处理措施，就必须采用更为复杂的建筑物结构。另一种情况是选择了当地不能提供充分天然建筑材料的建筑物型式。例如在天然产出的砂砾石很少的地区修建混凝土坝，本来可以选用混凝土方量小的轻型结构，却选用了大体积的重力坝，如不从远地运来天然砂砾作为骨科，就必须制造人工骨料，建筑物造价的大大提高也是不可避免的；同样，在对不稳定地质体进行治理时，如对岩土体破坏的形成条件、形成机理等判断有误，所采取的措施必然失效，结果造成很大的浪费。人类工程活动又会以各种方式影响地质环境。如修建水库产生的水库诱发地震，大量抽取地下水而引发的地面沉降，大量砍伐森林造成荒漠化，等等。由此可见，由于地质环境不同和人类工程活动的类型和规模不一，工程活动与地质环境之间的相互关联、相互制约是多种形式的，即有两者之间某种形式的相互作用，这是主要的，也有不属于相互作用的某种形式的相互制约。由此，岩土体工程这门学科的任务就是：查明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利的和不利的因素；论证建筑物所遇到的工程地质问题，进行定性和定计的评价，作出确切的结论；选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的工程地质条件合理配置各个建筑物；研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，并提出对地质环境合理利用和保护的建议；根据建筑场址的具体工程地质条件，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；提出解决这些工程地质问题的措施方案。二、课程的研究对象和内容岩土体工程的任务决定了它的研究对象就是岩土体，具体的研究内容归纳起来主要有以下几个方面： (1)岩土工程性质的研究地球上任何类型的建筑物均离不开岩土体，无论是分析工程地质条件，或是评价工程地质问题，首先要对岩土的工程性质进行研究。研究岩土体的工程地质性质及其形成变化规律，各项参数的测试技术和方法，岩土体的类型和分布规律，以及对其不良性质进行改善等内容。有关这方面的研究，是由工程地质学的分支学科工程岩上学来进行的。(2)工程动力地质作用的研究地壳表层由于受到各种自然营力包括地球的内力和外力作用，还有人类的工程一经济活动，影响建筑物的稳定和正常使用。这种对工程建筑有影响的地质作用，即为工程动力地质作用。习惯上将由于自然营力引起的各种地质现象叫做物理地质现象，出于人类工种一经济活动引起的地质现象叫做工程地质现象。讲究工程动力地质作用(现象)的形成机制、规模、分布、发展演化的规律，所产生的有关工程地质问题，对它们进行定性的和定量的评价，以及有效地进行防治、改造，就成为工程地质学的另一分支学科工程动力地质学的研究内容。(3)工程地质勘察理论和技术方法的研究为了查明建筑场区的工程地质条件，论证存在工程地质问题，正确地作出工程地质评价，以提供建筑物设计、施工和使用所需的地质资料，就需进行工程地质勘察。不问类型、结构和规模的建筑物，对工程地质条件的要求以及所产生的工程地质问题各不相同，因而勘察方法的选择、工作的布置原则以及工作量的使用也是不相同的。为了保证各类建筑物的安全和正常使用，首先必须详细而深入地研究所能产生的工程地质问题，在此基础上安排勘察工作。应制订适合于不同类型工程建筑的各种勘察规范或工作于册，作为勘察工作的指南，以保征工程地质勘察的质量和精度。在当前工程地质勘察中，尤其要研究新颖的勘察理论和新技术方法的应用，使勘察工作更为快速、轻便、有效。(4)区域工程地质的研究区域工程地质是为工程规划设计提供地质依据的。不同地域由于自然地质条件不同，因而工程地质条件也不相同。认识并掌损广大地域工程地质条件的形成和分布规律，预测这些条件在人类工程经济活动影响下的变化规律，并按工程地质条件进行区划，作出工程地质区划图，就是区域工程地质研究的内容。区域工程地质学即为这方面的分支学科。由此我们可以知道，岩土体工程是门应用性非常强的地质科学。它在工程建设中的地位相当重要，服务对象非常广泛，所研究的内容也是十分丰富的。三、该课程的研究方法及其与其它学科的关系岩土体工程的研究方法是与它的研究内容相适应的，其研究内容可划分为两大块，其一是工程地质原理分析，其二是勘察手段的研究，这儿主要介绍工程地质原理部分。工程地质原理分析主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。自然历史分析法即为地质学的方法，它是工程地质学最基本的种研究方法。工程地质学所研究的对象地质体和各种地质观象，是自然历史过程中形成的，而且随着所处条件的变化，还在不断地发展演化着，所以对一个动力地质作用或建筑场地进行工程地质研究时， 首先就要作好基础地质工作，查明各项自然地质条件和各种地质现象，以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势及结果。只有这样，才能真正查明研究地区的工程地质条件，并作为进一步研究工程地质问题的基础。例如，对斜坡变形与破坏问题进行研究时，要从研究形态入手，确定斜坡变形与破坏的类型、规模及边界条件，分析斜坡变形、破坏的机制及各项影响、控制因素，以展现其空间分布格局，进而分析其形成、发展演化过程和发育阶段。从空间分布和时间序列上揭示其内在的规律；并且还要预测在人类工程经济活动下的变化情况，为深入进行斜坡稳定性工程地质评价奠定基础。又如研究坝基抗滑稳定性问题时，首先必须查明坝基岩体的地层岩性特点、地质结构及地下水活动条件，尤其要注意研究软弱泥化夹层的存在和岩体中其它各种破裂结构面的分布及其组合关系，找出可能的滑移面和切割面以及它们与工程作用力的关系，研究滑移面的工程地质习性，以作为进一步研究坝基抗滑稳定的基础。但是，仅有地质学的方法是不能完全满足工程地质评价的要求的，因为它终究属于定性研究的范畴，并没有数量的概念。所以要深入研究某一工程地质问题时，还必须采用定量研究的方法。数学力学分析法、模型模拟试验法即属定量研究的范畴。数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的。对某一工程地质问题或工程动力地质现象，在进行自然历史分析之后，根据所确定的边界条件和计算参数，运用理论公式或经验公式进行定量计算。例如在斜坡稳定性计算中通常采用的刚体极限平衡理论法，就是假定斜坡岩土体为刚体的前提下，将各种作用力以滑动力和抗滑力的形式集中作用于可能的滑移破坏面上，求出该面上的边坡稳定系数，作为定量评价的依据。为了搞清边界条件和合理地选用各项计算参数，就需要进行工程地质勘探、试验，有时则要耗费巨大的资金和人力。所以除大型或重要的建筑物外，一般建筑物往往采用经验数据类比进行计算。由于自然地质条件比较复杂，在计算时时常需要把条件适当简化，并将空间问题简化为平面问题来处理。一般的情况是，先建立一地质模型(物理模型)，随后抽象为数学模型，代入各项计算参数进行计算。当前由于现代电子计算技术的发展，各种数学、力学计算模型愈来愈多地运用于工程地质领域中。弹性力学和弹塑性力学理论的有限单元法也日益广泛地应用于斜坡稳定性、坝基抗滑稳定性、地面沉降及水库诱发地震危险性等的分析计算。这种方法在计算空间问题、非均一、非线性的复杂课题时更显示它的优越性。此外，模糊数学、数量化方法、灰色理论、逻辑信息法等的引入，为丁程地质定量评价开辟了新的途径。模型模拟试验法在工程地质研究中也常被采用，它可以帮助我们探索自然地质作用的规律，揭示某一工程动力地质作用或工程地质问题产生的力学机制，发生、发展演化的全过程，以便我们做出正确的工程地质评价。因为有些自然规律或建筑物与地质环境相互作用的关系可以用简单的数学表达式来表示，而有些数学表达式则十分复杂而难解，甚至因不易发现其作用的规律无法用数学表达式来表示，在这种条件下，采用模型模拟试验则更为有效。进行模型模拟试验必须要有理论作指导，除了工程力学、岩体力学、土力学、水力学、地下水动力学等理论指导外，还必须有量纲原理和相似原理作指导。工程地质类比法在工程地质研究中也是常用的一种方法，可以用于定性评价，也可作半定量评价。它是将已建建筑物工程地质问题的评价经验运用到自然地质条件与之大致相同的拟建的同类建筑物中去。很显然，这种方法的基础是相似性，即自然地质条件、建筑物的工作方式、所预测的工程地质问题性质都应大致相同或近似。它往往受研究者的经验所限制。由于自然地质条件等不可能完全相同，类比时又往往把条件加以简化，所以这种方法是较为粗略的；一般适用于小型工程或初步评价。目前在评价斜坡稳定性中常用的“标准边坡数据法”即属此法。上述四种研究方法各有特点，应互为补充，综合应用。其中自然历史分析法是最重要和最根本的研究方法，是其它研究方法的基础。作为工程地质工程师是必须明确的。上述可知，工程地质学所涉及的知识范围是很广泛的，它必须有许多学科的知识作为自己的理论基础。除了与