南京-再谈岩土工程中的基本思想和误区释疑.ppt

再谈岩土工程中的基本思想和误区释疑 提纲 一 岩土体工程地质的宏观规律与岩土工程的宏观控制二 基础经典理论和传统方法是必备的基本功三 常见的误区释疑结语 一 岩土体工程地质的宏观规律与岩土工程的宏观控制 工程地质与岩土工程密不可分 前者是基础 后者是延伸 二者归根结底是解决岩 土 水的工程性质和工程措施问题 岩土体工程地质的宏观规律与岩土工程的宏观控制 两种控制论 1 岩体的工程性质 地层岩性和地质构造 岩体结构即所谓 结构控制论 2 土体的工程地质 地貌单元 地质时代 地层组合 地下水 即所谓 地貌第四纪地质宏观控制论 岩土体工程地质的宏观规律与岩土工程的宏观控制 3 宏观控制是定性 是前提和基础 逻辑学上是 大前提 是 必要条件 工程中的逻辑思维非常重要 违背了逻辑必然造成错误或浪费 实例1 江汉平原武汉地区概化地质剖面图 实例2 内迭式阶地示意图 二 基础经典理论和传统方法是必备的基本功 基础经典理论和传统方法是必备的基本功 1 地质学与工程地质学的基础 普通地质学 地貌第四纪地质学及工程地质学岩体 中国区域地质 构造地质 岩石分类 岩体力学土体 地貌第四纪地质 太沙基的经典土力学 土的压缩性 土的抗剪强度 挡土墙的土压力 地基与基础 2 地下水 分类 见笔者撰写的基坑工程指南中表4 1地下水工程分类表 达西定律 裘布依公式 理解每个参数的实际意义和相互间的数字关系 3 以工程大类划分的工程地质与岩土工程 地基 边坡 隧道 洞室 三大类4 特殊 不良地质类型的基本理论 方法 滑坡 崩塌 泥石流 岩溶 地震 5 数理统计的主要方法 各类指标的统计 回归 判别 因子 三 常见的误区释疑 常见的误区释疑 1 数值分析 有限元 的滥用 多数情况下适于定性 某些条件下 如杆件有限元 可参考使用 2 判别分析中的 模糊 与地质单元 层位 土性脱离 把本不模糊的对象故意模糊 常见的误区释疑 3 地震砂土液化判别中所谓 液化点 的错误概念 正确方法应按散点图或统计N值 删除假N值 饱和砂土地震液化判别图 4 岩体稳定性验算中 圆弧法 的误用 岩体中软弱结构面控制滑动 5 岩体锚固设计中取C 值计算 土压力 设破裂角 45 2 分自由端 锚固端 应按岩体结构确定 因为岩体不是土 土力学不适用 如地铁钟家村站基坑 常见的误区释疑 常见的误区释疑 6 岩层 破碎 的误判与风化带划分 分类表 硬质岩 全 强 中 微 软质岩 全 强 中 微 岩芯采取率不是岩层完整性的唯一标准 风化带划分应以岩石结构 矿物成分风化程度 尤其是岩块强度为准 常见的误区释疑 7 软硬互层岩体中的桩基不应 一摩到底 摩擦桩 不算端承力 公路桥梁 不试桩 8 取原状土样应用取土器取土 而非岩芯管装土 土工试验指标可辨真假 1 不同时代土层物理力学指标差别显著 2 同一土样的物理力学指标应匹配 常见的误区释疑 9 地下水分类 地下水位 水力联系问题 1 岩土工程应理解为 岩 土 水 工程 2 地下水分类的重要性在于不同类型地下水的工程特性和治水措施不同 见前附表 地下水综合分类表4 1 针对基坑工程 3 地下水位的重要价值被忽视 混合水位 不但没用 反而有害于降水设计 上层滞水水位 潜水水位 承压水头应分层止水 分类观测 还应掌握各类水位的季节变幅 如武汉一级阶地的承压水年变幅3 5m 最大8m 4 不要随意说 地下水与河流有水力联系 一般情况下 一级阶地的潜水 承压水与河流有水力联系 随江河水位涨落 二级阶地 除非临江 的潜水 承压水与江河无水力联系或联系较弱 原因 两阶地间为侵蚀接触 并无 过渡带 常见的误区释疑 10 与地下水位下降相关联的一些误区一谈到地下水下降就联想到地面沉降 其实 1 降水引起的地面沉降 主要发生在全新世Q4的含水层中 2 超固结的 老土 中的含水层 Q3及其以前 既使水位降幅很大也很少产生不良影响的地面沉降 3 真正引起地面沉降的地层是被疏干的含水层及其相邻的欠固结 可释水的部分地层 即压缩层 4 降水引起地面破坏性沉降的主要因素是沉降差 它由两方面因素决定 地下水降落漏斗的水力坡度 取决于K R 和含水层厚度的明显变化 相变 如二元结构的冲积平原 沉降差3 前者可大面积 大幅度降水 后者则以隔渗为主和采用封闭式降水 常见的误区释疑 11 降水引起的 固结沉降 和含水层未疏干而发生渗透破坏 流土 管涌 突涌 引起的地面沉陷 开裂是两种性质截然不同的变形 1 降水引起的 固结沉降 符合太沙基一维固结理论 它发生时具有缓变性 相对均匀性和可定量性 2 渗透破坏不是固结沉降 流土 管涌 突涌是含水层未被疏干的条件下开挖产生的涌水 冒砂 地下水土流失造成造成地面大量沉陷 伴随地表开裂 其影响范围数十米至上百米 如武汉地铁金色雅园站基坑 见下图 常见的误区释疑 金色雅园站降水过程示意图 常见的误区释疑 12 基坑工程中地下水控制的基本原则和方法选择 1 地下水控制是基坑工程的重点 有时是成败的关键 基坑重大事故90 以上与地下水控制不当或失效有关 2 基坑工程地下水控制方法分两大类 降水疏干 减压 和帷幕隔渗 有时单独使用 多数联合使用 3 不同地貌单元上不同类型地下水的控制方法 组合 有不同的选项 见下页 上层滞水或隔水底板埋藏较浅的潜水 多选择竖向帷幕隔渗 辅以坑内排水 集水明排或轻型井点 二元结构冲积平原中的下层承压水 多采用悬挂式帷幕隔断浅部水 对下层承压水 多采用深井降水疏干或减压 开放式降水 而不宜采用落底式竖向帷幕或封底式水平帷幕加封闭式降水 误区 水平封底和落底式竖向帷幕 滨海平原或三角洲中以粘性土 软土 与层间砂土 粉土含水层互层 弱承压水 条件下 宜采用侧边竖向封闭式帷幕 落入相对隔水层 和坑内封闭式降水 而不宜在坑外管井降水 冲积平原中的高阶地 Q3及以前 或黄土高原中的更新世地层中的地下水位很深 浅基坑如遇潜水则往往是一级阶地中的Q4黄土中的地下水 此时宜采用竖向帷幕加轻型井点或管井 视K值大小 深层砂砾含水层则用管井降水 这类地层中降水不必顾虑 地面沉降 西北高原中必须分清河流的一级阶地和高阶地或洪积扇等不同时代地层组合中地下水的不同特点 如 包头煤化工厂储运场基坑 黄河一级阶地Q4粉土中潜水 与附近河西电厂 山前洪积扇Q3粉土 砂土潜水 的两种控制方案 邯郸市地下商业街Q3地层中含水层的简易处理 常见的误区释疑 2 地下水位下降引起地裂与固结理论不对号 探坑揭示 白庄裂缝全部发生在更新世Q2及Q3地层中 如图5 其中可作为含水层的卵石层早已无地下水 上世纪80年代以前就已疏干 而裂缝在近年仍在活动 说明地裂缝形成与地下水位下降无关 即使在更新世地层中仍有地下水并在近期抽水引起地下水下降 这类老地层的固结沉降量也很微小 特别是沉降差很小 3 不能使地面开裂 漏斗坡度很缓 常见的误区释疑 13 地裂缝成因分析中的 地下水位下降 之说纯属谬误 以西安地裂和焦作白庄地裂为例 1 国内地裂缝多属构造地裂 多发生在现今构造活动带上 并常与活动断裂伴生 西安处于汾渭地堑 焦作白庄处于凤凰岭与朱村断裂两个活动断裂之间 九里山断裂之上 太行山前地裂缝也在山前活动断裂带内 地裂形态和力学性质及其走向与现今区域构造应力场相吻合 焦作白庄地裂素描图 常见的误区释疑 白庄地裂均呈现水平拉裂 无错台 西安地裂还有两裂缝交叉时水平错位 均说明不是沉降差造成裂缝 西安地区的水井大多在100多米以下抽取第三系或第四系卵石层中水 超压密含水层疏干后固结量极小 因为Es很大 成都市巨厚卵石层中降水 地面无沉降 总之 地裂成因分析中 地下水位下降 之说还是由于陷入了不管什么时代地层 是否含水层 压缩层 只要抽水就会引起地面沉降的误区所致 常见的误区释疑 14 岩溶地面塌陷的模糊认识 1 岩溶地面塌陷不是石灰岩溶洞塌陷而是覆盖层塌陷 另稿 岩溶地面塌陷机理 类型及分布规律 地下河不是到处都有 岩溶水的垂直分带是理解岩溶水分布规律的基础 见下图 岩溶水的垂直分带示意图 常见的误区释疑 3 防塌陷措施 灌洞或帷幕最优 盖封 不宜 其他如绕避 桩基 托换等 场地 深圳 汉南 大冶 桥桩 武咸高架桥桩孔灌浆 水利 清江 水布垭电站的灌浆帷幕 矿山 阳新赵家湾铜矿的注浆帷幕 深圳大运中心 土洞与溶洞探测与处理对象的选择 常见的误区释疑 15 地下室底板抗浮问题存在两大误区 其一 不管基坑处于何种地层 是否有含水层存在 只要底板埋深超过一定深度一律进行抗浮设计 且将抗浮水位设定在地面 0 00 标高 其二 不管基坑开挖方式 支护与隔渗形式如何 只要底板埋深超过一定深度也一律进行抗浮设计 也将抗浮水位设定在地面标高 由于以上两种误解 往往在某些地质条件和支护形式下本来不需要抗浮或不必将抗浮水位设置在地面标高时 仍按水位在地面进行设计 花费几百万甚至上千万投资去打抗拔桩或抗浮锚杆 浪费十分惊人 其实 发生底板上浮基本上有三种情况 1 地下室底板埋在潜水含水层中 底板没进入潜水或承压含水层底板 竖向隔渗帷幕也未进入隔水底板 如图7 此时 抗浮水位标高 a 为历年最高潜水位 b 为历年最高承压水位 图7 地下室埋于潜水 承压水含水层中 帷幕 墙 未进入隔水底板引起上浮 2 放坡式开挖的基坑 地下室外墙与边坡之间回填土不密实 透水 如图8 此时 造成上浮的是地表水 水位标高在地面 图8 回填土不密实 形成人工含水层上浮 3 地下室外墙与竖向围护结构 排桩或帷幕 之间的空间 0 8 1 0m 回填不密实形成水柱造成上浮 图9 此时 造成上浮的是地表水 水位标高在地面 图9 地下室外墙与支护间回填不严密 形成水柱造成上浮 以上三种情况如无法补救则应考虑抗浮 桩 锚 以下两类 三种 情况 可不考虑抗浮 地下建筑物埋于不透水层 周边回填土密实不透水 地表有可靠的防水 排水措施时 可不考虑抗浮 湖北省 建筑地基基础技术规范 第11 4 11 参看图8 图9 做好回填和地表防水 排水 地下室处于潜水或承压含水层中 但围护结构为地下连续墙或有保证不透水的隔渗帷幕 如三轴搅拌水泥土帷幕 素混凝土墙 自凝灰浆连续墙等 以下几种情况可不考虑抗浮 如图10 图9 地下室外墙与支护间回填不严密 形成水柱造成上浮 a 潜水含水层 底板进入隔水层中 b 底板在潜水含水层 但连续墙进入隔水层中 c 底板在承压含水层 但连续墙进入隔水层中 综上 关于地下室是否考虑抗浮 桩 锚 压重 措施 主要取决于以下三方面因素 场地地层 含水层 隔水层 组合及地下室类型特点 支护结构类型 连续墙 排桩 喷锚等 隔渗帷幕类型 深度和地面防水 排水措施 勘察和设计人员应密切配合 根据以上三方面因素综合考虑 合理确定 在指导思想上 应主要着眼于主动隔渗 防渗 而非被动地抗浮 常见的误区释疑 16 关于 全球变暖是因CO2排放 温室效应 理论是伪科学 地貌及第四纪地质学关于地球气候变化历史的学习 新 得 1 地球气候冷暖的周期性变化是自然规律 不是所谓碳 CO2 排放所致 常见的误区释疑 冰期 间冰期 后冰期 第四纪至今200万年中经历过四次大冰期和三次间冰期 早更新世两次冰期 中更新世一次冰期 晚更新世一次冰期 其间有三次间冰期 全新世至今未冰后期 这已是举世公认的事实 已被大量 确凿的地质 古生物 古气候研究所证实 海平面升降是气候变化的重要标志由武汉长江一级阶地Q4沉积厚度50m 年龄1万年 引出东海平面升降问题 地貌学及第四纪地质学 教科书 1981年版 中找到答案 常见的误区释疑 i 武汉长江一级阶地Q4 一万年 沉积厚度50米 基岩标高 30m 一万年前长江如何入东海 从老教科书中找到了答案 ii 书中说 距今15000年前左右 海平面降至最低 位于现代海平面下 130米 根据大量C14年龄资料 距今14000年开始世界海平面有一次急剧上升 气候急剧变暖 在6000年前达到现在海平面高度 以后逐渐趋于稳定 见下图 认为这是世界进入冰后期 气候转暖 冰川大量融化引起海平面上升 形成全新世海侵 最近两万年来海平面升降曲线 摘自 C14年龄测定方法及其应用 贵阳地化所编 稍有变化 此外 中国北方近几千年古气候变化也显示小周期的冷暖变化 如天津市中心区在近代地层中存在三条 贝壳堤 海侵 说明有三次海平面上升 变暖 和海退 变冷 另如 我国著名气象学家竺可桢曾撰文称3000年前洛阳曾产柑橘 说明当地气候在变冷 安阳殷墟出土化石中有大象化石 也说明当时是暖湿气候 试问 上述事实与所谓碳排放的 温室效应 有何关系 古气候研究的地质学方法和证据至上世纪80年代之前 地学界对古气候研究就已取得大量证据 证明了第四纪古气候的周期性变化 没有一点和CO2有关 i 生物化石气候证据生物化石 动 植物 可以指出各种气候类型 如 极地气候 温带气候 森林气候 干旱气候等等 某些生物种属的分布 受到温度 或纬度 限制 称为 窄温性 这类生物化石又分为 示冷 或 示暖 组合 利用这些化石的分布可以推知各地区气候的冷暖变化 如猛犸象生活在极地苔原上 但在欧洲 亚洲 北美的中纬度地区第四纪地层中都曾找到它的化石 这是极地气候带曾经扩大的证据 ii 沉积物气候证据冰碛物 寒冷气候的标志有机物 气候变暖的证据风化壳和古土壤 反映间冰期温湿气候黄土和风砂沉积 代表干旱气候 沙尘暴 iii 地貌和冰缘结构气候证据冰斗 现代冰川位于雪线附近 古冰斗可推测雪线位置 滨海贝壳堤 海侵线位置 大陆架上埋藏河谷 当年海退标志 等等 iv 深海沉积物中的气候证据深海有孔虫 门氏有孔虫 组合生活于赤道 示暖 饰带透明虫 生活于寒冷水域 示冷 其他 碳酸盐含量分析 浮冰碎屑含量分析 氧同位素分析等都能提供古水温数值 2 地球第四纪气候变化的根本原因是太阳和地球内部的周期性变化 几种假说 米兰科维奇 利用地球轨道要素 轨道偏心率e 黄道面倾斜 岁差 等 的长期变化与太阳辐射量之间关系解释气候变化 辛普森 利用太阳辐射变化解释第四纪冰期出现原因 弗林特 把太阳辐射和造山运动 地