工程地质与地基基础0绪论课件

1、1工程地质与地基基础青岛农业大学建工学院主讲人 杨旭姣Engineering geology and foundations1工程地质与地基基础青岛农业大学Engineering g2/75课程性质与教学目的工程地质与地基基础课程是土木工程管理专业（工程项目管理方向）四年制本科生选修的一门专业核心基础课，它是由两门相互独立而相互交叉的学科综合而成的。本课程的目的是通过教学使学生了解工程地质勘察的基本内容和工作方法；学习土力学的基本知识；掌握一般地基基础的设计步骤、计算原理和构造要求；熟悉一般土工试验方法和常见的地基处理方法。2/75课程性质与教学目的工程地质与地基基础课程是土木工3/75绪 论

2、主要内容1 本课程的研究内容2 地基基础的重要性3 本课程特点和学习方法3/75绪 论主要内容1 本课程的研究内容4/751. 工程地质 Engineering Geology2. 土力学 Soil Mechanics3. 岩土工程勘察 Geotechnical investgation4. 基础设计 foundations design5. 地基处理 ground treatment6. 岩土工程概预算 budgetary estimate 一.课程内容1ke课程内容4/751. 工程地质 Engineering Geolo5/75 基础 建筑物向地基传递荷 载的下部结构。天然地基人工地基浅

3、基础：埋深5m 地基 承受建筑物荷载的岩土层。 二地基基础的重要性 2地基基础的重要性5/75 基础 建筑物向地基传递荷 天然地基浅基础：埋深基础工程图例基础工程图例7/75地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危 !地基基础问题往往是影响投资和制约工期的主要因素，约占总造价和总工期的1/3。软土和复杂情况要高于这个比例。桥梁占50%70%。 7/75地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、8/75 我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程 首当其冲, 因为是隐蔽工程，偷工减料容易。 18%以上新建工程为不合格工程，一般病害的 机率为

4、10% - 30% 基础工程中设计失误40%, 施工问题60%,包括 *勘探不清 *地基基础方案不当， *不均匀沉降 *管理混乱：无照设计，偷工减料，层层转包 回扣，技术力量不足8/75 我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程9/75工程事故有三类：1) 规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾害导致的超过设计标准的荷载2) 对特殊情况的认识不足，基本概念不清楚3) 违背勘察、设计、施工、管理规范9/75工程事故有三类：加拿大特朗斯康谷仓 事故：建成后初次存放谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜27西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损概况：长59.4m，宽23.5

5、m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。工程事故加拿大特朗斯康谷仓 事故：概况：长59.4m，宽23.5m，1940年在软粘土地基上的某水泥仓库的倾覆地基破坏1940年在软粘土地基上的某水泥仓库的倾覆地基破坏比萨斜塔目前：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5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强

6、度较低，变形较大。1590: 伽利略在此塔做落体实验 比萨斜塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，原因：11838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固1990年1月: 封闭1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目 前: 已向游人开放。 处理措施比萨斜塔1838-1839：挖环形基坑卸载处理措施比萨斜塔14/75三种方案都可以,要做方案的技术经济比较。杂填土软土天然地基Natural ground桩基 Pile好土地基处理Ground improvement如何设计地基基础?14/75三种方案都可以,要做方案的技术经济比较。杂填土

7、软土15/75地基基础设计必须满足几个条件： （1）强度条件(strength)： 设计荷载不超过地基的承载力。 （2）变形条件(deformation): 地基变形量不超过规范允许值。 (3)基础结构本身条件： 有足够的强度和刚度。15/75地基基础设计必须满足几个条件： （1）强度条件(16/75投资风险和效益的综合考虑开挖是否支护,八十年代以来高层建筑大量修建，深基坑开挖比较普遍，开挖是否支护？这类问题通常是有风险有效益,因为是临时工程，投标较低，伴以事故发生，土钉支护事故率50%工程实例：1.兰旗营住宅开挖九米无支护，周围没有建筑物2.穆斯林大厦，采用地下连续墙和三排锚杆结合16/75

8、投资风险和效益的综合考虑17/75穆斯林大厦基坑60cm北京外文书店穆斯林大厦17/75穆斯林大厦基坑60cm北京外文书店穆斯林大厦18/75工期节约工期可以早收益。费用与效益综合考虑。王府井地区的改造，因为寸土寸金。预压固结 不做砂井，固结要2年；做砂井，只需要3个月 18/7519/75 研究土体在工程建筑作用下的应力、变形和强度规律的一门学科。 土力学是进行地基基础设计的理论基础。19/75 研究土体在工程建筑作用下的应力、变形和强20/75土在工程上的作用：作为建筑物的地基（foundations）作为建筑材料 (construct material)作为建筑物周围的介质环境 (ent

9、ironment)20/75土在工程上的作用：作为建筑物的地基（foundat21/75土力学应用地基与基础21/75土力学应用地基与基础22/75王府井京广广场土力学应用基坑工程22/75王府井京广广场土力学应用基坑工程23/75土力学应用地铁工程23/75土力学应用地铁工程24/75Hgsfjord crossing Tunnel held down by anchors and tethersLength: 1400 mMax. water depth: 155 mMax. depth to rock: 350 m土力学应用海底隧道24/75Hgsfjord crossing 土力学应用

10、25土力学应用海洋平台25土力学应用海洋平台26/753.岩土工程 (Geotechnical engineering)1岩土工程的定义： 以土力学、岩石力学、工程地质学和地基基础工程学为理论基础，以解决和处理在工程建设中出现的所有与岩土体有关的工程技术问题的一门地质和工程紧密结合的新专业学科。 引自岩土工程勘察规范（GB50021-94）26/753.岩土工程 (Geotechnical engi27/75概括为三个层次的含义：岩土工程是以岩土力学、工程地质学、地基基础工程学为基础，并与工程密切结合的综合性学科 岩土工程以岩土的利用、整治或改造作为研究内容 岩土工程贯穿于各类土木工程的勘察、

11、设计与施工的全过程，是土木工程的组成部分 27/75概括为三个层次的含义：岩土工程是以岩土力学、工程地28/75工程地质是岩土工程分析的条件。岩土力学是定量评价的理论基础。地基基础工程设计与施工是土木工程专业的工作内容。2. 岩土工程相关学科之间的关系28/75工程地质是岩土工程分析的条件。2. 岩土工程相关学29/75岩土地基工程 岩土边坡工程岩土支护工程岩土洞室工程岩土环境工程3. 岩土工程类型29/75岩土地基工程 3. 岩土工程类30/754. 岩土工程的工作内容岩土工程勘察 岩土工程设计岩土工程治理岩土工程监测岩土工程监理30/754. 岩土工程的工作内容岩土工程勘察 31/755.

12、 岩土工程的工作方法和手段：调查勘察试验测定分析计算方案论证监测控制反演分析修改定案数学模拟物理模拟原位测试31/755. 岩土工程的工作方法和手段：调查勘察数学模拟32/75基础设计6. 岩土工程工作的一般程序地质模型（平、剖面图）地基岩土体的地质特征、地层、岩性、地下水等条件岩土物理力学性质自重应力渗流应力地基岩土体的强度（承载力）地基岩土体变形量地基的稳定性评价与计算处理措施基底压力岩土体中的附加应力岩土体中应力强度变形稳定性评价处理设计的荷载（P）、基础形式6岩土工程一般程序32/75基础设计6. 岩土工程工作的一般程序地质模型（平、33/757. 与岩土相关的工程问题抗剪强度问题（稳

13、定）变形问题渗透与渗透破坏33/757. 与岩土相关的工程问题抗剪强度问题（稳定）34/75（1）强度问题: 天然与人工边坡的滑坡地基破坏、液化 土压力与挡土结构破坏基坑与地下工程倒塌34/75（1）强度问题: 天然与人工边坡的滑坡地基破坏、挪威：高灵敏性土的破坏滑坡挪威：高灵敏性土的破坏滑坡香港宝城滑坡 1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，渗透力使滑动力增加，安全系数下降。香港宝城滑

14、坡 1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立香港1900年建市，1977年成立土力工程署港岛1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤)Po Shan RoadConduit RoadNotewell Road香港1900年建市，1977年成立土力工程署Po Shan Early 1972 滑坡前June 1972 滑坡后Early 1972 滑坡前June 1972 滑坡后39/75 基坑失事的事例广州京光广场工程基本情况：长300m,宽34m,深15m。 D=1.2m。悬臂式护坡桩。事故情况：先发生0.51.0m水平位移,凌晨1时, 临时工棚倾入坑内

15、,3人死亡,17人受伤。原因：悬臂太长,应加锚39/75 基坑失事的事例广州京光广场广州京光广场基坑倒塌广州京光广场基坑倒塌京光广场基坑支护结构的破坏京光广场基坑支护结构的破坏42/75 珠海祖国广场(与澳门相对)基坑深16.2m,地下连续墙,厚80cm.逆作法钢支撑1998年5月,墙内移,钢支撑变形过大而崩出;5月6号下午4:30,倒塌,两栋楼倒塌进基坑,5人受伤.原因:超挖及地下水42/75 珠海祖国广场(与澳门相对)珠海祖国广场基坑垮塌淹水珠海祖国广场基坑垮塌淹水广东环市东路土钉墙塌方广东环市东路土钉墙塌方天河北土钉事故天河北土钉事故液化引起的公路破坏液化引起的公路破坏1995年日本阪神

16、地震中的房屋倾斜1995年日本阪神地震中的房屋倾斜阪神地震液化引起的储油罐倾斜阪神地震液化引起的储油罐倾斜阪神地震液化引起的河道破裂阪神地震液化引起的河道破裂阪神地震液化引起道路塌陷阪神地震液化引起道路塌陷码头挡土墙之后地面由于液化而下沉码头挡土墙之后地面由于液化而下沉阪神地震中桩基上房屋周围填方地基液化后的沉降阪神地震中桩基上房屋周围填方地基液化后的沉降1999 年9月21日台湾大地震液化与地基破坏1999 年9月21日台湾大地震液化与地基破坏1999 年9月21日台湾大地震地表破坏1999 年9月21日台湾大地震地表破坏1999 年9月21日台湾大地震引起山体滑坡1999 年9月21日台湾

17、大地震引起山体滑坡56/75（2） 变形问题沉降与不均匀沉降56/75（2） 变形问题沉降与不均匀沉降关西机场 世界最大人工岛1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m关西机场1986年：开工关西机场设计时预测沉降：5.77.5 m完成时实际沉降：8.1 m，5cm/月(1990年)预测主固结完成：20年后比设计超填：3m问题：沉降大且有不均匀沉降关西机场设计时预测沉降：问题：苏州虎丘塔 不均匀沉降造成的严重倾斜 地基严重下沉 - 上海工业展览馆苏州虎丘塔 不均匀沉降造地基严重下沉 -墨西哥某宫殿，左部分建于17

18、09年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。墨西哥某宫殿，由相邻建筑物引起的沉降破坏由相邻建筑物引起的沉降破坏kisskiss63/75（3）渗透破坏问题流土、管涌冻胀溶蚀 63/75（3）渗透破坏问题流土、管涌建于1989年71米高265米长1993年8月7日垮坝死亡300余人渗透破坏: 青海沟后水库的溃口建于1989年渗透破坏: 青海沟后水库的溃口1998年长江大堤1998年长江大堤武汉丹水池堤防抢险武汉丹水池堤防抢险1998洪水1998年洪水中各种险情6000余处1998洪水1998年洪水中各种险情6000余处(a)管涌(b)散浸(e)塌坡 (g)漫顶 (c) 滑坡(

19、d) 空洞(f)崩岸隐患与险情(a)管涌(b)散浸(e)塌坡 (g)漫顶 (c) 滑管涌与流土管涌与流土(a)(a)1998年九江溃堤1998年九江溃堤九江大堤决口溃口原因：堤基管涌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个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。 九江大堤决口溃口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10发73/751998年石首崩岸73/751998年石首崩岸溃堤：湖北，簰州湾，1998年8月2日溃堤：上海轨道交通四号线越江隧道工程上海轨道交通四号线越江隧道工程(一)工程概

20、况 浦东南路站南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目轨道交通四号线工程的一个重要组成部分。浦东南路站到南浦大桥站区间隧道上行线长2001M，下行线长1987M，其中江中段440M。区间隧道顶最大埋深为37.7M，隧道中心线水平距离为10.984M，隧道最大坡度为3.2%。 (一)工程概况 浦东南路站南浦大桥站区间隧道工程是 盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防汛墙、外马路、文庙泵站、音像制品批发交易市场进入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行线逐渐由水平同向推进转为垂直同向推进直至浦西南浦大桥站。 图中用深颜色表示的就是本次事故的发生区域。 风井 盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防

21、汛墙、外马路工 程 地 质层号地层名称层厚（M）层底标高（MC）人工填土6.39-2.14灰色粘质10.5-12.641为色粘土3.50-16.142灰色粉质粘土4.50-20.64暗绿-草黄色粉质粘土4.30-24.941草黄色砂质粉土9.20-34.142草黄色粉砂 从地质报告中可知道在30M深度以下，地层为第七层(1层、2层)，该土层砂性重，透水性好，易液化。联络通道位于第七土层，同时该土层为上海第一承压水层，承压水最高水位为地面以下7.58M，最高水头为21.7M。工 程 地 质层号地层名称层厚（M）层底标高（MC）人工填(三)参建各方 投 资 单 位建 设 单 位建设代理单位设 计

22、单 位施工总包单位施工分包单位监 理 单 位上海申通集团有限公司上海轨道交通明珠线（二期）发展有限公司上海地铁建设有限公司上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海隧道工程股份有限公司北京中煤矿山工程公司上海地铁咨询监理科技有限公司(三)参建各方 投 资 单 位建 设 单 (一)险情情况7月1日 凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。 6：00，音像楼发生明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。 7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加快。文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明显沉陷。 9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。 15：