工程地质与土力学绪论课件.ppt

1、工程地质与土力学绪论1. 地质学概念地质学概念 地质学（地质学（Geology），是研究地球的一门自然科学，），是研究地球的一门自然科学，是地学的重要组成部分。主要研究固体地球的组是地学的重要组成部分。主要研究固体地球的组成、构造、形成和演化规律等方面。成、构造、形成和演化规律等方面。一、工程地质学的作用和任务一、工程地质学的作用和任务2.工程地质学概念工程地质学概念工程地质学是工程地质学是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的学科。有关的地质问题的学科。即地质环境（工程地质条件）是一个综合即地质环境（工程地质条件）是一个综合性概念，是与工程建筑有关的地质因素的综合。性概念，

2、是与工程建筑有关的地质因素的综合。地层岩性地层岩性地形地貌地形地貌地质构造地质构造水文地质条件水文地质条件岩土体工程地质性质岩土体工程地质性质不良地质条件不良地质条件人类工程活动人类工程活动地质条件地质条件3.工程地质学研究对象工程地质学研究对象4.4.工程地质问题工程地质问题 所谓工程地质问题，即与工程活动有关的地质问题，包括以所谓工程地质问题，即与工程活动有关的地质问题，包括以下两个方面。下两个方面。 一是自然环境地质因素对工程活动的制约和影响而产生的问一是自然环境地质因素对工程活动的制约和影响而产生的问题。即题。即不良工程地质条件不良工程地质条件:； 二是由工程活动而引起环境地质条件的变

3、化，从而形成不利二是由工程活动而引起环境地质条件的变化，从而形成不利于工程建设的、新的地质作用，通常称为于工程建设的、新的地质作用，通常称为工程地质作用工程地质作用。 工民建：工民建： 路桥工程：路桥工程： 地下工程：地下工程： 水利工程：水利工程：1 1工程地质测绘；工程地质测绘；如：地面测绘、航测、卫测等，是基础，是根如：地面测绘、航测、卫测等，是基础，是根本。本。2 2工程地质勘探；工程地质勘探；包括物探、钻探、山地工作等。包括物探、钻探、山地工作等。3 3工程地质室内试验和野外试验；工程地质室内试验和野外试验；大型现场试验、室内土工试验大型现场试验、室内土工试验等。等。4 4工程地质长

4、期观测；工程地质长期观测；对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行动态的长期观测。动态的长期观测。5 5勘察资料的室内整理及计算。勘察资料的室内整理及计算。5.5.工程地质学技术方法与手段工程地质学技术方法与手段46-6钻孔岩芯钻孔岩芯压缩固结试验压缩固结试验6.6.工程地质学研究方法与手段工程地质学研究方法与手段定性分析定性分析和定量分析定量分析相结合的研究方法基本方法，地质基本方法，地质学分析法、类比学分析法、类比法、经验法等，法、经验法等，是定量分析评价是定量分析评价的基础的基础试验及建立模试验及建立模型、计算分析：型、计算分析：地基稳定性分地基稳定性分析

5、、地面沉降析、地面沉降计算、地基液计算、地基液化判断计算等化判断计算等7.7.主要任务主要任务 查明查明建筑场地的建筑场地的工程地质条件工程地质条件； 解决和预测解决和预测与建筑物有关的与建筑物有关的工程地质问题工程地质问题； 提出提出改善和防治不良地质条件的改善和防治不良地质条件的措施措施，为工，为工程的设计、施工和正常运用提供可靠的地质资料，程的设计、施工和正常运用提供可靠的地质资料，以保证建筑物修建经济合理和安全可靠。以保证建筑物修建经济合理和安全可靠。在工程设计之前，必须查明建筑工程地区在工程设计之前，必须查明建筑工程地区的工程地质条件和工程地质问题。若对地的工程地质条件和工程地质问题

6、。若对地质条件研究不够或处理不当，则会引起一质条件研究不够或处理不当，则会引起一系列的工程地质问题。系列的工程地质问题。二、土力学的课程性质及作用二、土力学的课程性质及作用F 土力学是研究土的土力学是研究土的物理性质、水理性质和力学性质，重点利用力学知，重点利用力学知识和土工试验技术来研究识和土工试验技术来研究土的强度、变形及规律性的一门学科。的一门学科。 砾石料砾石料 卵卵 石石 砂砂 粘粘 土土（人工破碎）（人工破碎）工程与土力学中的土工程与土力学中的土地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结而形成

7、的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。很弱的颗粒堆积物。碎散性碎散性三相体系三相体系自然变异性自然变异性力学特性复杂力学特性复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性1 1、土具有广泛的工程应用、土具有广泛的工程应用 1 1）土木工程建筑材料）土木工程建筑材料 2 2）建筑物基础的地基）建筑物基础的地基 3 3）建筑环境）建筑环境土土建筑建筑桥梁桥梁地铁隧道地铁隧道边坡边坡道路道路大坝大坝与土有关的工程：与土有关的工程：强度问题强度问题变形问题变形问题渗透问题渗透问题土是岩石风化的产物，其性质复杂多变，修筑工程建筑物时，都必须土是岩石风化的产物，其性质复杂多变

8、，修筑工程建筑物时，都必须全面分析研究土的物理力学性质和土的渗透、变形、强度特性，以保全面分析研究土的物理力学性质和土的渗透、变形、强度特性，以保证建筑物的正常施工、运营。反之，对土的工程性质认识的偏差可能证建筑物的正常施工、运营。反之，对土的工程性质认识的偏差可能会导致损失巨大的事故。会导致损失巨大的事故。2 2、 存在大量与土有关的存在大量与土有关的迪拜大厦迪拜大厦阿联酋迪拜正兴阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高建一幢全球最高的的“迪拜大厦迪拜大厦”，楼高至少楼高至少690690米米，预计于预计于20082008年底年底完工。迪拜大厦完工。迪拜大厦不仅是全球最高不仅是全球最高建筑物，也将是建筑物

9、，也将是最高的人工塔。最高的人工塔。三、工程案例三、工程案例成功案例成功案例马尔帕塞坝马尔帕塞坝三、工程案例三、工程案例惨痛教训惨痛教训加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月开始装谷物，月开始装谷物，至至1010月月1717日共装入日共装入3 3万多万多谷物，但此时发生破坏：谷物，但此时发生破坏： 1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm 24 24小时倾斜小时倾斜26265353 西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m 上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：概况：长长59.4m59.4m，宽

10、，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。钢混筏板个圆筒仓。钢混筏板基础，厚基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19131913年完工，自重年完工，自重2 2万万T T。处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。但其位置比原来降低了米。 加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：未进行地质勘查，原因：未进行地质勘查，借用临近结构物基

11、槽设计借用临近结构物基槽设计参数。参数。基础下埋藏有厚达基础下埋藏有厚达16m16m的高塑性淤泥质粘土层。的高塑性淤泥质粘土层。19521952年经勘察试验与计算，年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。仓破坏时发生的基底压力。因此谷仓地因此谷仓地基因超载发生基因超载发生强度破坏而滑动强度破坏而滑动。26 53 失事后失事后1913.10.181952.10.5 试验孔试验孔填土填土褐色粉质粘土褐色粉质粘土灰色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔试验孔香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972

12、年年7 7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米月某日清晨，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残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并宝城大厦，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。死亡砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗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，使得使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土土体滑动力超过土的强度的强度，于是山坡土体发生滑动。，于是山坡土体发生滑动。香港宝城滑坡现场香

13、港宝城滑坡现场阪神大地震中的地基液化阪神大地震中的地基液化液化：液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变 成流动状态的一种现象成流动状态的一种现象神户码头：神户码头：地震引起大面积砂地震引起大面积砂土地基液化后产生土地基液化后产生很大的侧向变形和很大的侧向变形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重物倒塌或遭到严重损伤损伤19641964年日本新泻地震地基的年日本新泻地震地基的大面积液化大面积液化可归结为与岩土有关的可归结为与岩土有关的强度问题强度问题F 加拿大特朗斯康谷仓地基失稳加拿大特朗斯康谷仓地基失稳F 香港宝城滑坡香港宝城滑坡F 阪神等大地震

14、中地基液化阪神等大地震中地基液化案例总结（一）案例总结（一）意意 大大 利利 比比 萨萨 斜斜 塔塔11731173年：动工年：动工13601360年：再复工，至年：再复工，至13701370年竣工，年竣工， 全塔共全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272年：复工，经年：复工，经6 6年，至年，至7 7层，层， 高高48m48m，再停工，再停工11781178年：至年：至4 4层中，高约层中，高约29m29m， 因倾斜停工因倾斜停工目前：塔向南倾斜，南北两端沉目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差降差1.80m，塔顶离中心线已达，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜，倾斜5.5原因：

15、原因：地基持力层为粉砂，下面为厚度地基持力层为粉砂，下面为厚度不均匀的粉土和粘土层，强度低，不均匀的粉土和粘土层，强度低，不均匀沉降变形大。不均匀沉降变形大。比比 萨萨 斜斜 塔塔15901590年年: : 伽利略在此塔做伽利略在此塔做 自由落体实验自由落体实验1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理：基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭封闭19921992年年7 7月：加固塔身，用压重月：加固塔身，用压重 法进行地基处理法进行地基处理 目目 前前 : : 已向游人开放

16、。已向游人开放。 处理措施处理措施比比 萨萨 斜斜 塔塔苏州虎丘塔苏州虎丘塔F概况：位于虎丘公园山顶，建于概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年宋太祖建隆二年( (公元公元961年年) )。塔高塔高47.5m，平面呈八角形。，平面呈八角形。F问题：塔身向东北方向严重倾斜，问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达塔顶离中心线达2.31m，底层塔，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑身发生不少裂缝，成为危险建筑物。物。F原因：坐落于不均匀粉质粘土层，原因：坐落于不均匀粉质粘土层， 产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。F处理：在四周建造地下连续墙并处理：在四周建造地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔

17、注浆和对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。打设树根桩加固塔身。 墨西哥城地基土的不均匀沉降更为明显，地基土为厚层状湖相墨西哥城地基土的不均匀沉降更为明显，地基土为厚层状湖相淤泥质粘土淤泥质粘土，具有极高的压，具有极高的压缩性。缩性。由于过度抽取地下水，使高压缩性地基土变形，导致整个老城下沉数米由于过度抽取地下水，使高压缩性地基土变形，导致整个老城下沉数米，而且出现，而且出现明显的不均匀沉降，造成破坏。明显的不均匀沉降，造成破坏。19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m4370m1250

18、m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m世界最大的人工岛世界最大的人工岛日本日本 关西机场关西机场关西机场关西机场问题：沉降大且不均匀问题：沉降大且不均匀 设计沉降：设计沉降：5.7-7.5 m 完成时完成时(1990年年)实际沉降：实际沉降：8.1 m，5cm/月月 预测主固结需：预测主固结需：20年年 比设计多超填：比设计多超填：3m可归结为与岩土有关的可归结为与岩土有关的变形问题变形问题F 意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔F 苏州虎丘塔苏州虎丘塔F 日本关西机场日本关西机场案例总结（二）案例总结（二）土坝，土坝，高高90m90m，长长

19、1000m1000m，19751975年建成年建成次年次年6 6月失事月失事TetonTeton坝（美国）坝（美国）上午上午10:3010:30 11 11：000011:3011:3011:5711:57TetonTeton坝失事现场现状坝失事现场现状损失损失直接直接80008000万美元，万美元，死死1414人，受灾人，受灾2.52.5万人，万人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里铁路被冲公里铁路被冲原因原因渗透破坏：冲蚀、渗透破坏：冲蚀、水力劈裂、管涌水力劈裂、管涌九江大堤决口九江大堤决口1998年年8月月7日日13:10发生管涌发生管涌险情，险情，20分钟后，在堤外迎分钟后，在堤

20、外迎水面找到水面找到2处进水口。处进水口。又过又过20分钟，防水墙后的土分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出堤突然塌陷出1个洞，个洞，5 m宽宽的堤顶随即全部塌陷，并很的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约快形成宽约62m的溃口。的溃口。溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌焦点词汇：焦点词汇：豆腐渣工程豆腐渣工程沟后面板砂砾石坝沟后面板砂砾石坝位于青海省，高位于青海省，高7171米，长米，长265265米，建米，建于于19891989年。年。19931993年年8 8月月7 7日突然日突然发生溃坝，瞬间冲发生溃坝，瞬间冲毁毁10001000多户房舍，多户房舍，288288人丧生，上千人丧生，上千人受伤。人受伤。溃坝原因：溃坝原因：面板止水失效，下游坝体排水不畅，面板止水失效，下游坝体排水不畅，造成坝坡失稳造成坝坡失稳可归结为与岩土有关的可归结为与岩土有关的渗透问题渗透问题F 美国美国TetonTeton坝失事坝失事F 9898洪水长江堤防险情洪水长江堤防险情F 沟后面板砂砾石坝溃坝沟后面板砂砾石坝溃坝案例总结（三）案例总结（三）