岩土工程概论(学生用和作业题).ppt

1、课后作业1,课后作业2,问题的提出,渗流：水在土体中流动的现象,土的渗透性：土被水透过的性质,1、渗流量问题 土坝渗漏、渠道渗漏 基坑渗水、水井出水,2、渗透变形 受渗透力作用,3、渗透控制,五、土的渗透性,土的渗透问题概述,土坝蓄水后水透过坝身流向下游,隧道开挖时，地下水向隧道内流动,渗透试验与达西定律,试样 A,渗流流速,水力坡降,达西定律,土渗透系数 (定义为单位水力梯度下的单位流量 )测定,试样 A,常水头法：砂土,反映了土渗透性的强弱,砂、砾的透水性强，可以起到排水作用；粘性土 的透水性弱，可以起到截水的作用。砾砂、粗砂、中 砂属强透水材料，粉、细砂属中透水性材料，粉土属 弱透水材料

2、，粉质粘土属于基本不透水材料，粘土属 于不透水材料。,土的渗透变形（或称为渗透破坏）,流土：在渗流逸出面的土粒被水流携带运动。 粘性土、均匀砂土。,管涌：在渗流作用下，土中的细粒被水流携带通过粗粒 孔隙通道运动。级配不良的土。,接触流土：指渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时,将渗透系数较小的土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层的现象称为接触流土,接触冲刷：是指渗流沿着两种不同土层的接触面流动时,沿层面带走细颗粒的现象称为接触冲刷.,渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形渗透变形问题（流土，管涌）,1.流土在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围

3、内土 粒群同时发生移动的现象,流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏,2.管涌在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象,土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。,渗流力,渗透力是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3,渗透力方向与重力

4、一致，促使土体压密、强度提高，有利于土体稳定,渗流方向近乎水平，使土粒产生向下游移动的趋势，对稳定不利,渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土体的有效重度，土粒将被水流冲出,流土的临界水力梯度,渗透力,渗透破坏的判别,流土可能性的判别,水利工程,稳定,临界,流土,管涌可能性的判别,非管涌土,可能管涌土,管涌土,管涌的临界水力梯度远小于流土的临界坡降,流土,例题分析,【例】某土坝地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游渗流出口处经计算水力坡降i为0.2，若取安全系数Fs为2.5，试问该土坝地基出口处土体是否会发生流土破坏,【解答】,临界水力坡降,由于实际水力坡降i i，故土坝地基出口处

5、土体不会发生流土破坏,允许水力坡降,六、土的压缩性,基本概念 土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。 土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。,初始瞬时沉降 Sd ，取决于剪切变形 主固结沉降 Sc ，取决于渗透固结过程，通常是地基变形的主要部分 次固结沉降 Ss ，取决于土骨架的蠕变变形,总变形：,1、地基沉降的三个组成部分,2、应力历史 在地质历史过程中，土层曾在不同应力作用下压缩过的情况称为应力历史。,3 先期固结压力,先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力,OCR=1：正常固结 OCR1：超固结 OCR1：欠固结,超固结比：,如土层当前承受的自重压力为,相同 时，一般OCR

6、越大，土越密实，压缩性越小,与正常固结土相比，超固结土的强度较高、压缩性较低，静止侧压力系数较大,p,e,p,p,e,e,正常固结状态,超固结状态,欠固结状态,4、压缩曲线,为了便于比较，通常采用压力段由p1=100kPa 增加到p2=200kPa 时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性如下：,5 土的压缩指数,6 土的压缩模量,它的定义是土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。,6 土的压缩模量,6 土的压缩模量,压缩模量(侧限压缩模量) 根据 曲线，可以求算另一个压缩性指标压缩模量。土的压缩模量可根据下式计算： 亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或压缩时

7、的弹性模量相区别。,7 土的回弹指数,1、固结度 定义：地基在荷载作用下，经历某一时间t产生的固结沉降量st与最终固结沉降量s的比值，记为Ut,8 固结系数CV,基于太沙基（美籍奥地利土力学家，现代土力学的创始人 ）一维固结理论解得：,反映土体固结快慢的指标,式中,Cv 反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度 Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； 单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级,固结系数:,当压缩应力分布与排水条件都相同时，达到同一固结度所需时间之比等于排水距离H的平方之比。,【例1】 有一薄饱和粘土层，厚1m，粘土层上下两面排水，测得该

8、土层平均固结系数为0.3cm2/h，粘土层的最终总压缩量为1.68cm，问经过多长时间该土层的压缩量达到1cm。 【解】,【例2】 有一粘性土层，厚10m，粘土层上下两面均可排水，现从粘土层中心取样后切取一厚2cm的试样，放入固结仪做试验（上、下均有透水面），在某一级固结压力作用下，测得其固结度达到80%时所需的时间为10min，问该粘土层在同样固结压力作用下达到同一固结度所需的时间为多少？若粘性土改为单面排水，所需时间又为多少？ 【解】已知H1为10m，H2为2cm，t2=10min，Ut=80% 得4.76年（a） 第二题为乘以4得19年（a）,七、土的抗剪强度,土的抗剪强度 土中某一点的

9、剪应力及其抗剪强度进行比较，可以判断该点是否达到强度破坏： 弹性平衡，安全 极限平衡，临界状态 塑性破坏,土的剪切试验,三轴剪切实验,常规三轴剪切试验方法:对于一个圆柱样施加各向均等的压力（通常称之为围压），控制排水条件，在轴向施加荷载，控制加荷速率，进行三轴压缩剪切，可以获得轴向应力增量与轴向应变的变化曲线。 1、根据施加围压下排水与否可区分为固结（CONSOLIDATION）与不固结(UNCONSOLIDATION)两种情况； 2、根据加荷速率及加荷过程中排水与否又区分为排水(DRAIN)剪切与不排水(UNDRAIN)剪切.,不固结不排水剪UU,固结不排水剪CU,固结排水剪CD,固结排水试

10、验（CD试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验） 1 关闭排水阀门，围压下不固结； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,ccd 、cd,ccu 、cu,cuu 、uu,（2）试验类型,破坏包线及强度指标,应力应变曲线,极限平衡条件,极限平衡条件（有效应力）,【例】 某土样 kPa，承受 kP

11、a ， kPa 的应力。试判断该土样所处的状态 【解】 kPa 因此，该土样已破坏。,例,七、土的抗剪强度,不固结不排水剪 固结不排水剪 固结排水剪,三轴剪切实验,与直接剪切试验相对应,快剪q,固结快剪c q,固结慢剪c s,八、莫尔库伦强度理论,直接剪切试验,库伦定律,1、岩石,按成因分类,岩浆岩,沉积岩,变质岩,按坚硬程度分类,按完整程度分类,九 地基岩土的工程分类,2、碎石土,土的名称 颗粒形状 粒组含量,漂石 块石,圆形及亚圆形为主 棱角形为主,粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%,卵石 碎石,圆形及亚圆形为主 棱角形为主,圆形及亚圆形为主 棱角形为主,圆砾 角砾,粒径大于20mm

12、的颗粒超过全质量50%,粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%,3、砂土,土的名称 粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 50%,砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂,粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%,4、粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,塑性指数Ip10的土,5、粘性土,10Ip17的土,Ip17的土,粘土,粉质粘土,6、人工填土,由于人类活动而推填土。 其物质成分杂乱，均匀性差。,按其组成和成因分类,素填

13、土,压实填土,杂填土,冲填土,除了以上六种土外还有特殊土。,例题分析,【例】A、B两种土样，试验结果见表，试确定该土的名称及软硬状态。,【解答】,A 土,因 IP 17，0.25IL0.75，所以该土为黏土，可塑状态：,B 土,因 10IP17 ，0IL0.25，所以该土为粉质黏土，硬塑状态。,2 岩土工程勘察,概述 岩土工程勘察分级 岩土工程的勘察阶段 岩土工程勘察的勘探工作(掘探钻探触探和物探) 勘察报告,2.1 概述 一、建筑场地：建筑物所处的有限面积的土地。 二、工程地质勘察的目的：使用各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资

14、料。 三、相对应的规范 岩土工程勘察规范GB 500212001（2009年修订） 建筑地基基础设计规范GB500072002 四、各项工程建设在设计和施工之前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察。,2.1 概述 岩土工程勘察应按工程建设各勘察阶段的要求，正确反映工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，精心勘察，精心分析，提出资料完整、评价正确的勘察报告。 岩土工程勘察（geotechnical investigation）定义：根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。,2.1 概述 岩土工程勘探（geotechnical explor

15、ation）岩土工程勘察的一种手段，包括钻探、井探、槽探、坑探、洞探以及物探、触探等。 原位测试（in-situ tests）在岩土体所处的位置，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对岩土体进行的测试。,2.1 概述 岩土工程勘察报告（geotechnical investigation report）在原始资料的基础上进行整理、统计、归纳、分析、评价，提出工程建议，形成系统的为工程建设服务的勘察技术文件。 现场检验（in-situ inspection）：在现场采用一定手段，对勘察成果或设计、施工措施的效果进行核查。 现场监测（in-situ monitoring）：在现场对岩土性状和地

16、下水的变化，岩土体和结构物的应力、位移进行系统监视和观测。,2.2 勘察分级 一、根据工程的规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响正常使用的后果，可分为三个工程重要性等级：1 一级工程：重要工程，后果很严重；2 二级工程：一般工程，后果严重；3 三级工程：次要工程，后果不严重,2.2 勘察分级 二、根据场地的复杂程度，分为三个场地等级： 三、根据地基的复杂程度，分为三个地基等级：,2.2 勘察分级 四、根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级，可按下列条件划分岩土工程勘察等级： 甲级在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中，有一项或多项为一级； 乙级除勘察等级为

17、甲级和丙级以外的勘察项目； 丙级工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。 注:建筑在岩质地基上的一级工程，当场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时，岩土工程勘察等级可定为乙级。,2.3 勘察阶段 选址勘察：初步查清几个可能作为建设场地的工程地质条件，场地稳定性评价，以便选址 。 初步勘察：查明建设场地的稳定性，提出地基基础方案。采用测绘与勘探相结合的办法。（为初步设计提供资料） 详细勘察：以勘探、原位和室内测试为主，按不同建筑物提出详细的岩土技术参数。（为施工图设计和施工方法提供依据） 施工勘察：主要解决施工中遇到的地质问题，也包括施工后的检验。,2.4 勘探工作 钻探、坑探

18、、物探、触探等,坑探：在建筑场地用人工开挖探井、探槽或平洞，直接观察槽壁土 层情况，或取原状土样从而获取土层物理力学性质资料。 钻探：钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分底层，沿孔深分 层取土，测定岩土的物理力学性质。 钻进方法有回转、冲击、振动与静压四种。 触探：,点击查看 坑探示意图,点击查看 钻机示意图,点击查看 图,点击查看 图,Back,坑探示意图,Back,Back,Back,Back,Back,图是总剖面的照片，e是电阻率反演结果，与剖面对应的b和c（放大图）是先前发现的墓穴，位置a（放大图）是先前没有注意到的另一个墓穴。采用温纳装置，电极距为1米。,电法物探,高密度电法在地区

19、铜镍矿勘察中的应用,图 三种地下异常的探地雷达图像,地震成像应用实例,目的：查明岩溶的分布范围和发育规模,防渗墙、砼质量检测,2.5 勘察报告 工程地质勘察报告的编制内容 工程地质勘察的最终成果是以报告的形式提出的， 在野外勘察工作和室内土样试验完成之后，将岩土工程勘察纲要、勘探孔平面布置图、钻孔记录表、原位测试记录表、土的物理力学性质试验成果，连同勘察任务委托书、建筑平面布置图及地形图等有关资料汇总， 并进行整理、检查、分析、评定，经确认无误后，编制正式的岩土工程勘察报告，提供建设单位、设计单位和施工单位应用，并作为长期存档保存的技术文件。,2.5 勘察报告 一个单项工程的勘察报告书一般包括

20、下列内容： 拟建工程名称、规模、用途；岩土工程勘察的目的、要求和任务；勘察方法、勘察工作布置与完成的工作量； 建筑场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震基本烈度； 场地的地层分布、结构、岩土的颜色、密度、湿度、稠度、均匀性、层厚；地下水的埋藏深度、水质侵蚀性及当地冻结深度； 建筑场地稳定性与适宜性的评价；各土层的物理力学性质及地基承载力等指标的确定； 结论和建议：根据拟建工程的特点，结合场地的岩土性质，提出地基与基础方案设计的建议。,2.5 勘察报告 随报告所附图表一般包括：,所附图表： 勘探点平面布置图 钻孔柱状图 地层综合柱状图 工程地质剖面图 土工试验成果表 其它测试成果图表,工程地质勘察报告的相关图表： 勘探点平面布置图、工程地质剖面图、综合地质柱状图、土工试验成果表，其他测试成果图表(如标准贯入试验、现场载荷试验、静动力触探试验)等,工程地质勘察报告,将建筑物位置、各类勘探、测试点编号、位置用不同图例在建筑场地地形图上表示出来并注明各勘探