岩土工程考试重点.doc

岩土工程绪论1.岩土工程的定义：岩土工程是土木工程领域专门研究关于土体和岩体的工程性质及其应用的一个学科分支。2.岩土工程的范围：土木工程中所有涉及土体和岩体的部分都包括在岩土工程的范围之内。岩土工程主要包括以下几个主要方面：土质学、地质学（包括水文）、工程勘察、地基基础（地基处理、基础工程）、开挖工程（基坑开挖、隧洞开挖）、支护工程（基坑支护、边坡支护及泥石流防治）、工程检测与监测。其实以上问题都可以归结为边坡稳定、土压力和地基承载力，这三者也是土力学里三个永恒的经典问题。3.土木工程：岩土工程，结构工程，市政工程，供热、供燃气、通风及空调工程，防灾减灾工程及防护工程，桥梁与隧道工程。4.岩土工程的范围：土质学，地质学（包括水文），工程勘察，地基基础（地基处理、基础工程），开挖工程（基坑开挖、隧洞开挖），支护工程（基坑支护、边坡支护及泥石流防治），工程检测与监测。5.工程力学：理论力学，固体力学，流体力学（液体、气体、磁流），计算力学（数值分析与计算）实验力学（用实验的方法和手段）。6.固体力学：材料力学、复合材料力学，弹性力学、塑性力学（引入有限元等数值方法），结构力学，振动力学，损伤力学、断裂力学7.土工数值分析与计算（计算土力学）：有限元，边界元，离散元，无穷元。8.岩土力学：岩石力学（岩体力学），土力学，高等土力学，土动力学。9.岩土工程的新进展：1.在材料本构关系和计算方面；2.在基础结构分析与计算方面；3.在地基处理方面；4.在土动力学方面；5.在材料领域方面；6.在地下工程方面；7.在岩土构筑物方面；8.在岩土实验方面。第一章 岩体和土体的工程性质1.1.1压缩性参数土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩随时间而增长的过程叫做固结。地基的最终沉降量：指地基压缩变形达到固结稳定时的最大沉降量。地基的沉降按成因分为：瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降。瞬时沉降：指加荷后立即发生的沉降，又称初始沉降或不排水沉降。它是在加荷后瞬时发生的，很短时间内，孔隙中水来不及排出，因此，对饱和粘性土而言，沉降是在没有体积变形的条件下产生的，它的实质是通过剪应变引起的侧向挤出，是形状的变形。表现为地基沉降。固结沉降：在荷载作用下，孔隙水被逐渐挤出，超静孔隙水压力逐渐消散，孔隙体积减小，土体压缩而引起的渗透固结沉降。也称主固结沉降，它随时间而逐渐增长。次固结沉降：超静孔隙水压力消散为零，土中有效应力不变的情况下，由于土粒表面的结合水化膜发生蠕变，土骨架产生徐变而引起的沉降，它随时间及其缓慢的沉降。建筑物地基的总沉降量为上述三部分之和。压缩性曲线和压缩性指标： 压缩系数：压缩模量： 压缩指数：为统一评价土的压缩性，规定取P1=100KPa， P2=200KPa时的压缩系数 1-2作为评价土的压缩性性的高低。1-2 0.1MP-1 低压缩性0.1MP-1 1-2 0.5MP-1 低压缩性土的固结系数是表征土固结率的一个特征系数：次固结系数经验公式：1.1.2土的渗透性：一般指水流通过空隙难易程度的性质。可以通过室内渗透试验及现场抽水试验来测定。 含水率砂土：040 砂性土：2060空隙比砂土：0.51 粘性土：0.51.2空隙度饱和度砂土与粉土以饱和度为划分的标准：稍湿-0.5-很湿-0.8-饱和3.8土的干重度土的有效重度，即为地下水位以下，土的单位体积再扣除浮力。粘性土的状态指标：0-固态-Ws-半固态-Wp-塑态-Wl-液态Ws-缩限：饱和黏质土的含水率减少至土体体积不再变化时的界限含水率。 Wl-液限：土从流动状态转变为可塑状态的界限含水率称为液限 Wp-塑限：土由可塑状态过渡到半固体状态时的界限含水率 稠度状态反映了土层的强度和稳定性。土处于流塑状态时，具有很低的强度和很高的压缩性；土处于软塑和可塑状态时，具有较低的强度、高的压缩性和低的透水性。土处于坚硬和硬塑状态时，具有较高的强度，压缩性较低。塑性指数Ip，作为粘土与粉土的命名标准，Ip小于等于10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50的土称为粉土，小于10为粘性土，大于17为黏土，小于等于17为粉质黏土。土体受外力后，产生应力和（应变）变形，外力足够大时，土体内产生过大的应力和（应变）变形，导致建筑物发生沉降、倾斜和整体破坏。土力学的任务：研究土体受力后的应力与应变规律。有各种不同的方法来计算求解土体中的应力，通常采用古典单性理论力学方法。它主要研究理性弹性体的线性问题。把土体视为连续的、均质的、各项同性的半无限体。极限平衡条件：某点达到该点的抗剪强度，则此点将沿剪力方向产生相对的滑动， 此时称该点发生强度破坏。极限平衡状态：当岩土的剪应力等于土的抗剪强度时，临界状态为极限平衡状态。有效应力原理太沙基（K. Terzaghi）早在1923年就提出了有效应力原理的基本概念。土是三相体系，对饱和土来说，是二相体系。外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。而通过孔隙中的水气传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。这可以通过一个试验理解：比如有两土试样，一个加水超过土表面若干，我们会发现土样没有压缩；另一个表面放重物，很明显土样被压缩了。尽管这两个试样表面都有荷载，但是结果不同。原因就是前一个是孔隙水压，后一个是通过颗粒传递的，为有效应力。就是饱和土的压缩有个排水过程(孔隙水压力消散的过程)，只有排完水土才压缩稳定.再者在外荷载作用下，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，水是没有摩擦力的，只有土粒间的压力(有效应力)产生摩擦力(摩擦力是土抗剪强度的一部分) Terzaghi从试验中观察到在饱和土体中土的变形及强度与土体中的有效应力密切相关，并建立了有效应力原理： =+ 式中：为平面上法向总应力， kPa；为平面上有效法向应力， kPa；为孔隙水压力， kPa。 有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力应变关系上的重大区别有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系：当总应力保持不变时，孔隙水压力与有效应力可以相互转化，即：有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。 有效应力原理在土力学中很重要，是研究土体固结和强度的重要理论基础。可以用于预估建筑物的沉降稳定时间和沉降随时间的变化，还可以用于研究土体的强度和稳定性。土的三类剪切试验方法：快剪、固结快剪、慢剪。1.1.4 影响土的工程性质的主要因素：1）土的颗粒组成；2）土的密实度；3）粘性土的稠度4）粘性土的结构性：土体经扰动后，土粒间的胶结质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，即土的天然结构受到破坏，致使土的强度降低，压缩性提高。粘性土的这种性质称为结构性。5）应力历史：在土的形成过程中，土中应力的变化及应力历史状况，对土都会或多或少的产生一定影响，并被土记忆下来。1.2.1.3岩石抗剪强度参数：反映岩块的力学性质的重要指标，用来估算岩体力学参数及建立强度判据。抗剪断强度的测试方法：直剪试验、变角板剪切试验 、三轴试验。直剪试验在直剪仪上进行，按库仑定律求岩块的剪切强度参数C、值。1.2.3.1岩体裂隙度和切割度结构面的自然特征及其基本参数结构面的自然特征：1）贯通性2）充填胶结特征3）形态特征。岩体渗透性分级：极微透水，微透水，弱透水，中等透水，强透水，极强透水。土的工程分类：土的工程分类是根据工程实践经验，把工程性能相近的土化为一类。将土作为工程对象分类，必须遵循同类土的工程性质最大程度相似和异类土的工程性质显著差异的原则来选择分类指标和确定分类界限。1.4.1 无粘性土的分类（砾类土、砂类土图1.27）一半以上土粒（按重量计）大于0.050.10mm时，这种土就有了无粘性土的特征。无粘性土的特征为：1）颗粒肉眼可见；2）无粘性；3）具有单粒结构；4）压缩性和抗剪强度主要取决于其密实度；5）现场原状土极难取得。1.4.2 粘性土的分类（粉土、细粒土图1.28）粘性土的颗粒以粉粒和粘粒为主，一般二者含量在50%以上。粘性土的特征为：1）具有粘性和可塑性；2）具有膨胀性；3）压缩性和抗剪强度与土的含水量密切相关；4）具有结构性。一定粒径变化范围内的土，其工程地质性质是相似的，若超越了这个变化幅度就要引起质的变化。粒度成分：定义：土中各粒组在土中重量的百分含量。表达式：x 某粒组的重量，mA 干试样中某粒组的重量（g）mB 干试样的总重量（g）粒度分析：定义：测定土中各种颗粒及粒组百分含量的过程，成为粒度分析，也叫颗粒分析。方法：筛分法、比重计法、移液管法 筛分法：适用于粒径0.075mm粒组的砾类土与砂类土。比重计法、移液管法：0.075的土粒按筛孔分成若干个粒组，然后分别称量留在各节筛上的土重，计算出各粒组占总土重的百分数。比重计法、移液管法：1.根据土粒在静水中沉降速度不同，来分离土的各个粒组。（斯托克斯公式）2.密度相同的土粒在静水中自由匀速下沉过程中，粒径大的沉速大，粒径小的沉速小。3.测定土粒的沉降距离和沉降时间，计算。粒度分析的成果表示方法：为了清楚地揭示图中粒度成分的变化规律，要用适当的方法表示粒度分析的成果。常用的方法：列表法、图解法列表法：将粒度分析结果用表格形式表达。方法简单，内容具体，直观，不易看出规律。图解法：累计曲线法、三角图法。累计曲线的形态可以表明粒度成分的特征：曲线平缓，说明土粒大小变化范围大，大小不均匀，级配好；曲线陡，说明土粒组成集中在某些粒组，分选好，土粒大小均匀，级配不好。对粗粒土按粒度成分分类。利用筛分法、比重计法进行粒度成分分析，根据颗粒分析的成果分类。对细粒土按塑性指数分类。粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50，为碎石土；粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50的土，为砂土；粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50，且塑性指数不大于10的土，为粉土；塑性指数大于10的土，为粘性土。粒组划分的方案一： 漂石粒（块石粒）：粒径200mm 卵石粒（碎石粒）：20mm200mm 砾粒：2mm20mm 砂粒：0.05（1/20）mm2mm 粉粒：0.005（1/200） 0.05（1/20）mm 粘粒：粒径200mm 卵石粒（碎石粒）：20mm200mm 砾粒：2mm20mm （合并为卵砾组） 砂粒：0.075mm2mm （砂粒组） 粉粒：0.005 0.075mm （粉粒组） 粘粒：粒径0.005mm （粘粒组） 特殊性土：对于成因特殊、区域分布的土体，在岩土工程中按特殊土来考虑其工程地质性质。 特殊性土的命名要结合其成因和年代特征，同时，还要结合考虑颗粒级配和塑性指数来进行定名。 特殊性土有：湿陷性（黄）土、红粘土、淤泥类软土、人工填土、多年冻土、膨胀土、盐渍（zi）土等。第二章 岩土工程勘察勘察、设计、施工是我国基本建设工程的3个主要程序。勘察工作必须走在设计和施工之前，为设计和施工服务，为基本建设工程的全过程服务，只有准确的勘察资料，才能有正确的设计和施工。2.1岩土工程勘察的基本任务（1）场地稳定性的评价；（2）提供设计参数；（3）可能出现的岩土工程问题作出预测并提出建议；（4）对建筑地基作出评价；（5）预测对邻近建筑的影响；（6）为安全评价、事故调查提供分析依据；（7）指导长期观测；2.2岩土工程勘察的基本程序（1）调查收集资料，初步了解基本情况；（2）明确工程问题及所需提供的岩土技术参数；（3）制定岩土工程勘察纲要，采取适当的方法，获取岩土参数；（4）确定岩土参数最佳值；（5）提出分析、评价意见及方案建议；（6）信息化施工；（7）长期观测；2.3.1 岩土工程的安全等级：一级、二级、三级。2.3岩土工程勘察的分级2.3.2 场地复杂程度分级2.3.3 地基复杂程度分级2.3.4 岩土工程的勘察等级（1）一级勘察要求较高水平的勘察工程师参加，除常规测试手段外还要专门的测试项目和方法；（ 2 ）二级勘察要求具有相当经验的工程师参加，采用常规的测试手段和方法；有时需要特殊测试项目；（3）三级勘察：只需经验与定性的岩土勘察。2.4岩土工程勘察阶段1）选址勘察；（2）初步勘察；（3）详细勘察；4）施工勘察；（目的、任务、手段、重点、内容）2.5岩土工程勘察的主要工作2.5.1 勘察纲要2.5.2 工程地质测绘与调查：路线穿越法、界线追索法、布点法。2.5.3 勘探工作：掘探、钻探、触探、物探。一、钻探工程的应用二、钻探工程的优点和缺点三、钻孔种类：1.直孔2.定向斜孔 3.水平孔 4.无心钻孔地球物理探矿法地面物探：1.重力勘探2.磁法勘探3.电法勘探（电测深、电剖面法）4.地震勘查（反射波法、折射波法）。我国不少煤矿发生过透水事故。重大透水事故造成人员重大伤亡和财产严重损失并导致煤矿停产。煤矿透水事故原因各异，有的是顶板上方老窑积水倾泄至工作面，有的是底板下方承压水涌入采区，有的是在掘进头前方迂到了构造破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等富水区（体）。防止透水事故发生的有效方法，是事先探测出水患源头或储水构造的位置然后再注浆处理。探测地下储水构造的最佳方法是瞬变电磁法，因为瞬变电磁法在各种电法和电磁法中分辨率最高，对含水低阻体最敏感。当然，在地面也可以探测地下储水构造，但如果在井下探测则分辨率更高，更准确。因为井下的外界电磁干扰很小，观测数据质量高，探测装置离目标体近，准确度高。最近三年来（到2006年底）我国已有13个煤矿和高校购买了TEM47HP井下探水系统，并获得了成功应用，避免了井下透水事故的发生。触探可分为静力触探和动力触探，它既是一种勘探方法也是一种测试手段，还可以测定地基土的物理力学性质、天然地基和桩基的承载力。静力触探是指利用压力装置将有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测土的贯入阻力，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探加压方式有机械式、液压式和人力式三种。静力触探在现场进行试验，将静力触探所得比贯入阻力（Ps）与载荷试验、土工试验有关指标进行回归分析，可以得到适用于一定地区或一定土性的经验公式，可以通过静力触探所得的计算指标确定土的天然地基承载力。静力触探的贯入机理与建筑物地基强度和变形机理存在一定差异性，故不常使用 动力触探是动力检测试验的一种，即圆锥动力触探试验，一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或动探。分为轻型、重型和超重型3种试验，三种重锤的重量分别为10kg、63.5kg和120kg。动力触探试验的探头为锥尖状，试验时记录重锤锤击后探头进入特定土层深度时的锤击数N作为探测指标.2.5.4 测试工作2.5.5 长期观测工作2.5.6 岩土工程分析评价与成果报告第三章 土地基和岩石地基工程地基承载力的确定以同时满足地基稳定性和不超过容许变形为原则。一般来说确定地基承载的途径有三种：1、原位荷载试验；2、理论计算公式；3、土的物理力学指标查取。3.1.1地基极限承载力计算公式：1.太沙基承载力公式2.汉森承载力公式3.1.2 粘性土地基承载力：粘性土地基的承载力与加荷历史的长短有着非常密切的关系。3.1.3无粘性土地基承载力3.2黄土地基1.黄土的分别及特征主要分布在北纬3347之间，而以3445之间最为发育，如甘肃、陕西秦岭以北，青海、河南、陕西等省。堆积厚度一般为1040m，最大厚度达200m。黄土按照其成因分为：1）以风力搬运堆积，而未经次生扰动，不具层理性；（原生黄土）2）由风力以外的其他成因堆积而成的，常具有层理或砾石、砂类等；（次生黄土）按照湿陷性分为：1）非湿陷性黄土；2）湿陷性黄土（自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土）湿陷性黄土产生的原因有内因和外因：矿物成分、土体结构特点、含水率等。3.2.1.2 黄土湿陷性的判定1）湿陷性系数2）湿陷起始压力、湿陷起始含水量3）湿陷类型和湿陷等级3.2.1.3 湿陷性黄土地基的勘察和工程措施1）湿陷性黄土地基的勘察：划分土层；水文地质条件；划分地貌单元，查明不良地质条件；调查走访；调查邻近已有建筑物的现状及开裂损坏情况；2）湿陷性黄土地基设计和工程措施地基处理全部消除地基湿陷性：挤密桩、石灰桩、化学灌浆、预浸水等；部分消除地基湿陷性：重锤夯实、强夯法和灰土垫层；桩基础。防水措施总体平面及竖向设计；排水通畅；防洪措施；水池等蓄水设置的布置；水池等蓄水设置的施工质量；屋面和房屋内地面防水；结构措施结构选型；加强建筑刚度；局部加强构件和砌体强度；构件应有足够大的支撑面积；预留适应沉降的净空。3.3红粘土3.2.2.1 红粘土的形成：红粘土指在亚热带湿热气候条件下，碳酸盐地区及其中间所夹的其他岩石，经剧烈的风化后形成的一种高塑性粘性土，一般带有红色。经降雨水流搬运后形成的坡、洪积粘土称为次生红粘土。红土的成因类型一般根据母质岩石划分：碳酸盐红粘土、玄武岩类红粘土、花岗岩类红粘土、第四系风化的网纹红土。红粘土由于分布厚度常因灰岩岩面起伏不定而变化很大。3.2.2.2 红粘土的成分及物理力学特征：1）天然含水量高；2）密度小；3）塑性界限高；4）表层呈坚硬或硬塑状；5）较高的强度及较低的压缩性；6）无湿陷性；3.2.2.3 红粘土地基的特点：1）地层分布不均匀；2）沿深度方向自上而下，含水量增加，土质由硬变软；3）岩溶现象常较发育；4）裂隙发育；3.2.2.4 确定红粘土地基承载力的一般方法：1）规范查表法；2）现场荷载试验法；3）查用地区的经验数值；3.2.3 膨胀土地基：膨胀土是指土中含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的高塑性粘性土。它分布于世界上60多个国家，我国已有20多个省区发现有膨胀土。云南、广西、四川、河南等均有发现。3.2.3 .1土的胀缩性指标：1）自由膨胀率2）膨胀率3）膨胀力4）土的收缩率及收缩系数3.2.3.2 膨胀土的工程判别：具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率大于或等于40%的土应判定为膨胀土：1）裂隙发育；2）多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；3）常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）易发生坍塌；4）建筑物随气候变化而张开或闭合；3.2.3.7 膨胀土地区工程建设措施简介1）岩土工程勘察工作；2）尽量避开胀缩性和膨胀性都较高的地段；3）加强地面排水系统；4）地基处置；5）防止基坑或沟槽泡水和暴晒。软弱地基处理3.3.1 软弱地基的类型及处理原则：软弱土一般指土质酥松、压缩性高、抗剪强度低的软土、松散砂土和未经处理的填土。持力层主要由软弱土组成的地基称为软弱地基。软土成因：在静水或缓慢流水环境中沉积。砂土液化人工填土：素填土、杂填土、冲填土。3.3.2 换土垫层法：换土垫层法又称为置换法，是将基础底下一定范围的软弱层挖去，然后分层换填强度较高的砂、碎石、素土、灰土以及其他稳定性的无侵蚀材料。3.3.2.1换土垫层加固机理：1）提高地基承载力；2）减少沉降量；3）加速软弱土层的排水固结；4）防止冻胀；5）消除膨胀影响；6）隔水作用。3.3.3 振冲法：振冲法又称振动水冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时起动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，使其在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器，如此反复直至地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，提高地基承载力，减少沉降，是一种快速、经济有效的加固方法。 3.3.4深层搅拌法：通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软粘土（含水量超过液限、无侧限抗压强度低于0.005兆帕）和固化剂(多数用水泥浆)强制拌和，使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。根据上部结构的要求，可对软土地基进行柱状、壁状和块状等不同形式的加固。施工过程如图1。所谓“深层”搅拌法是相对于“浅层”搅拌法而言的。20世纪20年代，美国及西欧国家在软土地区修筑公路和堤坝时，经常采用一种“水泥土(或石灰土)”来作为路基或堤基。这种水泥土(或石灰土)是按地基加固需要的范围，从地表挖取o61em厚的软土，在附近用机械或人工拌入水泥或石灰，然后填回原处压实，此即软土的浅层搅拌加固法。这种加固软土的方法的深度大多小于lm，一般不超过3m。深层搅拌机一般由双层管组成，外管下端带叶片，靠管上端的电动机带动旋转，内管供输送水泥或生石灰。中国制造的SJB-1型深层搅拌机（图2）系采用三管并列，两侧管各带二叶片式搅拌头，中央管除支承两侧管外还兼作输浆管用。一次加固面积0.70.8米2，加固深度可达10米（改型后，加固深度大于15米）。深层搅拌法施工时，除深层搅拌机外，尚需起吊设备、固化剂制备泵送系统（灰浆搅拌机、灰浆泵、冷却水泵、管道等）、控制操纵台等设备。 3.4岩石地基(1.浅基础2.桩基础3.嵌入岩土的墩基础)3.4.3 岩石地基加固方法3.4.4嵌岩桩设计(摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩)第四章 深基坑的开挖与支护基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要。进入二十一世纪以来基坑工程呈现“大、深、紧、近”等特点近年来建筑基坑工程呈现新的特点，各种新型的围护型式、施工工艺不断涌现。1） 基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。 在开挖深基坑时候注意加强排水防灌措施，风险较大应该提前做好应急预案。2） 基坑工程具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。3） 基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。 4） 基坑工程综合性强。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。5） 基坑工程具有较强的时空效应。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。6） 基坑工程是系统工程。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。7） 基坑工程具有环境效应。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。 基坑工程的分级：一级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重 。二级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般 。三级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重 。g0分别等于1.10、1.10、0.90。设计计算内容：支护结构均应进行承载能力极限状态的计算。对有位移控制要求的工程应进行支护结构的位移计算非常重要。土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。挡土墙(或挡土结构)是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用。由于土压力是挡土墙的主要外荷载，因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。土压力的计算是个比较复杂的问题，它随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。设计荷载：土压力、水压力，一般地面超载，影响区内建筑（构筑）物荷载，施工荷载邻近施工影响，其他。 挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，一般用E0表示 。主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Ea表示。被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。墙体位移与土压力E的关系：压力的计算理论主要有古典的朗肯理论(Rankine，1857) 和库伦理论(CoMlomb，1773)。 【此段图片公式较多，难免有误，请参考课本理解】挡土墙模型实验、原型观测和理论研究表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即 EaE0Ep 静止土压力计算：挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时，作用在其上的土压力即为静止土压力。此时墙后土体处于侧限应力状态（弹性平衡状态），与土的自重应力状态相同。半无限土体中z深度处一点的应力状态，已知其水于面和竖直面都是主应力面。作用于该土单元上的竖直向主应力就是自重应力sz gz，则水平向自重应力（静止土压力强度）： s0 K0gz式中，K0土的侧压力系数或静止土压力系数，对于正常固结粘性土，可近似按K01sinj （Jaky，1944)，（j为土的有效内摩擦角）。g墙后填土重度。静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止土压力E0为： E0的作用点应在墙高的1/3处。朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平衡理论得出的土压力计算理论。朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背直立、光滑，墙后填土面水平。这时，墙背与填土界面上的剪应力为零。不改变右边土体中的应力状态。当挡土墙的变位符合上述主动或被动极限平衡条件时，作用在挡土墙墙背上的土压力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。土的极限平衡条件：大主应力： s1 szgz 小主应力： s3 sx主动土压力强度：sa sx粘性土： 无粘性土：主动土压力系数：粘性土的主动土压力强度包括两部分：1.由土自重引起的土压力gzKa；2.由粘聚力c引起的负侧压力2cKa1/2。 其中负侧压力对墙背是拉应力，实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离（一般情况下认为土不能承受拉应力），故在计算土压力时，这部分应忽去不计。临界深度z0：粘性土主动土压力：无粘性土主动土压力：被动土压力计算土的极限平衡条件：大主应力： s1 sx 小主应力： s3 szgz被动土压力强度：sp sx粘性土： 无粘性土：被动土压力系数：粘性土被动土压力 Ep方向垂直墙背，作用点位于梯形面积的重心上。无粘性土被动土压力Ep方向垂直墙背，作用点位于作用点位于墙底以上H/3处。库伦土压力理论是根据墙后土处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。基本假设：墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c0)；墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜；滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）；刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件；楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力均已达抗剪强度f。库伦主动土压力计算（略）库伦被动土压力计算（略）三、朗肯理论与库伦理论的比较1、朗肯与库伦土压力理论均属于极限状态土压力理论。用这两种理论计算出的土压力都是墙后土体处于极限乎衡状态下的主动与被动土压力。2、两种分析方法上存在的较大差别，主要表现在研究的出发点和途径的不同。朗肯理论是从研究土中一点的极限平衡应力状态出发，首先求出的是作用在土中竖直面上的土压力强度sa或sp及其分布形式，然后再计算出作用在墙背上的总土压力Ea和Ep，因而朗肯理论属于极限应力法。库伦理论则是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡状态，用静力平衡条件，先求出作用在墙背上的总土压力Ea或Ep，需要时再算出土压力强度sa或sp及其分布形式，因而库伦理论属于滑动楔体法。3、上述两种研究途径中，朗肯理论在理论上比较严密，但只能得到理想简单边界条件下的解答，在应用上受到限制。库伦理论显然是一种简化理论，但由于其能适用于较为复杂的各种实际边界条件，且在一定范围内能得出比较满意的结果，因而应用广泛。4、朗肯理论的应用范围：墙背垂直、光滑、墙后填土面水平，即a = 0， b = 0，d = 0。无粘性土与粘性土均可用。库伦理论的应用范围：用于包括朗肯条件在内的各种倾斜墙背的陡墙，填土面不限，即a ，b，d 可以不为零或等于零，故较朗肯公式应用范围更广。数解法一般只用于无粘性土，图解法则对于无粘性土或粘性土均可方便应用。5、计算误差：朗肯和库伦土压力理论都是建立在某些人为假定的基础上，朗肯假定墙背为理想的光滑面，忽略了墙与土之间的摩擦对土压力的影响，库伦理论虽计及墙背与填土的摩擦作用，但却假定土中的滑裂面是通过墙锺的平面，与比较严格的挡土墙土压力解（按极限平衡理论，考虑d，土体内的滑裂面是由一段平面和一段对数螺线曲面所组成的复合滑动面求得），计算结果都有一定的误差。 对于主动土压力计算，各种理论的差别都不大。朗肯土压力公式简单，且能建立起土体处于极限平衡状态时理论破裂面形状和概念。在具体实用中，要注意边界条件是否符合朗肯理论的规定，以免得到错误的结果。库伦理论可适用于比较广泛的边界条件，包括各种墙背倾角、填土面倾角和墙背与土的摩擦角等，在工程中应用更广。被动土压力的计算、当d和j 较小时，这两种古典土压力理论尚可应用；而当d和j 较大时，误差都很大，均不宜采用。土钉墙的位移：一般认为，在硬土层中土钉墙的整体位移不大，而且土钉墙支护结构仅适用于二、三级基坑，所以通常设计对土钉墙不进行位移计算，有关规范也未对土钉墙位移计算作出具体规定。各种地层的基础开挖施工均应满足以下基本要求（P89）：1.有支护的基坑要分层开挖，不得超挖；2.内支撑基坑应平衡开挖；3.提高施工质量；4.严禁超载；5.基坑排水；6.确定地基加固范围及质量要求；7.监测设计。开挖机具选择（P90）1.抓斗挖土；2.正向铲挖土；3.反向铲挖土；4.拉铲；深基坑排水常用人工降低地下水位的方法进行，其方法是在基坑开挖之前，预先在基坑开挖时仍不断抽水。人工降低地下水的方法有：轻型井点、集水井、喷射井点、电渗井点、管井井点及深水