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1、工程地质与土力学 Soil Mechanics and Foundation Engineering,1. 地质学概念 地质学（Geology），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,2.工程地质学概念 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。,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。,地层岩性 地形地貌 地质构造 水文地质条件 岩土体工程地质性质 不良地质条件 人类工程活动,地质条件,3.工程地质学研究对象,4.工程地质问题,所谓
2、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。 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化，从而形成不利于工程建设的、新的地质作用，通常称为工程地质作用。 工民建： 路桥工程： 地下工程： 水利工程：,1工程地质测绘；如：地面测绘、航测、卫测等，是基础，是根本。 2工程地质勘探；包括物探、钻探、山地工作等。 3工程地质室内试验和野外试验；大型现场试验、室内土工试验等。 4工程地质长期观测；对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行动态的长期观测。 5勘察资料的室内整理及计算。,5.工程地质学技术方法与手段,46
3、-6,钻孔岩芯,压缩固结试验,6.工程地质学研究方法与手段,定性分析和定量分析相结合的研究方法,基本方法，地质学分析法、类比法、经验法等，是定量分析评价的基础,试验及建立模型、计算分析：地基稳定性分析、地面沉降计算、地基液化判断计算等,7.主要任务,查明建筑场地的工程地质条件； 解决和预测与建筑物有关的工程地质问题； 提出改善和防治不良地质条件的措施，为工程的设计、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。,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。,二、土力学的课程性质及作用,土
4、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。,砾石料 卵 石 砂 粘 土 （人工破碎）,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而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。,什么是土？,碎散性,三相体系,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性 渗透特性,土有哪些特点？,1、土具有广泛的工程应用 1）土木工程建筑材料 2）建筑物基础的地基 3）建筑环境,为什么要学习土力学？,与土有关的工程：,强度问题 变形问题 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
5、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。,2、 存在大量与土有关的工程问题,迪拜大厦,三、工程案例成功案例,马尔帕塞坝,三、工程案例惨痛教训,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月开始装谷物， 至10月17日共装入3万多谷物，但此时发生破坏： 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 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23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2万T。
6、,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t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。,加拿大特朗斯康谷仓,原因：未进行地质勘查，借用临近结构物基槽设计参数。基础下埋藏有厚达16m的高塑性淤泥质粘土层。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,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
7、雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。,香港宝城滑坡现场,阪神大地震中的地基液化,液化：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,神户码头： 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,1964年日本新泻地震地基的大面积液化,可归结为与岩土有关的 强度问题,加拿大特朗斯康谷仓地基失稳 香港宝城滑坡 阪神等大地震中地基液化,案例总结（一）,意 大 利 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5.5,原因： 地基持力层为粉砂，下面为厚度不均匀的粉
8、土和粘土层，强度低，不均匀沉降变形大。,比 萨 斜 塔,1590年: 伽利略在此塔做 自由落体实验,1838-1839：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 法进行地基处理 目 前 : 已向游人开放。,处理措施,比 萨 斜 塔,苏州虎丘塔,概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。 问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。 原因：坐落于不均匀粉质粘土层， 产生不均匀沉降。 处理：在四周建造地下连续墙并对塔周围
9、与塔基进行钻孔注浆和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淤泥质粘土，具有极高的压 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，而且出现 明显的不均匀沉降，造成破坏。,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,世界最大的人工岛,关西机场,可归结为与岩土有关的 变形问题,意大利比萨斜塔 苏州虎丘塔 日本关西机场,案例总结（二）,土坝， 高90m， 长1000m， 1975年建成 次年6月失事,Teton坝（美国）,上午10:30,11：00
10、,11:30,11:57,Teton坝失事现场现状,损失 直接8000万美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路被冲 原因 渗透破坏：冲蚀、水力劈裂、管涌,九江大堤决口,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，并很快形成宽约62m的溃口。,溃口原因：堤基管涌,焦点词汇：豆腐渣工程,沟后面板砂砾石坝,位于青海省，高71米，长265米，建于1989年。 1993年8月7日突然发生溃坝，瞬间冲毁1000多户房舍，288人丧生，上千人受伤。,溃坝原因： 面板止水失效，下游坝体排水不畅， 造成坝坡失稳,可归结为与岩土有关的 渗透问题,美国Teton坝失事 98洪水长江堤防险情 沟后面板砂砾石坝溃坝,案例总结（三）,土工结构物或地基,土,强度问题 变形问题 渗透问题,强度特性 变形特性 渗透特性,本书就是围绕强度计算、变形计算、渗透判断三大问题展开的，这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。,学习土力学的目的,绪论：为什么要学习土力学？,
