环境管理_打通土力学和地下水动力学

土中水 使大地充满生气 打通土力学和地下水动力学 水土的工程性质 汇报提纲 一 水土工程地质的成因论 沉积相二 土的两个特殊性 学科两个特点 降水的两个物理过程三 土的三个基本特性四 初判地下水渗透性的四个维度五 水土的五个重要工程特性 变形是过程 六 归纳 水土的六个基本原理七 水土七种逻辑方法 分析法 类比法 反演法八 结语 0引言 水 土 关系 很有挑战性的问题 如何把水文地质勘察的成果用到基坑的各个方面 使得所有的基坑都做水勘 想要一把水尖刀捅整个岩土工程 水的内涵可以拓宽 水 土 工程张在明院士说 岩土工程翻译有问题 漏了重要的要素 水垫定 饱和土 土力学基石 有效应力原理 KarlTerzaghi被誉为土力学之父 把土与金属等连续介质区分开 静力平衡 应力平衡式有效应力的特性有效性剪切强度 水没有抗剪强度 变形 与有效应力增量相关 平均性 与流速 虚拟性 不可测量 U 中和性水压力是球应力 假定水不可压缩的平均性 与流速 虚拟性 不可测量 没有有效应力原理 就没有土力学 其他原理来自于力学现在还在学步阶段两相 碎散体的力学 10000米海底土的有效应力 没有有效应力原理 也就没有非稳定流理论 两边乘以 dt 公式的假定 三维流动 一维压缩 水 土 关系 问题1 国金 两墙合一 基底在7 1层上 有6层 底板下的浮力是多少 浮力的平衡 结构自重 桩的抗拔力国金地库的逆筑 地库底板完成后 全部抵抗浮力的构件施工基本完毕 承压水面力法分析 脱离体分析法 微元分析法潜水位的恢复及浮力 指什么水的浮力 那层水 金茂大厦裙房 不考虑抗拔 铰接 型钢砼柱北勘院有一项有业务 抗浮设防水位咨询 科研积累 现场测试 时间有限 理论研究问题2 有6层时 层中的侧向水压力是多少 北勘院的两把尖刀 北勘院的两把尖刀 土吸水就像人吸毒品 快覆盖 200M2 四周必须设置排水沟 土的膨胀速度很快 负孔压 注意 边界条件 地下水控制 治理 手段之一 降 降水 把基坑或指定范围的U H 减小 d 0的物理过程 决定地下水侧向补给能力的T KM不同 达到相同的降水深度 Q有显著不同 回灌 边界条件不同 使渗流场发生质的变化 技术难度 环境效应显著不同降水类型的划分 边界条件 按帷幕类型划分 降水要诱发沉降 地层结构 kV 如 渗透系数减小 坑内同样降深 坑外降深减小 降水类型划分一览表 地下水主要失效模式及措施 有效应力损失 基坑开挖竖向卸荷 水压力U不变的话 竖向有效应力减少 球应力减少 或者说围压减少 刚度减少 墙体水平向变形增加 土体隆起量增加 立柱隆起原因之一由于竖向有效应力减少 土对立柱桩的摩擦力减少 立柱隆起原因之二 坑底隆起和围护踢脚位移 案例 4号线溧阳路站 1 刘国彬 王洪新 上海浅层粉砂地层承压水对基坑的危害及治理 岩土工程学报 2002 11 坑底隆起和围护踢脚位移 降水来减少立柱隆起 立柱隆起有后果 由于立柱之间 立柱与连续墙之间的不均匀竖向位移 会对支撑形成作用 1 400 2CM 降水井的位置 中间有井降水对基坑应急处置的作用 水土关系紧密 孔隙水压力是两者联系的桥梁 把勘察当学问来做 三部曲积累理性经验 专著 地下水与基础工程 地下水与基础工程 目录 地下水水在饱和土中的流动水在非饱和土中的流动渗流的有限元解法土体中的孔隙水压力对建筑物地基变形的影响地下水对地基承载力的影响对边坡稳定性的影响对围护结构的影响建筑抗浮验算 思考 渗透力产生变形吗 孔隙水压力 概念与孔隙水压力观测 原生水压力静水压力 水重力形成的压强rw h 分层水头时 降水时分开考虑 基坑围护时算水压力时 潜水承压水水位不同的 但是未分开 一维稳态渗流时的水压力 发生渗透阻力 不只是受重力 还受到土对水的渗流阻力 坑内 水向上 假定 运动时 渗透力向下 与水重力方向一致 水压力增加 坑外 水向下 假定 运动时 渗透力向上与水重力方向相反 水压力减少 边坡上的斜向渗流 矢量 无渗流的砂质土坡的稳定性K Wcos tan Wsin 坡面流K W cos tan W sin W r sin W 地基问题中的理解 初始状态 OCR 1时 K0 无渗流 等势体 静水压力有效自重应力方程中只需列入超孔隙水压力 这时超孔隙水压力 超静水压力 也就是说 静水压力不等于 w H其他情形应推敲 静水压力不等于 w H 条件 稳态渗流 浸润线不变 每点的水压力不变 超孔隙水压力 超孔隙水压力 不叫超静水压力 外部荷载引起 荷载 土体中总应力 孔隙水压力 消散 应力场驱动渗流场 机理如下 要有边界条件 在太沙基的一维固结模型中 土样的顶部 孔隙水压力 0 排水边界 土样中形成水力坡度 向下扩展 直至U 0 有效应力 抗剪强度 不是有效应力强度指标 提高 饱和土的固结 顶边界上U 0 且水位线用于在顶面 比如 油罐的充水预压地基处理方法 以水为脱离体 重力 作用 静水压力 内力 荷载 作用 超静水压力 内力 渗流 土对水的渗透阻力 方向向下 平衡方程去理解 水压力必然增加 体力向面力的转换 注意 顶面上的外荷载全部已有土骨架承担了 对以水为脱离体时 渗透阻力是作用 超孔隙水压力是内力 有效应力 超孔隙水压力 渗透阻力的合力 超静水压力差 B A 1 荷载最初形成超孔压 2 由于边界 超孔压有梯度 不是线性 水产生渗流 有渗透阻力 向下的3 水的微元 平衡 我们对水说他受的外力的话 重力 渗透阻力 静水压力 超孔隙压力是相应的内力 土骨架微元 b a 土骨架的微元分析法中 向上的渗透力 改变有效应力 t 0时 顶部增加了有效应力p 前面已证明孔隙水压力差 渗透力的合力 土的整体分析法 式中没有渗透力 结论 土骨架有效应力减少值 就等于渗透力的合力 孔隙水压力的增量 向下的渗透阻力的合力渗透力是土水之间相互作用 对土整体来说 渗透力不出现的 整体法方便 广泛采用 渗流场的渗流矢量求解复杂 还要对体积积分 水头差 形成渗流 渗透力 改变超孔隙水压力对地下水来说 是渗流场的三位一体的物理过程 真空预压时的孔隙水压力 真空预压时 量测得到的是负超孔隙水压力 塑料排水板中与土体中 产生负压差 导致渗流 从而产生土体固结 使土体成为了超固结土 含水量 孔隙比均减小 在再加荷载时 相当于有一个前期固结压力 在大于或小于PC时 一个是压缩指数 一个是回弹指数 OCR与年代 不必疏干 HenryDarcy 1803 1858 KarlTerzaghi 1883 1963 M KingHubbert 1903 1989 CharlesVernonTheis 1900 1987 OscarEdwardMeinzer 1876 1948 CharlesEdwardJacob 1914 1970 著名科学家和科学发展 要明白水土 就必须了解他的出身 讨论 成因论 沉积相 一 水土工程地质宏观把握 土的形成 搬运与沉积 残积土无搬运运积土有搬运 风化所形成的土颗粒 受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物坡积土 土粒粗细不同 性质不均洪积土 有分选性 近粗远细冲积土 浑圆度分选性明显 土层交迭湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥 土性差海相沉积物 颗粒细 表层松软 土性差冰积土 土粒粗细变化较大 性质不均匀风积土 颗粒均匀 层厚而不具层理 上海勘察规范 地貌划分 地貌形态 沉积环境 时代成因 物质组成 滨海平原 正常 古河道 湖沼 潮坪 砂嘴砂岛 剥蚀残丘沉积年代 Q4 1 5 Q3粘性土性质 与年代有很紧密的关系 渗透性 Q3 老粘土 K小 Ss小 充分的固结和次固结 不存在疏干问题力学性质 很好 但是卸荷后 浸水后 软化 指标打折 毛细力问题 膨胀是弹性变形 比固结快得多 一 水土工程地质宏观把握 成因论 沉积相 宏观把握 总体上才会比较正确 宏观把握 有利于概化 建立比较合理的地质模型 宏观把握 提高对数值模拟结果 监测结果的分析判断力地质学的观点 岩土工程方法 地质条件和数值模拟陈崇希教授说 以基坑和环境的双安全为目标 防止模拟失真 从大师们的研究 看发展方向 稳定流存在吗 只有t 无穷时有解的情形 地下水分析方法 解析法 teis解的条件 苛刻 室内物理模拟现场原型试验 监测数值模拟 在此基础上 Morgenstern更是将工程判断的作用贯穿与整个岩土工程的工作方法中 在所有的工作过程中 基于理论基础和工作经验的工程判断 engineeringjudgment 都起着重要的作用 图岩土工程的工作环节 Morgenstern 2000 关于数值法 针对三维非稳定渗流 地层的非均质 各向异性 仅用解析方法求解是困难的 水文地质问题的复杂性 决定了数值方法应用的必要性和重要性 可靠性很大程度上取决于对水文地质条件的把握 正确理解和合理概化 因此 地质调查 水文地质条件研究 水文地质问题的定性分析 永远处于水文地质数值法研究的主导地位 而先进的数值方法的正确使用将对水文地质问题的研究起到验证和深化的重要作用 案例1 环球金融中心基坑 H0 26M S 15M 说明 H 基坑开挖面标高G1 地下承压水水位标高S6 东泰路上水管M6 东泰路煤气管D5 东泰路电缆管S17 世纪大道上水管J1 世纪大道立交J15 银城东路立交F1 业主建筑 41 案例1 环球金融中心 问题讨论 沉降现象 滞后的机理 上海的6层隔水性 7层降水 6层以上有无水头降 时间多少 6层有释水吗 土工试验的启发 压力范围 6层土的固结试验 如果6层以上在一年内无水头降 则沉降缓慢发展是什么原因 是7层水头缓慢下降 还是砂层本身的在水平向的水力坡度下的渗透力作用下 剪切压缩 趋稳性下部还有斜向向上的渗流 渗透力 有增量吗 二元结构土层的管涌造成 HELM理论 还是水位观察误差造成 案例2 武汉人信汇沉降判断 江汉平原武汉地区概化地质剖面图 越流天窗 天津 竖向水力联系 粉质粘土 粉土 粉砂互层粉细砂中粗砂 砾砂 卵砾石 承压水 1 二元结构 滤管怎么开 滤料如何定 出砂 2 如4层中不开滤管 按需降水的对象是 观察井的滤管设置在哪里 对环境的影响问题 3 砂井 打了砂井 就会形成承压水与潜水的沟通 4 上部开滤管 比例多少 底板重量 立柱桩地墙的抗拔力 注册师如何准备 假如6t m2 开挖到底板时 降到20米 降水18米 1 3的井可开滤管 5 落地式帷幕 承压水的性质 地墙的质量 南京青奥中心5 隔水帷幕 越流天窗 开挖面 回筑阶段 承压含水层中的 层互层土 夹花层 与其下的 层虽同属承压含水层 但在降水过程中由于这两层土的渗透系数K值差别很大 第 层垂直渗透系数远远小于 层 故在降水过程中 层土中水位降存在滞后并将恒定高于 层中水位 含于 层杂填土 层淤泥和 层淤泥质粉质粘土中的粉土 粉砂夹层中 为不连续的 厚度及含水性很不均匀的含水层 上层滞水 含于 层粉质粘土 粉土 粉砂互层土和 层粉细砂 中粗砂 砾砂 卵砾石中 与长江水体有直接的水力联系 因而具承压性 其压力水头受长江水位涨落控制 承压水头年变幅3 5米 最大可达8米 下层承压水 井结构设计特点 范大师 深基坑指南中 讨论了地质成因问题湖北省标准 管井降水技术规范 如何在工程实践中准备注册 基本观点 工程问题导向 聚焦 循环 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 2009年版 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 2012 行业标准 建筑与市政降水工程技术规范 JGJ T111 98 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 国家标准 地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑基坑监测规范GB50497 2009 上海地区降水诱发沉降的地层结构控制 实践 正常沉积区 环球金融中心 4号线修复 S 30 5 6米 6层土的特性 Q3区域连续性PSOCR Pc dWCKv 古河道沉积区 5 2 5 3 2 连7 有稳定的5 3 1 人民广场地下变电站 9层降水 8 2 7相连地区 S最大 比单位沉降 0 07mm MM水文地质分区原则 有6层 无6 有5 2 无5 2 有8 无8 工程降水地层结构分区表 市光路 长寿路 汉中路 大华 7号线 陆家嘴 无5 25 3 7 8 9 虹桥磁浮 无5 25 3 7 8 9 有5 25 3 7 8 9 淮海路工地 有5 25 3 7 8 9 无5 25 3 7 9 无8 鼎鼎广场 无5 25 3 7 9 无8 5 3降水特点 层承压含水层组 厚度大于30m 青草沙 3 无5 25 3 7 9 无8 田林 龙华地区 上中路 5 2 5 3 7 9 无8 5 2砂质粉土 5 3 2粉质粘土 5 3 2含粘性土粉砂 12号线龙漕路站 5 2 5 3 7 9 案例3 昆明恒隆广场 区域上 潜水含水层 55层中间夹粘性土隔水层基坑地墙帷幕 隔断5上 未隔断5下 基坑范围内35米处有粘性土隔水层局部表现为承压性疏干降水 渗流场特点 另布深井地铁线 附近如缺失5夹层 沉降就会比较大 二 土的特殊性 土的特殊性 粗糙性 龚院士的话 不确定性只求判断正确 不求计算正确 顾宝和 要计算 不是不计算数值模拟可以提高判断力 土力学是很感性的复合地基 土的塑性力学 案例4 国金的不确定性分析 要进行KV Kh不确定性分析 结构上的包络分析 Kv Kh 不确定的 0 1 0 4 0 8 参数是不确定的 工程要100 成功的 裙楼逆筑法 没办法补井的 群井试抽很关键 随着Kv Kh增加 竖向补给能力大了 同样的抽水量 降深小了 总的涌水量会增加 问题是井的滤管位置和长度设计 是否有能力提高抽水量 40M见7 2层 井深度45 48M 换泵 流速加大了 渗透力问题 管涌问题 出砂问题 学者在讨论这个问题 冲孔包网 垫网的寿命 PVC垫网 桥式 新问题 管涌与变形 两个学科特点 所有理论都是鼻祖提出的 达西 裘不衣 太沙基 很土的力学感性 启发1 理论发展是缓慢的 经验对解决工程问题是非常重要的 启发2 学科方法 中医 2003年小案例 上海市指挥所 5 2 5 3 2厚 5 3 3 7 帷幕未隔断5 3 2 2500M2 H0 13M 程洪涛诊断 扬程小了 加了8口井 经验与岩土工程的中医方法 望闻问切 综合判断 岩土工程勘察 钻探取土 土工试验 原位测试 综合评价对症治病 因地制宜 沉积相不同 特殊土 国标规范取消了老版本的经验公式 地方标准经验投药 随时调整 试验与监测 动态设计 信息化施工中医也有理论 黄帝内经 伤寒论 理论导向 实测定量 经验判断 检测验证 软土隧道之父 水土是一个复杂体系 L A Zadeh 当系统的复杂性日益增加时 我们作出系统特点的精确而有意义的描述的能力将相应降低 土的本构关系模型的检验 没有为任何一个模型戴上王冠 岩土工程的预测 非常不确定的事薛禹群院士说 用数值模拟的结果指导设计 不进行不确定性分析 是不可思议的 降水的两个物理过程 导水侧向径流 Kh M T 竖向越流 Kv m Kv M B富水性 短时间试验是错误的释水 水压力下降 地层压缩 水量释出 S Ss Sw SetmemtS mvi rwsw bi 分层总和法 Ssi sw bi参数 mv S 描述两维流 Kvstresshistory 两种计算思路 土力学 水文地质学的 导压 a Km s k Ss KEs rw 固结系数 右是导水 左边是释水 就饱水土层的应力 变形而言 地下水流的水头 水压 有效应力 介质变形 理论上说三维Biot模型是比较合适的 但对于地下水开采 地面沉降问题 通常是涉及数百至数万平方公里面积大尺度的多层非均质含水系统 且具大量的各种类型抽 注水井等源汇 要建立一个实用的Biot模型涉及的参数过多而不现实 当前比较实用的且能基本滿足要求的是地下水 准 三维流 土层垂向一维固结模型 对于这类模型 需讨论的主要有下列几个问题 建立准三维流模型还是三维流模型 地面沉降 土层固结 与地下水流如何耦合 土层固结后参数如何刻画 软土层的固结滞后于含水层水头的变化如何刻画 建立准三维流模型 还是三维流模型 Neuman等 1969 认为 当含水层的渗透系数K比相邻弱透水层的渗透系数K 大两个数量级以上时 假定弱透水层中的地下水为垂向流动 即准三维流 其误差不超过5 对于实际问题 含水层与弱透水层的渗透系数之比往往超过三个数量级 另外 准三维流模型对水文地质资料的要求 数据整理和模型运行工作量等诸方面都比三维流模型简单 省时得多 基于这两个原因 对于实际问题的模拟大多采用准三维流模型 就我国来说 1989年比利时地质调查所完成的 长江三角洲上海地区第四纪地质 水文地质 工程地质及地面沉降数学模型研究 为中华人民共和国地质矿产部与比利时王国科学规划署之间的国际合作项目 报告中多处表明 假设弱透水土层内的渗流方向是在垂直方向上的 因此 实质上该模型属准三维流 一些模型 说的是三维流模型 实际上却是准三维的 没有将其严格分开 此后我国于1995年分别对上海市和上海市浦东区及天津市做了三个地下水开采 地面沉降模型 都是准三维流模型 其思路基本仿照1989年比利时做的我国第一个地下水开采 地面沉降模型 国外九十年代做的几个主要实例模型 例如R Bravo 1991 等做的美国休斯敦模型 A Rivera 1991 等做的墨西哥城模型 G Gambolati 1991 做的意大利拉温纳区域地下水流模型 K Daito 1991 做的日本大鳄平原的模型等等 都属于准三维流模型 我们注意到 长江三角洲的沉积物 弱透水层中存在 千层饼状 的薄互层岩性 实际上自然界中大量存在 米级 至 毫米级 或更小尺度的互层状沉积物 它们在模型的 层 中表现出各向异性的特征 那么 这种情况下准三维流模型的相对误差还是小于5 吗 本研究带着此问题做了数值模拟研究 发现 准三维流模型的 误差小于5 的结论仅适用于弱透水层为各向同性介质 对于弱透水层的各向异性比为10时 误差已超过27 7 而且随着弱透水层单位储水系数的减小和模拟时间的延长 误差还要增大 已存在超过30 5 的情况 基于此研究结果 我们对苏州市采用三维不稳定流动模型 陈崇希等 2001 地面沉降 土层固结 与地下水流如何耦合 陈崇希等 2001 据了解 在笔者做苏州的地面沉降模型 1997 2000 之前 国內外做的模型 上海 天津 Gambolati1973 BravoR J R RogersandT G Cleveland 1991 Gambolati1991 DaitoK M MizunoandK Ueshita 1991 包括国外为我国做的第一个模型 即1989年比利时地调所做的 上海地区地面沉降数学模型 其沉降模型都是 地下水流动模型加上一维垂直流动固结模型 即先由水流模型解出每一时间步长的水头 水压值 再把地下水流动模型 所给出的水压做为边界条件加于包括含水层和弱透水层的一维土柱模型的边界上 比利时1989 简称其 两步模型 并在一维土柱模型中加密其结点数 如此求取地面沉降量 显然 这种方法不是耦合 它将两个相关的参数 单位储水系数和土的压缩系数 独立地使用 因此这种 两步法 使得土层固结量比较容易拟合好 陈崇希等 2001 当时由我国华东区高校的教授等组成的专家评审组 并没有对 两步法 提出异议 且给予此报告以国际先进水平的评语 众所周知 地下水不稳定流控制方程式中单位储水系数 其中含有土的体积压缩系数 即水流方程中已包含刻画土固结的参数 具体地说 一旦解得某时阶地下水流的水头分布 就意味着各模拟层單位水平面积土层水的释放量 为模拟层的厚度 已确定 依的定义 厚度介质的固结量为 对于主要固结层 弱透水的粘性土层而言 因此介质的释放水量可视为层的固结量 如果一定要精确计算 从厚度饱水介质释放量中减去水的释放量也不难 由此可见 地下水流问题一旦获得解 介质固结问题已完成 包含在单位储水系数中 无需也不应该再用算得的该层上下界面处的水压 有效应力作为边界条件通过一维垂直土柱求其沉降量 反过来说 如果 由固结引起 介质释放的水量未知 又怎能求出各层结点的水头呢 因此 两步法 是不对的 陈崇希等 2001 基于上述分析 苏州地面沉降模型的做法 是将地下水流动问题与固结问题合成一步进行 实质上固结问题已经包含在上述地下水流动问题中 陈崇希等 2001 固结量只是从中提取有关信息而已 土层固结过程中参数如何考虑 陈崇希等 2001 参数变化及选取涉及两个问题 其一是土层固结过程中参数发生变化 其二是土体变形与应力历史的关系 在土层固结过程中 土层被压密 孔隙率和孔隙比减小 因此会改变土的渗透系数K和单位储水系数 如果把K和 s视为常量 则属于线性固结问题 若随着固结过程参数K和是变量 则是非线性固结问题 目前大多模型做的是线性固结问题 当然 非线性关系能更实际地刻画固结问题 苏州地面沉降模型考虑K s随固结过程而变化 渗透系数的变化采用Kozeny Carman方程 由此可得 4 17 1 式中 n0和n 初始孔隙率和固结过程中的孔隙率 K0和K 初始渗透系数和对应n的渗透系数 关于储水系数的变化 根据固结实验曲线e log 其斜率定义为压缩指数Cc即 4 17 2 此式压缩指数Cc用于有效应力大于前期结固应力 水头小于前期最小水头 即预结固水头 的情况 若小于前期固结应力 则式中的压缩指数Cc改为膨胀 回弹 指数Cs 将上式代入 获得随e变化的关系 4 17 3 我们用 4 17 1 和 4 17 3 式表示K和随e n 的变化关系 以此处理非线性固结问题 本模型体现了地下水开采 水头下降 土层固结 土层孔隙率减小 渗透系数降低 反过来又影响地下水运动的实际复杂过程 图4 17 1 表示地面沉降中心第4软土层笫9分层的孔隙率 渗透系数1983年 1997年的变化过程 随着地下水水头的降低 有效应力的增加 土层固结 孔隙率由0 477减小至0 442 减小了7 34 相应地渗透系数从0 00101减至0 00067 减小了33 7 由此可见 非线性弹塑性固结问题是应当考虑的 且缺少实验室土样固结实验的一般条件也可做得到的 图沉降中心处孔隙度n和渗透系数K动态曲线 陈崇希等 2001 软土层的固结滞后于含水层水头的变化如何刻画 陈崇希等 2001 本研究所建模型将软土层进一步细分 以刻画软土层固结的滞后性 苏州市自然土层已有11层 其中有3个软土层 为了刻画地面沉降的滞后性 本研究将主要压缩层 第4软土层 细分为9层 将两层次压缩层 第2 3软土层 各自又细分为3层 模型的总层数达23层 这样地细分土层 保证了软土层固结滞后性的刻画 图表示地下水开采层的水头 水压变化在笫4弱土层中的垂向传递速度 可以看出 地下水开采层的水头波幅向上传递过程会衰减 地下水开采层的水头动态于冬季回灌地下水而形成的小波动在向上传递过程中而逐渐消失 最上分层的峰值出现时间比最下层 地下水开采层的时间滞后约2个月 交大 南大都是如此技术路径 悬挂式帷幕降水课题的技术路径 水土三个基本特性 香港宝城滑坡现场 目前 塔向南倾斜 南北两端沉降差1 80m 塔顶离中心线已达5 27m 倾斜5 5 原因 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 强度低 变形大 比萨斜塔 1590年 伽利略在此塔做自由落体实验 九江大堤决口上海近几年的基坑事故 1998年8月7日13 10发生管涌险情 20分钟后 在堤外迎水面找到2处进水口 又过20分钟 防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞 5m宽的堤顶随即全部塌陷 并很快形成宽约62m的溃口 溃口原因 堤基管涌 焦点词汇 豆腐渣工程 渗透变形 流土 管涌 堤防工程设计 渗流 减压井 永久性 淤堵 粘性土较薄 砂性土中的水头延程损失比较小 堤防工程设计规范 试验资料是永恒的 黄文熙本构模型 因为水土是复杂体系 四 判断地下水渗透性的四个维度 四个维度 2颗分曲线 粒度 重度 干重度 室内渗透试验 Kh Kv力学试验 摩擦角 压缩性 互层土 砂性土中 原位试验 Ps 夹层 专项水文地质勘察 地区经验 案例6 九号线7 1层 粘质粉土 4个维度看 粘质粉土 土的五个重要工程性质 与金属相比 降 排 水固结性压硬性 球应力 K0 剪涨性 剪应力产生体应变 应力耦合 结构性 St 球应力塑性体变 弹塑性 真空预压法排水固结 ArthurCasagrande 排水板间距1 2 1 4M 90天以上 负压 80KPa 平均下降2 疏干降水是难题 4 2土的压缩性测试方法 常规三轴压缩试验 常用试验类型 1压硬性 4 2土的压缩性测试方法 变形模量 泊松比 一般化的应力应变曲线 弹性模量 固结排水试验 硬化概念卸荷再加荷 与围压有关非线性 弹塑性 剪胀性 4 2土的压缩性测试方法 土体变形的机理 土体的变形特性 土体的特点 散粒体 体应变主要由孔隙体积变化引起剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起 压硬性 NilmarJanbu中文名字 简布 三轴试验确定土的强度包线 由不同围压 的三轴试验 得到破坏时相应的 1 f分别绘制破坏状态的应力摩尔圆 其公切线即为强度包线 可得强度指标c与 5 3土的抗剪强度的测定试验 三轴试验 压硬性 土力学之始祖 库伦 粘性土有效应力 密度 抗剪强度间的唯一性关系 Henkel 1960 等学者证实 对饱和正常固结粘土 在有效应力 密度 抗剪强度间存在唯一性关系 存在单一的有效应力强度包线土体有效应力和含水量 孔隙比 间存在唯一性关系破坏时含水量 孔隙比 和强度间存在唯一性关系 和试验的类型及应力路径等无关 对具有相同的前期固结压力的超固结土也有相似的规律 5 5土的抗剪强度指标 三轴试验指标 粘性土有效应力 密度 抗剪强度间的唯一性关系 ef ef 两种试验得到相同的K f线K f线上 p f qf ef间存在唯一性关系 A点 ef ef 有效应力和孔隙比间存在唯一性关系 B点 eB eB eB eB 土样的密度不变 强度相同 5 5土的抗剪强度指标 三轴试验指标 剪涨性 剪应力体积应变 剪缩 应力应变关系 线弹性 混凝土 非线性弹性 理想弹塑性 弹塑性 硬化 英国剑桥大学Roscoe和他的同事 1958 1963 在正常固结粘土和超因结粘土试样的排水和不排水三轴试验的基础上 发展了Rendulic 1937 提出的饱和粘土有效应力和孔隙比成唯一关系的概念 提出临界状态边界面的思想 他们假定土体是加工硬化材料 服从相关联流动规则 根据能量方程 建立剑桥模型 CamClayModel 剑桥模型又称为临界状态模型 这个模型从理论上阐明了土体弹塑性变形特性 标志着土的本构理论发展新阶段的开始 近代土力学从剑桥模型开始的 历时五十年 剑桥模型 用十句话说明MCC的物理意义 以普通三轴压缩试验 应力路径 轴对称的 为试验手段 以等压固结作出NCL线 以偏压固结作出 1 e比容 P 平面上的CSL线以MC强度理论作出P q平面上的CSL线以e P q唯一性原理为基石 构造了一个分析空间 ROSCOE空间 一个状态边界面SBS MCC是硬化的弹塑性模型 用十句话说明MCC的物理意义 6 屈服面是一簇椭圆 称帽盖模型 以塑性体应变为状态变量 年龄 历史 能反应土剪缩 v 性质 7 采用正交流动法则 共轴假定8 等向硬化 屈服面形状不变 只是大小变化9 是其他弹塑性模型的基础10 适用于正常固结粘土 各向同性的土 普通三轴压缩试验的应力状态 偏应力 q 平均主应力 p 2 3比体积 v 1 e v e e 1 v e 1 e0 的几何意义 正常固结粘土的排水与不排水应力路径 q Mp v N lnp NCL v lnp CSL p exp v 唯一性 NCL normalconsolidationline CSL criticalstateline N 假定1 从C3 D3 加q Dp q 3 增加的体应变与等压固结相同 差是 C D 固结排水试验有效应力路径C U 固结不排水试验有效应力路径 固结不排水试验的有效应力路径相似性 p q C1 C2 C3 U1 U3 U2 D1 D3 D2 临界状态线CSL CriticalStateLine 图固结不排水试验的有效应力路径 黄线 无论CU CD 加偏载 都会破坏 CD下 q大 d 3 e减小 q大 CU下 e不变 e2 e3 e3f e4f 粘性土有效应力 密度 抗剪强度间的唯一性关系 Henkel 1960 等学者证实 对饱和正常固结粘土 在有效应力 密度 抗剪强度间存在唯一性关系 存在单一的有效应力强度包线破坏时含水量 孔隙比 和强度间存在唯一性关系土体有效应力和含水量 孔隙比 间存在唯一性关系 和试验的类型及应力路径等无关 对具有相同的前期固结压力的超固结土也有相似的规律 5 5土的抗剪强度指标 三轴试验指标 粘性土有效应力 密度 抗剪强度间的唯一性关系 ef ef 两种试验得到相同的K f线K f线上 p f qf ef间存在唯一性关系 A点 ef ef 有效应力和孔隙比间存在唯一性关系 B点 eB eB eB eB 土样的密度不变 强度相同 5 5土的抗剪强度指标 三轴试验指标 物态边界面与临界状态线 p exp v q Mp Mexp v 临界状态线 物态面 v lnp 正常固结粘土的物态边界面 U 是平面上的 U是空间上的 P减小的 三维空间的物态边界面 1 p q e三者一一对应 2 有效应力路径的唯一性 图2 48正常固结粘土的物态边界面 弹性墙 等压卸载 不破坏 偏压卸载 P减小 q增加 会破坏 在弹