岩土与地下工程课程讲座.ppt

1、岩土与地下工程的回顾和进展,一、岩土与地下工程产生的由来 1. 人类产生和生活的本能需要,北京猿人遗址（50万年前）,山顶洞人遗址（1.8-2.5万年前）,2. 统治阶级神授和神权思想的表现,埃及金字塔 （Pyramid,公元前2611),秦始皇陵,3. 疆域开拓、经济发展和资源开发的需要,古罗马驰道(AppianWay,公元前312年) 万圣殿（The Parthenon Temple),古罗马输水隧道（Roma Aqueduct） 铜绿山古铜矿遗址剖面,4产业革命带动了岩土与地下工程发展,我国独立制造的盾构,CM17履带式液压掘进机,5岩土体的共性和个性形成了岩土与地下工程 学科产生的前提

2、,319国道武隆段 纳木纳尼山前的藏羚羊,黄龙之水土 敦煌 鸣沙山,二、岩土与地下工程的定义 1岩土工程的定义 岩土工程一词译自Geotechnique或Geotechnical Engineering，早期曾译为“土工学”，后译为“岩土工程”，这比“土工”的含义更为广泛和确切。 对于岩土工程可以概括为三个层次： 1）岩土工程是以土力学与基础工程、岩石力学与工程为基础，并和工程地质学密切结合的综合性学科。 2）岩土工程以岩石和土的利用、整治（处理）或改造作为研究对象。（从工学角度而非农学和地学角度） 3）岩土工程服务于各类主体工程的勘查、设计与施工的全过程，使这些主体工程的组成部分。,2地下工

3、程的定义 地下工程是由于人工开挖或生产活动而在地层中形成的地下空间，它主要包括地下采矿所形成的地下洞室、城市地下空间、水电地下洞室以及隧道等等。 地下工程是岩土与结构相互作用的一类问题，广义上仍然包含在岩土工程之中。但由于地下工程施做的特殊性和使用的独立性，因此往往也将其单列出来，使之与岩土工程并列，从而构成岩土与地下工程。,三、岩土工程的发展历史 岩土工程的发展历史实际就是土力学的发展历史。18世纪的工业革命，带动了经典土力学理论的建立；20世纪大规模的上天入地的交通、基础设施及生态环境工程建设有为岩土工程的发展提供了客观条件。 1. 土力学划时代的人物、理论和年代,1）1773-1776:

4、 法国科学家库伦强度理论（C.A.Coulomb建立并后来由O.Mohr发展）；土压力理论（1776年出版的著名论文极大极小原理应用于建筑中的静力学问题）。,C.A.Coulomb (1736-1806),2）1856：法国工程师（H.Darcy）渗透理论：达西定理。 3）1857：英国学者朗金或朗肯（W.J.M.Rankine） 4）1885：法国数学家布辛纳斯克（J.Boussinesq）地基的附加应力（点荷载和线荷载）。 5）1920：普朗德尔（Prandtl）地基极限承载力（塑性平衡原理）。 6）1922：瑞典工程师费兰纽斯（Fellenius）土坡稳定条分法。 7）1923-1925

5、：奥地利美国科学家 太沙基（Terzaghi，1883-1963） 有效应力原理； 第一本理论土力学（1925） 8）1963：英国学者罗斯科（Roscoe）土的本构关系或本构理论（依据伦敦粘土的-关系）。,2. 岩土工程的四次浪潮 第一次浪潮: 中古世纪，以生存、祭祀和疆土扩张为主要要目的的相关岩土工程活动。 第二次浪潮: 十六世纪开始一直到十九世纪的工业革命时期，以矿山工程和地下军事防护工程的大规模建设为特征，以及伴随城市化发展的城市大型公共建筑、道路、给排水等市政工程。1863年开始在英国伦敦建设城市地铁是这次浪潮的典型标志。 第三次浪潮：二十世纪初期至末期，以高层建筑、 地下商场、地铁

6、，大坝、高速铁路、公路、跨海隧道、大规模地质灾害防治等全方位岩土工程建设为特征。 第四次浪潮：二十世纪末年以来，岩土工程建设的兴起和发展。这次浪潮的特征是改善城市环境，保护自然生态环境，人与自然、社会的和谐共存发展。,四、岩土与地下工程学术组织及学术活动 1. 我国的主要学术组织 中国土木工程学会土力学及岩土工程学会 中国土木工程学会隧道与地下工程学会 中国地下空间学会 2国际相关学术组织 为适应形势的发展,国际上成立了不少与地下工程有关的组织。其中比较著名的是:；国际土力学与岩土工程学会（ISSMGE, International Society for Soil Mechanics and

7、 Geotechnical Engineering); 国际隧道协会( ITA , International Tunneling Association) ;国际城市地下空间联合研究中心(ACUUS ,Associated Research Centers for Urban Underground Space) ,隧道工程与快速开挖会议(RETC ,Rapid Excavation and Tunneling Conference),五、岩土与地下工程研究内容 1基础工程和地基处理,王府井地下连续墙施工,厦门环岛路地基处理,依阿华州立大学桩基础试验场,2. 堤坝稳定和岩石或岩土高边坡稳定,

8、三峡大坝施工全景,宝中线高边坡 长江三峡滑坡,3路基工程和防护工程,青藏线安多沼泽湿地冻土路基,青藏线北麓河L型支挡结构,二郎山公路坡面防护工程,高边坡处理,4废弃物处理,垃圾填埋场纵、立面示意,垃圾仓体设计细节,广州兴丰垃圾填埋场,5地下工程和大型洞群,地下厂房,慕尼黑地铁,六、岩土与地下工程目前的热点领域 1. 地铁修建,北京地铁新规划,华盛顿地铁,平壤地铁,2. 大坝、高坝的修建,隔河岩水电站（151m）,埃及地图,阿斯旺大坝,3 南水北调工程,青藏密林,4. 青藏铁路,西大滩段青藏铁路,青藏铁路最高点,5. 高速公路和高速客运专线的修建,秦沈客运专线,京津塘高速公路,七、岩土与地下工程

9、在未来发展中的趋势 人口爆炸、交通拥堵、资源短缺、环境恶化、土地衰退,当前人类赖以生存的地球表面已不堪重负。因此，岩土与地下工程作为土木工程的一个部分，依然具有巨大的发展空间和巨大的发展潜力。因为，多种因素决定了其发展的必然趋势。 因素一：人口爆炸、经济发展和城市化推进的需要 以中国占世界人口超过1/5强，人均耕地面积少于世界平均水平1/3弱的现实，加之正在作为“世界工厂”的经济发展态势和推进城市化的要求，土地、交通和环境无疑是制约着一发展极为重要的因素或瓶颈。如何实现人与社会、人与自然、资源利用与可持续发展的和谐模式，需要在地面交通改善的同时大力发展占地少、对自然环境影响小的轨道交通、地下交通并加大对地下空间的开发。,因素二：现代战争的特点与人防的需要,倒塌前的世贸大楼(2002.9.11),倒塌后的世贸大楼(2002.9.11),因素三：地下工程具有较强的抗灾能力,因素四：较为廉价的建筑节能措施,除了抗爆能力外，地下工程还具有比地面建筑更强的抗震能力。日本阪神地震（95年1月17日）的震害比较就明显的反映出这一特征。一个直观地解释是震害是地壳表层运动的结果，地下结构相对于地上结构而言，更容易与地壳同步运动，因