土木工程概论认识实习报告

土木工程概论认识实习报告土木工程概论认识实习报告 土木工程学院 姓名：Mr.su 学号：12345678 班级：土木 XX 班 中国国务院学位委员会在学科简介中定义为：土木工程是建造各类工程设施的科学技 术的总称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应 用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。土木工程的范围非常广 泛，它包括房屋建筑工程、公路与城市道路工程，铁道工程，桥梁工程，遂道工程，机场 工程，地下工程， 给水排水工程，港口、码头工程等。国际上，运河、水库、大坝、水渠 等水利工程也包括于土木工程之中。 道路与铁道工程道路与铁道工程 道路工程道路工程 道路工程乃从事道路的规划、勘测、设计、施工、养护等的应用科学和技术。也指所 建筑的道路。土木工程的一个分支。道路通常是为陆地交通运输服务，通行各种机动车、 人畜力车、驮骑牲畜和行人的各种路的统称。按使用性质分为城市道路、公路、厂矿道路、 农村道路、林区道路等。 道路伴同人类活动而产生，又促进社会的进步和发展，是历史文明的象征、科学进步 的标志。原始的道路是由人践踏而形成的小径。以后要求有更好的道路，取土填坑，架木 过溪，以利通行。当人类由原始农业到驯养牲畜后，逐渐利用牛、马、骆驼等乘骑或驮运， 因而出现驮运道。车轮的发明使陆地运输从此进入马车交通时代。巴比伦、埃及、中国、 印度、希腊、罗马等文明古国，为了军事和商旅的需要，道路工程都有辉煌的成就。古波 斯大道、欧洲琥珀大道、中国秦代栈道和驰道， 已有数千年历史。横贯亚洲的丝绸之路， 对东西方文化交流起到巨大影响，中国古代发明也从此传播世界。中国历来重视道路的规 划、修建和养护。古代道路工程有卓越创造，秦筑驰道，汉唐通西域，各国商旅兴盛。18 世纪中叶，现代道路工程开始在欧洲兴起。1747 年第一所桥路学校在巴黎建立。法国 P.- M.-J.特雷萨盖、英国 T.特尔福德和 J.L.马克当等工程师提出新的路面结构理论和实践，奠 定了现代道路工程的基础。18831885 年德国 G.W.戴姆勒、C.F.本茨发明了汽车，开创 了以汽车交通为主的现代道路工程的新时代。19311942 年德国建成高速公路网，为汽 车交通提供了安全、迅速、经济、舒适的行车条件。 道路工程包括以下内容 ：道路网规划、路线勘测设计、路基工程、路面工程、道路排 水工程、桥涵工程、隧道工程、附属设施和养护工程等。道路网规划是根据交通量大小， 按道路功能分类，分别主次，合理规划，组成系统，保证交通运输。道路网分城市道路网 和公路网。路线勘测设计是根据国家制定的分级管理和技术标准选定技术经济最优化的路 线，对道路的平面、纵断面、横断面进行综合设计，力争平面短捷舒顺，纵坡平缓均匀， 横断面稳定经济，以求保证设计车速。道路工程中每一分项工程的大小、繁简，取决于当 地的地形、地质、水文等条件以及道路服务范围和在国家道路网中所处的地位和作用；应 精心设计路基、路面、桥涵、隧道、排水等工程，依据技术规范，在保证质量的前提下， 降低施工、养护、运营和交通管理等费用。 铁道工程铁道工程 世界铁路的发展已有 100 多年的历史，第一条完全用于客货运输而且有特定时间行驶 列车的铁路，是 1830 年通车的英国利物浦与曼彻斯特铁路，这条铁路全长为 35 英里。此 后，铁路主要是依靠牵引动力的发展而发展。牵引机车从最初的蒸汽机车发展成内燃机车、 电力机车。运行速度也随着牵引动力的发展而加快。20 世纪 60 年代开始出现了高速铁路， 速度从 120km/h 提高到 450km/h 左右，以后又打破了传统的轮轨相互接触的粘着铁路，发 展了轮轨相互脱离的磁悬浮铁路。而后者的试验运行速度，已经达到 500km/h 以上。一些 发达国家和发展中国家的大城市已经把建设磁悬浮铁路列入计划。 我国的铁路事业，从 1876 年英国商人在上海修建淞沪铁路开始，已发展到延伸祖国东 南西北的全国铁路网。从上海浦东国际机场至龙阳路地铁站的磁悬浮铁路也将兴建，这标 志着我国铁路建设已逐步迈上国际先进水平。城市轻轨与地下铁道已是各国发展城市公共 交通的重要手段之一。自北京出现了我国第一条地下铁路以后，上海、天津、广州、南京 等地已将发展地铁作为解决城市公共交通的重要措施之一。上海于 2000 年 12 月还顺利建 成了我国第一条轻轨铁路明珠线，它将我国的城市交通发展推向一个新的阶段。 铁路工程涉及到选线设计和路基工程两大部分。下面就以上两部分内容作一简单介绍。 铁路选线设计是整个铁路工程设计中一项关系全局的总体性工作。选线设计的主要工作内 容有: 1根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过地区的自然条件、资源分布、工 农业发展等情况，规划线路的基本走向(即方向)，选定铁路的主要技术标准。在城市里， 则根据地区的商业或工业发展等情况，来规划线路的走向。 2根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计 线路的空间位置。 3研究布置线路上的各种建筑物，如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，并确 定其类型和大小，使其总体上互相配合，全局上经济合理。 线路空间位置的设计是线路平面与纵断面设计。目的在于保证行车安全和平顺前提下， 适当地考虑工程投资和运营费用关系的平衡。行车安全和平顺是指：行车工程中不脱钩、 不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客舒适等。一般这些要求编入在设计规范之中，设 计时，必须遵守。 铁路线路平面是指铁路中心线在水平面上的投影，它由直线段和曲线段组成。线路平 面设计的基本要求为：(1) 为了节省工程费用与运营成本，一般力求缩短线路长度；(2) 为了保证行车安全与平顺，应尽量采用较长直线段和较大的圆曲线半径。线路平面的最小 半径受到铁路等级、行车速度和地形等条件的限制；(3) 为列车平顺地从直线段驶入曲线 段，一般在圆曲线的起点和终点处设置缓和曲线。缓和曲线的目的是使车辆的离心力缓慢 增加，利于行车平稳，同时使得外轨超高，以增加向心力，使其与离心力的增加相配合。 铁路纵断面是指铁路中心线在立面上的投影，是由坡段及连接相邻坡段的竖曲线组成。 而坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。 铁路定线就是在地形图上或地面上选定线路的走向，并确定线路的空间位置。通过定线， 决定各有关设备与建筑物的分布和类型。这些设备与 铁路工程的耗费直接有关，是一 项综合工程。它一般要考虑以下因素： (1) 设计线路的意义和与行政区其它建设的配合关系； (2) 设计线路的经济效益和运量要求； 3 (3) 设计线路所处的自然条件； (4) 设计线路主要技术标准和施工条件等。 铁路定线的基本方法有套线、眼镜线和螺旋线等。铁路的定线受到自然条件的限制， 如：河谷地区、越岭地区、不良地质地区等。下图显示了几种铁路定线例子。 铁路路基是承受并传 递轨道重力及列车动态作 用的结构，是轨道的基础， 是保证列车运行的重要建 筑物。路基是一种土石结 构，处于各种地形地貌、 地质、水文和气候环境中， 有时还遭受各种灾害，如 洪水、泥石流、崩塌、地 震等。路基设计一般需要 考虑如下问题： 路基示意图 1 横断面 指垂直 于线路中心线的路基。形 式有：路堤、半路堤、路 堑、半路堑、不填不挖等， 见右图所示。路基由路基 体和附属设施两部分组成。 路基面、路肩和路基边坡 构成路基体。路基附属设 施是为了保证路肩强度和 稳定，所设置的排水设施、 防护设施与加固设施等， 排水设施有排水沟等，防 护设施如种草种树等，加 固设施有挡土墙、扶壁支 挡结构等。 2路肩稳定性是指路 基受到列车地态作用及各 种自然力影响所出现的道 渣陷槽、翻浆冒泥和路基 剪切滑动与挤起等。需要 从以下的影响因素上去考 虑：路基的平面位置和形 状；轨道类型及其上的动 态作用；路基体所处的工 程地质条件；各种自然营 力的作用等。设计中必须 对路基的稳定性进行验算。 路堑示意图 桥梁工程桥梁工程 桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的 科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。 桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主，载 重不大，桥面纵坡可以较陡，甚至可以铺设台阶。在有重载马车之后，载重量逐步加大， 桥面纵坡也必须使之平缓。这时的桥梁材料仍以木、石为主，铸铁和锻铁很少使用。 自从有了铁路以后，桥梁所承受的载重逐倍增加，线路的坡度和曲线标准要求又高， 且需要建成铁路网以增大经济效益，因此，为要跨越更大更深的江河、峡谷，迫使桥梁向 大跨度发展。石材、木材、铸铁、锻铁等桥梁材料，显然不合要求，而钢材的大量生产正 好满足这一要求。 在技术方面，只是凭经验修桥，曾使 19 世纪 8090 年代的许多铁路桥发生重大事故； 从这时起，正在发展中的结构力学理论得到了重视，而在它的静力分析理论完全确立并广 泛普及之后，桥梁因强度不足而造成的事故显然大为减少。 二十世纪以来，公路交通有很大发展。在内陆，需要在更多的河流、峡谷之上建桥。 在城市中，以及在各种交通线路相交处，需要建造立交桥。在沿海，既需在大船通航的河 口、海湾、海峡修建特大跨度桥梁，又需在某些海岛与大陆之间修建长桥。 桥梁需要大量修建，而人力、物力、财力有限；于是，不断提高技术水平，引用新材 料、新工艺、新桥式，对结构行为进行更精确的数值分析，采用更精确的结构试验进行验 证，以使桥梁建设的经济效益不断提高，已成为时代的要求。 桥梁工程学主要研究桥渡设计，包括选择桥址，决定桥梁孔径，考虑通航和线路要求 以确定桥面高程，考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度，设计导流建筑物等；桥 式方案设计；桥梁结构设计；桥梁施工；桥梁检定；桥梁试验；桥梁养护等方面。 在建桥材料方面，以高强、轻质、低成本为选择的主要依据，近期仍以发展传统的钢 材和混凝土为主，提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等，以 及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等)，将继续作充分的研究，使能正确控制 结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用，还必须在降低成本以后才有 可能。 在桥梁勘察设计方面，随着交通事业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。 高速公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案设计中，将有可能利用结构 优化设计理论，借助电子计算机选出最佳方案。 在结构设计计算中，采用空间理论来分析桥梁整体受力已成为可能；以概率统计理论 为基础的极限状态设计理论，将进一步反映在桥涵设计规范中，使桥梁设计的安全度得到 科学合理的保证。桥梁美学作为时代、民族的文化在某些方面的反映，将愈来愈受到人们 的重视：桥梁的面貌将蔚为大观。 在桥梁施工方面，对施工组织将充分利用电子计算机进行经济有效的管理。在施工技 术中，将不断引用新技术和高效率、高功能的机具设备，借以提高质量、缩短工期、降低 造价。如采用激光测量控制结构的精确定位；引用自升式水上平台克服深水基础的困难； 利用遥控设备在沉井、沉箱中挖基，以减少劳动强度并避免人身危险；利用高质量的焊接 技术，借能推广工地焊接等，此外，装配式桥梁也将有所发展，以使结构和构件标准化， 生产工业化。 在桥梁养护维修方面，要求对既有桥梁建立完善的技术档案管理制度。在桥梁维修检 查中，引用新型精密的测量仪表，如用声测法对结构材料的缺陷以及弹性模量进行测定； 5 用手携式金相摄影仪检查钢材的晶体结构俾能及早进行加固防患于末然，以便延长桥梁的 使用寿命。 桥梁工程始终是在生产发展与各类科学技术进步的综合影响下，遵循适用、安全、经 济与美观的原则，不断的向前发展。 地下工程地下工程 在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程，可称为地下工程。 它包括交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的各种地下通 道等；军事方面和野战工事、地下指挥所、通讯枢纽、掩蔽所、军火库等；工业与民用方 面的各种地下车间、电站、各种储存库房、商店、人防与市政地下工程，以及文化、体育、 娱乐与生活等方面的联合建筑体等等。 在前面隧道工程中亦有把地下空间的利用纳入隧道概念的提法，本节所介绍的地下工 程，是指除了作为地下通路的隧道和矿井等地下构筑物外的地下工程。 地下电站 地下水力、核能、火力发电站和压缩空气站，均属于动力类地下厂房。无论在平时或 战时，都是国民经济的核心部门。 地下电站地下电站 一、地下水电站一、地下水电站 地下水电站可以划分为两 种主要类型，即利用江河水源 的地下水力发电站和循环使用 地下水的抽水蓄能水电站。地 下水电站可以充分利用地形、 地势、尤其在山谷狭窄地带， 在地下建站、布置发电机组， 十分经济有效。电站建于地下， 可获得更大水力压头，并且在 枯水季节，水位较低时也能发 电。一般水电站的压力隧道， 选建于坚硬、完整的岩石中， 可简化衬砌结构。地下水电站， 在我国的东北和西南地区建设 较多。 地下水电站包括地上和地下一 系列建筑物和构筑物，可概括 为水坝和电站两大部分。水坝 属于大型水工建筑，电站主要 包括主厂房、副厂房、变配电 间和开关站等。左图为一个典 型的地下水电站布置。 二、地下抽水蓄能水电站二、地下抽水蓄能水电站 地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站通常设于千米左右的地 下深处，具有地上、地下两个水库。供电时，水由地上水库、经水轮发电机发电后流入地 下水库；供电低峰时，用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使 用。 深部电站和地下蓄水水库的建设，施工比较困难，而且造价高。但是由于蓄能电站在电力 负荷高峰时供电，低峰时抽水，对解决电网负荷不均问题十分有利。同时其耗水量少，且 又不受水库容量变化的影响、生产平稳、成本低、不占土地、不污染环境，因此在水力资 源丰富、工业发达的国家得到应用和发展。 三、原子能发电站三、原子能发电站 地下原子能发电站有半地下式和完全地下式两类，如图所示。 半地下式原子能发电站，关键设备进入地下。地下原子能发电站的优点表现在：不需 要宽阔的平坦地，在海岸和山区均可修建，选址容易；岩体对地下放射物质有良好的遮蔽 效果；耐震、并具有良好的防护性。 通常，地下原子能发电站，除了需开凿发电大厅以装备发电机和原子炉之外，尚须开 发一系列隧道，以作人员通行、物质运输等用。 7 地下仓库地下仓库 由于地下环境对于许多物质的贮存有突出的优越性，地下环境的热稳定性、密闭性和 地下建筑良好的防护性能，为在地下建造各种贮库提供了十分有利的条件。由于人口的增 长、集中和都市化，世界各国都面临能源、粮食、水的供应和放射性以及其它废弃物的处 理问题。目前各种类型的地下贮藏设施，在地下工程的建造总量中已占据很大的比重。在 地下空间开发利用的贮能、节能方面，北欧、斯堪的纳维亚地区、美国、英国、法国和日 本成效显著。一些能源短缺国家的专家提出了建造地下燃料贮库为主的战略储备主张。日 本清水公司连续建造了 6 座用连续墙施工的液化天然气库，其中有一直径 64m、高 40.5m，贮存量可供东京使用半个月的贮库。美国有 2,000 多口井处理酸碱废料，而且还将 钠加工废料捣成浆状，注入深部底层以防污染。随着我国的经济发展也要求建造大量的地 下液体燃料贮藏库。 城市地下空间的开发利用，已经成为现代城市规划和建设的重要内容之一。一些大城 市从建造地下街、地下商场、地下车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业街、地下停车 场和地下铁道，管线设施等结为一体，形成与城市建设有机结合的多功能的地下综合体。 因此，地下综合体可以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地面地下连通的，结合交通、 商业贮存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。地下综合体具有多重功能、空间重 叠、设施综合的特点，与城市的发展应统筹规划、联合开发和同步建设。 城市地下综合体城市地下综合体 一、地下街一、地下街 地下街是城市的一种地下通道，不论是连系各个建筑物的，或是独立修建的均可称之。 其存在形式可以是独立实体或附属于某些建筑物。 地下街在国土小、人口多的日本最为发达。东京八重州地下街，是日本最大的地下街 之一。其长度约 6km，面积 6.8 万 m2，设有商店 141 个与 51 座大楼连通，每天活动人数 超过 300 万人。 地下街在我国的城市建设中起着多方面的积极作用，其具体表现为： 1有效利用地下空间，改善城市交通。近年来我国地下街均建于大城市的十字交叉口 的人流车流繁忙地段，修建地下街实现了人车分流，改善了交通。 2地下街与商业开发相结合，活跃市场，繁荣了城市经济。 3改善城市环境，丰富了人民物质与文化生活。 二、地下商场二、地下商场 商业是现代城市的重要功能之一。我国的地下空间的开发和利用，在经历了一段以民 防地下工程建设为主体的历程后，目前正逐步走向与城市的改造、更新相结合的道路。一 大批中国式的大中型地下综合体、地下商场在一些城市建成，并发挥了重要的社会作用， 取得良好的经济效益。 三、地下停车场三、地下停车场 近年来我国若干大城市的停车问题已日益尖锐，大量道路路面被用于停车，加重了动 态交通的混乱，对有组织的公共停车的需求已十分迫切。近几年在长沙、上海、沈阳等城 市建造了几座地面多层停车场，但由于规划不当和体制、管理等方面的原因，效果都不理 想，综合效益较差。因此，鉴于我国城市用地十分紧张的情况，跨越过地面上大量建设多 层停车场的发展阶段（国外在 60 年代曾经历过这一阶段） ，结合城市再开发和地下空间综 合利用的规划设计，直接进入以发展地下公共停车设施为主的阶段，是合理和可行的。目 前上海、北京、沈阳等大城市结合地下综合体的建设，正在建造和准备建造地下公共停车 场，容量从几十辆到几百辆不等，这种发展方向目前已渐为人们所接受。 岩土工程岩土工程 地上、地下和水中的各类工程统称土木工程。土木工程中涉及岩石、土、地下水的部 分称岩土工程 岩土工程专业是土木工程的分支，是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工 程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。按照工程建设阶段划分，工作内容可以分为： 岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。 区域性土分布和特性的研究区域性土分布和特性的研究 经典土力学是建立在无结构强度理想的粘性土和无粘性土基础上的。但由于形成条件、 形成年代、组成成分、应力历史不同，土的工程性质具有明显的区域性。周镜在黄文熙讲 9 座1中详细分析了我国长江中下游两岸广泛分布的、矿物成分以云母和其它深色重矿 物的风化碎片为主的片状砂的工程特性，比较了与福建石英质砂在变形特性、动静强度特 性、抗液化性能方面的差异，指出片状砂有某些特殊工程性质。然而人们以往对砂的工程 性质的了解，主要根据对石英质砂的大量室内外试验结果。周镜院士指出：“众所周知，目 前我国评价饱和砂液化势的原位测试方法，即标准贯入法和静力触探法，主要是依据石英 质砂地层中的经验，特别是唐山地震中的经验。有的规程中用饱和砂的相对密度来评价它 的液化势。显然这些准则都不宜简单地用于长江中下游的片状砂地层”。我国长江中下游两 岸广泛分布的片状砂地层具有某些特殊工程性质，与标准石英砂的差异说明土具有明显的 区域性，这一现象具有一定的普遍性。国内外岩土工程师们发现许多地区的饱和粘土的工 程性质都有其不同的特性，如伦敦粘土、波士顿蓝粘土、曼谷粘土、Oslo 粘土、Lela 粘土、 上海粘土、湛江粘土等。这些粘土虽有共性，但其个性对工程建设影响更为重要。 我国地域辽阔、岩土类别多、分布广。以土为例，软粘土、黄土、膨胀土、盐渍土、红粘 土、有机质土等都有较大范围的分布。如我国软粘土广泛分布在天津、连云港、上海、杭 州、宁波、温州、福州、湛江、广州、深圳、南京、武汉、昆明等地。人们已经发现上海 粘土、湛江粘土和昆明粘土的工程性质存在较大差异。以往人们对岩土材料的共性、或者 对某类土的共性比较重视，而对其个性深入系统的研究较少。对各类各地区域性土的工程 性质，开展深入系统研究是岩土工程发展的方向。探明各地区域性土的分布也有许多工作 要做。岩土工程师们应该明确只有掌握了所在地区土的工程特性才能更好地为经济建设服 务。 本构模型研究本构模型研究 在经典土力学中沉降计算将土体视为弹性体，采用布西奈斯克公式求解附加应力，而 稳定分析则将土体视为刚塑性体，采用极限平衡法分析。采用比较符合实际土体的应力-应 变-强度(有时还包括时间)关系的本构模型可以将变形计算和稳定分析结合起来。自 Roscoe 与他的学生(19581963)创建剑桥模型至今，各国学者已发展了数百个本构模型， 但得到工程界普遍认可的极少，严格地说尚没有。岩体的应力-应变关系则更为复杂。看来， 企图建立能反映各类岩土的、适用于各类岩土工程的理想本构模型是困难的，或者说是不 可能的。因为实际工程土的应力-应变关系是很复杂的，具有非线性、弹性、塑性、粘性、 剪胀性、各向异性等等，同时，应力路径、强度发挥度、以及岩土的状态、组成、结构、 温度等均对其有影响。 开展岩土的本构模型研究可以从两个方向努力：一是努力建立用于解决实际工程问题 的实用模型；一是为了建立能进一步反映某些岩土体应力应变特性的理论模型。理论模型 包括各类弹性模型、弹塑性模型、粘弹性模型、粘弹塑性模型、内时模型和损伤模型，以 及结构性模型等。它们应能较好反映岩土的某种或几种变形特性，是建立工程实用模型的 基础。工程实用模型应是为某地区岩土、某类岩土工程问题建立的本构模型，它应能反映 这种情况下岩土体的主要性状。用它进行工程计算分析，可以获得工程建设所需精度的满 意的分析结果。例如建立适用于基坑工程分析的上海粘土实用本构模型、适用于沉降分析 的上海粘土实用本构模型，等等。 不同介质间相互作用及共同分析不同介质间相互作用及共同分析 李广信(1998)认为岩土工程不同介质间相互作用及共同作用分析研究可以分为三个层 次：岩土材料微观层次的相互作用；土与复合土或土与加筋材料之间的相互作用； 地基与建(构)筑物之间相互作用2 。 土体由固、液、气三相组成。其中固相是以颗粒形式的散体状态存在。固、液、气三 相间相互作用对土的工程性质有很大的影响。土体应力应变关系的复杂性从根本上讲都与 土颗粒相互作用有关。从颗粒间的微观作用入手研究土的本构关系是非常有意义的。通过 土中固、液、气相相互作用研究还将促进非饱和土力学理论的发展，有助于进一步了解各 类非饱和土的工程性质。 与土体相比，岩体的结构有其特殊性。岩体是由不同规模、不同形态、不同成因、不 同方向和不同序次的结构面围限而成的结构体共同组成的综合体，岩体在工程性质上具有 不连续性。岩体工程性质还具有各向异性和非均一性。结合岩体断裂力学和其它新理论、 新方法的研究进展，开展影响工程岩体稳定性的结构面几何学效应和力学效应研究也是非 常有意义的。 当天然地基不能满足建(构)筑物对地基要求时，需要对天然地基进行处理形成人工地 基。桩基础、复合地基和均质人工地基是常遇到的三种人工地基形式。研究桩体与土体、 复合地基中增强体与土体之间的相互作用，对了解桩基础和复合地基的承载力和变形特性 是非常有意义的。 地基与建(构)筑物相互作用与共同分析已引起人们重视并取得一些成果，但将共同作用分 析普遍应用于工程设计，其差距还很大。大部分的工程设计中，地基与建筑物还是分开设 计计算的。进一步开展地基与建(构)筑物共同作用分析有助于对真实工程性状的深入认识， 提高工程设计水平。现代计算技术和计算机的发展为地基与建(构)筑物共同作用分析提供 了良好的条件。目前迫切需要解决各类工程材料以及相互作用界面的实用本构模型，特别 是界面间相互作用的合理模拟。 岩土工程测试技术岩土工程测试技术 岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要，而且在岩土工程理论的形成 和发展过程中也起着决定性的作用。理论分析、室内外测试和工程实践是岩土工程分析三 个重要的方面。岩土工程中的许多理论是建立在试验基础上的，如 Terzaghi 的有效应力原 理是建立在压缩试验中孔隙水压力的测试基础上的，Darcy 定律是建立在渗透试验基础上 的，剑桥模型是建立在正常固结粘土和微超固结粘土压缩试验和等向三轴压缩试验基础上 的。测试技术也是保证岩土工程设计的合理性和保证施工质量的重要手段。 岩土工程测试技术一般分为室内试验技术、原位试验技术和现场监测技术等几个方面。 在原位测试方面，地基中的位移场、应力场测试，地下结构表面的土压力测试，地基土的 强度特性及变形特性测试等方面将会成为研究的重点，随着总体测试技术的进步，这些传 统的难点将会取得突破性进展。虚拟测试技术将会在岩土工程测试技术中得到较广泛的应 用。及时有效地利用其他学科科学技术的成果，将对推动岩土工程领域的测试技术发展起 到越来越重要的作用，如电子计算机技术、电子测量技术、光学测试技术、航测技术、电、 磁场测试技术、声波测试技术、遥感测试技术等方面的新的进展都有可能在岩土工程测试 方面找到应用的结合点。测试结果的可靠性、可重复性方面将会得到很大的提高。由于整 体科技水平的提高，测试模式的改进及测试仪器精度的改善，最终将导致岩土工程方面测 试结果在可信度方面的大大改进。 岩土工程可靠度分析岩土工程可靠度分析 在建筑结构设计中我国已采用以概率理论为基础并通过分项系数表达的极限状态设计 方法。地基基础设计与上部结构设计在这一点尚未统一。应用概率理论为基础的极限状态 设计方法是方向。由于岩土工程的特殊性，岩土工程应用概率极限状态设计在技术上还有 许多有待解决的问题。目前要根据岩土工程特点积极开展岩土工程问题可靠度分析理论研 究，使上部结构和地基基础设计方法尽早统一起来。 11 环境岩土工程研究环境岩土工程研究 环境岩土工程是岩土工程与环境科学密切结合的一门新学科。它主要应用岩土工程的 观点、技术和方法为治理和保护环境服务。人类生产活动和工程活动造成许多环境公害， 如采矿造成采空区坍塌，过量抽取地下水引起区域性地面沉降，工业垃圾、城市生活垃圾 及其它废弃物，特别有毒有害废弃物污染环境，施工扰动对周围环境的影响等等。另外， 地震、洪水、风沙、泥石流、滑坡、地裂缝、隐伏岩溶引起地面塌陷等灾害对环境造成破 坏。上述环境问题的治理和预防给岩土工程师们提出了许多新的研究课题。随着城市化、 工业化发展进程加快，环境岩土工程研究将更加重要。应从保持良好的生态环境和保持可 持续发展的高度来认识和重视环境岩土工程研究。 按沉降控制设计理论按沉降控制设计理论 建(构)筑物地基一般要同时满足承载力的要求和小于某一变形沉降量(包括小于某一沉 降差)的要求。有时承载力满足要求后，其变形和沉降是否满足要求基本上可以不验算。这 里有二种情况：一种是承载力满足后，沉降肯定很小，可以不进行验算，例如端承桩桩基 础；另一种是对变形没有严格要求，例如一般路堤地基和砂石料等松散原料堆场地基等。 也有沉降量满足要求后，承载力肯定满足要求而可以不进行验算。在这种情况下可只按沉 降量控制设计。 在深厚软粘土地基上建造建筑物，沉降量和差异沉降量控制是问题的关键。软土地基 地区建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差过大造成的，特别是不均匀沉降对建筑 物的危害最大。深厚软粘土地基建筑物的沉降量与工程投资密切相关。减小沉降量需要增 加投资，因此，合理控制沉降量非常重要。按沉降控制设计既可保证建筑物安全又可节省 工程投资。 按沉降控制设计不是可以不管地基承载力是否满足要求，在任何情况下都要满足承载 力要求。按沉降控制设计理论本身也包含对承载力是否满足要求进行验算。 基坑工程围护体系稳定和变形基坑工程围护体系稳定和变形 随着高层建筑的发展和城市地下空间的开发，深基坑工程日益增多。基坑工程围护体 系稳定和变形是重要的研究领域。 基坑工程围护体系稳定和变形研究包括下述方面：土压力计算、围护体系的合理型式 及适用范围、围护结构的设计及优化、基坑工程的“时空效应”、围护结构的变形，以及基 坑开挖对周围环境的影响等等。基坑工程涉及土体稳定、变形和渗流三个基本问题，并要 考虑土与结构的共同作用，是一个综合性课题，也是一个系统工程。 基坑工程区域性、个性很强。有的基坑工程土压力引起围护结构的稳定性是主要矛盾， 有的土中渗流引起流土破坏是主要矛盾，有的控制基坑周围地面变形量是主要矛盾。目前 土压力理论还很不完善，静止土压力按经验确定或按半经验公式计算，主动土压力和被动 土压力按库伦(1776)土压力理论或朗肯(1857)土压力理论计算，这些都出现在 Terzaghi 有 效应力原理问世之前。在考虑地下水对土压力的影响时，是采用水土压力分算，还是采用 水土压力合算较为符合实际情况，在学术界和工程界认识还不一致。 作用在围护结构上的土压力与挡土结构的位移有关。基坑围护结构承受的土压力一般 是介于主动土压力和静止土压力之间或介于被动土压力和静止土压力之间。另外，土具有 蠕变性，作用在围护结构上的土压力还与作用时间有关。 复合地基复合地基 随着地基处理技术的发展，复合地基技术得到愈来愈多的应用。复合地基是指天然地 基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区 是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。复合地基中增强体和基体是共 同直接承担荷载的。根据增强体的方向，可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合 地基两大类。根据荷载传递机理的不同，竖向增强体复合地基又可分为三种：散体材料桩 复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。 复合地基、浅基础和桩基础是目前常见的三种地基基础形式。浅基础、复合地基和桩 基础之间没有非常严格的界限。桩土应力比接近于 1.0 的土桩复合地基可以认为是浅基础， 考虑桩土共同作用的摩擦桩基也可认为是刚性桩复合地基。加强复合地基理论研究的同时， 还要加强复合地基新技术的开发和复合地基技术应用研究。 周期荷载以及动力荷载作用下地基性状周期荷载以及动力荷载作用下地基性状 在周期荷载或动力荷载作用下，岩土材料的强度和变形特性，与在静荷载作用下的有 许多特殊的性状。动荷载类型不同，土体的强度和变形性状也不相同。在不同类型动荷载 作用下，它们共同的特点是都要考虑加荷速率和加荷次数等的影响。近二三十年来，土的 动力荷载作用下的剪切变形特性和土的动力性质(包括变形特性和动强度)的研究已得到广 泛开展。随着高速公路、高速铁路以及海洋工程的发展，需要了解周期荷载以及动力荷载 作用下地基土体的性状和对周围环境的影响。与一般动力机器基础的动荷载有所不同，高 速公路、高速铁路以及海洋工程中其外部动荷载是运动的，同时自身又产生振动，地基土 体的受力状况将更复杂，土体的强度、变形特性以及土体的蠕变特性需要进一步深入的研 究，以满足工程建设的需要。交通荷载的周期较长，交通荷载自身振动频率也低，荷载产 生的振动波的波长较长，波传播较远，影响范围较大。高速公路、高速铁路以及海洋工程 中的地基动力响应计算较为复杂，研究交通荷载作用下地基动力响应计算方法，从而可进 一步研究交通荷载引起的荷载自身振动和周围环境的振动，对实际工程具有广泛的应用前 景。 特殊岩土工程问题研究特殊岩土工程问题研究 展望岩土工程的发展，还要重视特殊岩土工程问题的研究，如：库区水位上升引起周 围山体边坡稳定问题；越江越海地下隧道中岩土工程问题；超高层建筑的超深基础工程问 题；特大桥、跨海大桥超深基础工程问题；大规模地表和地下工程开挖引起岩土体卸荷变 形破坏问题；等等。 岩土工程是一门应用科学，是为工程建设服务的。工程建设中提出的问题就是岩土工 程应该研究的课题。岩土工程学科发展方向与土木工程建设发展态势密切相关。世界土木 工程建设的热点移向东亚、移向中国。中国地域辽阔，工程地质复杂。中国土木工程建设 的规模、持续发展的时间、工程建设中遇到的岩土工程技术问题，都是其它国家不能相比 的。这给我国岩土工程研究跻身世界一流并逐步处于领先地位创造了很好的条件。展望 21 世纪岩土工程的发展，挑战与机遇并存，让我们的共同努力将中国岩土工程推向一个新水 平。 建筑工程建筑工程 衣食住行是人们生活的四大要素，人们向往宽敞、明亮、坚固、耐用的住宅；同时， 高楼林立的城市、现代化的工厂、标志性的公共建筑，都与建筑工程戚戚相关。 随着我国改革开放的不断深入，特别是近几年来安居工程的启动、土地批租政策的实 13 施、房地产业的兴起、住房改革方案的推行，极大地推动了我国建筑业的发展。 建筑工程按层数可分为单层建筑、多层建筑和高层建筑。 建筑基本构建建筑基本构建 板板 板指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置（如楼 梯板）或竖向设置（如墙板） 。板在建筑工程中一般应用于楼板、屋面板、基础板、墙板等。 板按平面形式可分为方形板、矩形板、圆形板及三角形板，按截面形式可分为实心板、 空心板、槽形板，按所用材料可分为木板、钢板、钢筋混凝土板、预应力板等。 板按受力形式可分为单向板和双向板。单向板指板上的荷载沿一个方向传递到支承构 件上的板，双向板指板上的荷载沿两个方向传递到支承构件上的板。当矩形板为两边支承 时为单向板；当有四边支承时，板上的荷载沿双向传递到四边，则为双向板。 梁梁 结构中的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置以满足使用要求，如楼梯梁。 梁的截面高度与跨度之比一般为 1/81/16，高跨比大于 1/4 的梁称为深梁；梁的截面高度 通常大于截面的宽度，但因工程需要，梁宽大于梁高时，称为扁梁；梁的高度沿轴线变化 时，称为变截面梁。 1.按截面形式分：矩形梁、T 形梁、倒 T 形梁、L 形梁、Z 形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、 叠合梁等。 2.按所用材料分：钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、木梁以及钢与混凝土组成的组 合梁等。 3.按梁的常见支承方式可分为：简支梁 ， 悬臂梁 , 一端简支另一端固定梁 ，两端固定梁 , 连续梁。 4.按在结构中的位置分：主梁、次梁、连梁、圈梁、过梁等。 接承受板传来的荷载，再将板传来的荷载传递给主梁。主梁除承受板直接传来的荷载 外，还承受次梁传来的荷载。连梁主要用于连接两榀框架，使其成为一个整体。圈梁一般 用于砖混结构，将整个建筑围成一体，增强结构的抗震性能。过梁一般用于门窗洞口的上 部，用以承受洞口上部结构的荷载。 柱柱 结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件。 1.按截面形式分：方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字形柱、H 形柱、L 形柱、十字形柱、双 肢柱、格构柱。 2.钢柱按截面形式分为：实腹柱和格构柱。实腹柱指截面为一个整体，常用截面为工字形 截面，格构柱指柱由两肢或多肢组成，各肢间用缀条或缀板连接。 3.按所用材料分：石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋混凝土柱、劲性钢筋混凝土柱、 钢管混凝土柱和各种组合柱。 4.按柱的破坏形式或长细比可分为：短柱、长柱及中长柱。 5.按受力形式分为：轴心受压柱和偏心受压柱。 6.钢筋混凝土柱：钢筋混凝土柱是最常见的柱，广泛应用于各种建筑。钢筋混凝土柱按制 造和施工方法可分为现浇柱和预制柱。 7.劲性钢筋混凝土柱：劲性钢筋混凝土柱是在钢筋混凝土柱的内部配置型钢，与钢筋混凝 土协同受力，可减小柱的断面，提高柱的刚度，但用钢量较大。 8.钢管混凝土柱：钢管混凝土柱是用钢管作为外壳，内浇混凝土，是劲性钢筋混凝土柱的 另一种形式。 拱拱 拱为曲线结构，主要承受轴向压力，与梁的最大区别在于拱在竖直荷载作用下产生水 平反力。由于这个力的存在使拱的弯矩要比跨度、荷载相同的梁的弯矩小得多，并主要是 承受压力。这就使得拱截面上的应力分布比较均匀，因而更能发挥材料的作用，并利用抗 拉性能较差而抗压较强的材料如砖，石，混凝土等来建造，这是拱的主要优点。因此广泛 应用于拱桥，在建筑中应用较少，其典型应用为砖混结构中的砖砌门窗圆形过梁，亦有拱 形的大跨度结构。 单层建筑单层建筑 一般单层建筑一般单层建筑 一般单层建筑按使用目的可分为民用单层建筑和单层工业厂房。 一. 民用单层建筑 民用单层建筑一般采用砖混结构，即墙体采用砖墙，屋面板采用钢筋混凝土板。多用 于单层住宅、公共建筑、别墅等。 二.单层工业厂房 单层工业厂房一般采用钢筋混凝土或钢结构柱，屋盖采用钢屋架结构。按结构形式可 分为排架结构和刚架结构。排架结构指柱与基础为刚接，屋架与柱顶的连接为铰接，刚架 结构也称框架结构，即梁或屋架与柱的连接为刚性连接。 三.当前新出现的厂房建筑 1.轻型钢结构建筑 柱子和梁均采用变截面 H 型钢，柱梁的连接节点作成刚接，因施工方便，施工周期短， 跨度大，用钢量经济，在单层厂房、仓库、冷库、候机厅、体育馆中已有越来越广泛的应 用。 2.拱形彩板屋顶建筑 用拱形彩色热镀锌钢板作为屋面，自重轻，工期短，造价低，彩板之间用专用机具咬 合缝，不漏水，已在很多工程中采用。 15 大跨度建筑大跨度建筑 大跨度结构其结构体系有很多种，如网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力 膜皮结构、混凝土拱形桁架等，常用于展览馆、体育馆、飞机机库等。 一.网架结构 网架结构为大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架。 其杆件多采用钢管或型钢，现场安装。常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成， 其节点形式可分为焊接钢板节点和焊接空心球节点两种。 二.索结构 索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互 用的典型范例。 三.薄壳结构 薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。圆形圆顶结 构是轴对称结构，在轴对称荷载作用下，将只产生两种力：径向力和环向力。径向力为沿 经线方向的力，因其要平衡垂直向下荷载，所以必定为压力。环向力为沿纬线方向的力。 圆形屋顶在垂直荷载作用下，上部的圆顶部分将受压收缩，其直径将变小，而下部近支承 部分直径将增大，即上部将产生环向压力，而下部将产生环向拉力，中间将有一截面，为 环向压力向环向拉力转变的交界线，该处的环向力为 0，该截面称为“过渡缝”。 四.混凝土拱形桁架 混凝土拱形桁架在以前的工程中应用较多，但因其自重较大，施工复杂，现已很少采 用。目前最大跨度的拱形桁架为贝尔格莱德的机库，为预应力混凝土桁架结构，跨度为 135.8m。 五.充气结构 充气结构又称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定 的形状，作为建筑空间的覆盖物。 六.应力膜皮结构 应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结构。 多层与高层建筑多层与高层建筑 多层结构多层结构 多层和高层结构主要应用于居民住宅、商场、办公楼、旅馆等建筑。近几年来，国家 为提高居民的人均居住水平，解决居民的居住困难问题，大力推动我国的住宅建设。同时， 随着经济的发展和房地产业的兴起，大量的高层和多层结构在中国大地涌现。多层与高层 建筑的界限，各国不一。我国以 8 层为界限，低于 8 层者称为多层建筑，8 层及 8 层以上 者称为高层建筑。多层结构常用的结构形式为混合结构、框架结构。 一. 混合结构 混合结构指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混 凝土结构，故亦称砖混结构。目前，我国的混合结构最高已达到 11 层，局部已达到 12 层。 以前混合结构的墙体主要采用普通粘土砖，但因普通粘土砖的制作需使用大量的粘土，对 我们宝贵的土地资源是很大的消耗。因此，国家已逐渐在各地区禁止大面积使用普通粘土 砖，而推广空心砌块的应用 二. 框架结构 框架结构指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构，如下面的动画所示。框架结构的优点 是强度高、自重轻、整体性和抗震性能好。因其采用梁柱承重，因此建筑布置灵活，可获 得较大的使用空间，使用广泛，主要应用于多层工业厂房、仓库、商场、办公楼等建筑 三. 多层结构施工方式 多层结构可采用现浇，也可采用装配式或装配整体式结构。其中，现浇钢筋混凝土结 构整体性好，适应各种有特殊布局的建筑；装配式和装配整体式结构采用预制构件，现场 组装，其整体性较差，但便于工业化生产和机械化施工。装配式结构在前段时期比较盛行， 但随着泵送混凝土的出现，使混凝土的浇筑变得方便快捷，机械化施工程度已较高，因此 近年来，已逐渐趋向于采用现浇混凝土。 高层结构高层结构 高层结构在我国改革开放后，发展迅猛，特别是进入 20 世纪 90 年代后，发展尤其迅 速，高层和超高层建筑如雨后春笋般在各大城市涌现。高层结构的主要结构形式有：框架 结构，框架剪力墙结构，剪力墙结构，框支剪力墙结构，筒体结构等。 框架结构 框架结构因其受力体系由梁和柱组成，用以承受竖向荷载是合理的，在承受水平荷载方面 能力很差。因此仅在房屋高度不大、层数不多时采用。因当房屋层数不多时，风荷载的影 响很小，竖向荷载对结构的设计起控制作用，但当层数较多时，水平荷载将起很大的影响， 会造成梁、柱的截面尺寸很大，在技术经济上不如其它结构体系合理。 一. 框架剪力墙结构 在框架剪力墙结构中，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，框 架则以承担竖向荷载为主，这样，可以大大减少柱子的截面。 剪力墙在一定程度上限制了 建筑平面布置的灵活性。这种体系一般用于办公楼、旅馆、住宅以及某些工艺用房。 二. 剪力墙结构 当房屋的层数更高时，横向水平荷载已对结构设计起控制作用，如仍采用框架剪力 墙结构，剪力墙将需布置得非常密集，这时，宜采用剪力墙结构，即全部采用纵横布置的 剪力墙组成，剪力墙不仅承受水平荷载，亦用来承受垂直荷载。剪力墙结构因剪力墙的存 在，其空间分隔固定，建筑布置极不灵活，所以一般用于住宅、旅馆等建筑。 三. 框支剪力墙结构 现代城市的土地日趋紧张，为合理利用基地，建筑商常常采用上部为住宅楼或办公楼， 而下部开设商店。这两种建筑的功能完全不同，上部住宅楼和办公楼需要小开间，比较适 合采用剪力墙结构，而下部的商店则需要大空间，适合采用框架结构。为满足这种建筑功 能的要求， 必须将这两种结构组合在一起。为完成这两种体系的转换，需在其交界位置 设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的力传至下部柱子上。这种结构体系，我们称之为框 支剪力墙体系。 四. 筒体结构 筒体结构是由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系，适用于层数较多的高层建 筑筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面将受拉，而 背风面将受压。筒式结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系等。 17 市政工程市政工程 污水处理厂污水处理厂 污水处理厂是从污染源排出的污（废）水，因含污染物总量或浓度较高，达不到排放 标准要求或不适应环境容量要求，从而降低水环境质量和功能目标时，必需经过人工强化 处理的场所。一般分为城市集中污水处理厂和各污染源分散污水处理厂，处理后排入水体 或城市管道。有时为了回收循环利用废水资源，需要提高处理后出水水质时则需建设污水 回用或循环利用污水处理厂。处理厂的处理工艺流程是有各种常用或特殊的水处理方法优 化组合而成的，包括各种物理法、化学法和生物法，要求技术先进，经济合理，费用最省。 设计时必须贯彻当前国家的各项建设方针和政策。因此，从处理深度上，污水处理厂可能 是一级、二级、三级或