岩土、隧道及地下工程

岩土、隧道及地下工程第一页，共24页。第四章岩土、隧道及地下工程第二页，共24页。4.1概述一、岩土工程(1).以土力学与基础工程、岩石力学与工程为理论基础，与工程地质学密切结合。(2).以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容。(3).服务于各类主题工程的勘察、设计与施工的全过程。第三页，共24页。4.1概述二、隧道及地下工程(1).规划、勘测、设计各种隧道及地下工程，包括建成后对结构的运营和养护。(2).研究对象为在岩体（层）或土体（层）中修筑的各种类型的通道以及地下构筑物。(3).涉及工业和民用、军事、水利各方面，为解决城市土地利用、环境保护等问题具有不可替代的价值。第四页，共24页。4.2岩土力学的沿革一、萌芽期的岩土力学（1773-1923）时间人物成果1773年库伦、摩尔摩尔-库伦强度理论1776年柯林斜坡稳定性理论1856年达西达西定律1857年朗肯朗肯土压力理论1885年布辛耐斯克布辛耐斯克解1920年普朗特尔极限承载力公式第五页，共24页。4.2岩土力学的沿革二、经典土力学的形成与发展（1923-1963）时间人物成果1921-1923年太沙基有效应力原理和土的固结理论1925年太沙基出版《土力学》1927年费伦纽斯瑞典圆弧法1948年泰勒土坡稳定理论三、现代土力学的发展（1963至今）1963年罗斯科提出的剑桥模型等。第六页，共24页。4.3岩土力学的演变一、早期的岩土工程18万年前旧石器时代早期古人类活动洞穴遗址距今6000多年前半坡遗址中我国最早的浅基础痕迹第七页，共24页。4.3岩土力学的演变一、早期的岩土工程4000年前古城址，有大面积填土夯实以筑墙基，最深处达10m，墙基宽度在60m-100m距今5600年河姆渡遗址中的木构水井第八页，共24页。4.3岩土力学的演变一、早期的岩土工程距今1300多年的赵州桥，其桥台位于密实粗砂层上，地基处理非常合理始建于公元前5世纪的秦长城，其基础的稳固有赖于对岩土的正确处理第九页，共24页。4.3岩土力学的演变一、早期的岩土工程在国内外尚无地基基础设计理论的条件下，地基基础的设计主要凭工匠的经验。奠基于1173年，竣工于1372年的比萨斜塔竣工时塔身就倾斜了2.1m。第十页，共24页。4.3岩土力学的演变二、近代岩土工程1885年，美国芝加哥，世界上第一座具有现代意义的钢结构高层建筑桩基础被大量采用人工挖孔桩、混凝土灌注桩、沉管灌注桩的出现，落锤式打桩机、蒸汽打桩锤、导杆式柴油打桩锤、筒式打桩锤的问世第十一页，共24页。4.3岩土力学的演变二、近代岩土工程1905-1909年，京张铁路的修建1923年，上海，我国第一座现代高层建筑第十二页，共24页。4.3岩土力学的演变三、现代岩土工程上海洋山深水港，陆域工程中采用强夯、排水固结等多种地基加固方法三峡工程的成功修建需要对基岩工程性质进行大量调研第十三页，共24页。4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步一、古代隧道及地下工程汉代修筑的石门隧洞，采用火煅石法（用油脂含量极高的松柏作燃料煅烧山崖，再向灼热的岩壁泼水或蜡，使其酥裂，而后剥离）古罗马的下水道，修建于2500年前第十四页，共24页。钻爆法（矿山法）4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生太行山隧道，我国采用钻爆法施工最长铁路隧道，全长27.839公里第十五页，共24页。新奥法（NATM）4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生大瑶山隧道，我国最早应用新奥法施工的标志性隧道第十六页，共24页。隧道掘进机（TMB）方法4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生英法海底隧道，采用隧道掘进机法修建气压式盾构泥水加压盾构土压平衡盾构→→第十七页，共24页。沉管法隧道4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生第十八页，共24页。轨道交通隧道工程4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生截至2014年12月28日，上海轨道交通共开通线路14条（1-13号线、16号线），全网运营线路总长548公里，车站337座。第十九页，共24页。地下空间综合开发与利用4.4隧道及地下工程的发展历史与技术进步二、近代隧道及地下工程与新技术的产生美国波士顿的中央大道，经历了由高架道路到地下隧道的地下化过程。这个工程被称为美国有史以来工程量最大、工期最长、资金投入最多的市政工程。第二十页，共24页。理论分析4.5展望一、工程实践的新要求与岩土力学的发展趋势数值分析↓※反馈分析法：用现代先进技术进行原体观测，同时在现代计算技术的基础上建立联系理论、经验与现场观测资料的专家系统，通过这一途径改进当前或今后的工程设计。第二十一页，共24页。4.5展望二、岩土工程与地下工程面临的挑战城市地下工程面临的挑战（1）理论研究集中在地下结构和地层的相互作用上；集中在地层损失上及其损伤机理上；（2）岩土力学本构理论与地层适用性研究；（3）开发观测方法，自动报警系统的研究；（4）加固地层的各种类型注浆法、冻结法和地下水位降低法等；（5）开发能够主动控制掌子面功能的隧道掘进机；（6）复杂环境下的设计和施工技术；（7）隧道前方障碍物的探测与排除。第二十二页，共24页。4.5展望二、岩土工程与地下工程面临的挑战隧道及其他地下工程面临的挑战（1）长大隧道的设计、施工技术；通风防灾技术；（2）特殊地质地层的设计和施工技术；（3）非连续岩体的大变形和破坏分析；（4）大型跨江海桥梁基础、其他深水基础设计和施工问题；（5）隧道的超前地质预报问题；（6）固、液、气的耦合问题；（