岩土工程1岩体和土体的工程性质及评价

1、作为建筑物地基的岩土体是保证建筑物作为建筑物地基的岩土体是保证建筑物安全稳定、安全稳定、正常运行正常运行的基本要素。的基本要素。因此，充分了解岩土体的工程性质及其评价原则是因此，充分了解岩土体的工程性质及其评价原则是非常必要的。非常必要的。饱和砂土饱和砂土透水性强，在压力作用下，固结很快完成透水性强，在压力作用下，固结很快完成饱和粘土饱和粘土透水性弱，在压力作用下，固结需要很长时间完成透水性弱，在压力作用下，固结需要很长时间完成瞬时沉降瞬时沉降主固结沉降主固结沉降次固结沉降次固结沉降建筑物的总沉降由以下三部分组成：建筑物的总沉降由以下三部分组成：影响系数室内固结试验室内固结试验现场原位试验（荷

2、载试验、旁压试验）现场原位试验（荷载试验、旁压试验）固结仪e-p曲线e-logp曲线10001221ppee压缩系数e-p曲线ep曲线越陡，曲线越陡， a就越大，土的压缩性越高就越大，土的压缩性越高ep曲线越平缓，曲线越平缓， a就越小，土的压缩性越低就越小，土的压缩性越低我国我国建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定规定10001221ppee压缩指数e-logp曲线elgp曲线越陡，曲线越陡， Cc就越大，土的压缩性越高就越大，土的压缩性越高elgp曲线越平缓，曲线越平缓， Cc就越小，土的压缩性越低就越小，土的压缩性越低软土地基加固软土地基加固iiiiiisppeppeec111l

3、ogloglog11eEzzS111eEmSV初始孔隙比初始孔隙比wVekC)1 ( 5 . 025 . 0)(tHTCVVt9 . 029 . 0)(tHTCVV121221logloglogttetteeCa次固结0018. 0aC防渗墙射水法施工防渗墙tVqAhtVLk adhdVAdtLhkdV hdhkAaLdt 2112ln)(hhttAaLkgThSnSnnk22eCkwV1 影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比及水的温度等。因此，为了准确地测定土的渗透系数，必须尽力保持土的原始状态并消除人为因素的影响 加拿大特朗斯康谷仓：1911年动工1913年完工谷仓自重200

4、00吨1913年10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5厘米，结构物向西倾斜，并在24小时内倾倒，谷仓西端下沉7.32米，东端上抬1.52米产生原因：地基承载力不够，超载引发强度破坏而产生滑动。美国纽约某水泥仓库：是近代世界上最严重的建筑物破坏之一位于纽约汉森河旁1940年水泥仓库装载水泥，使粘性土超载，引起地基土剪切破坏而滑动。倾斜45度，地基土被挤出达5.18米，23米外的办公楼也发生倾斜。,Ctan cftancf岩块岩块 岩岩 体体结构面结构面不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面岩体岩体钻孔取出的岩石试样钻孔取出的岩石试样岩石名称颗粒密度天然密度饱和密度吸水率饱和吸水率天

5、然抗压强度饱和抗压强度干抗压强度天然抗拉强度软化系数内摩擦系数凝聚力C 弹性模量 泊松比 g/cm3g/cm3G/cm3MPaMPaMPaMPaMPaMPa微风化砂岩2.762.662.661.011.1189.187.1100 5.5 0.870.8911.3 2.36 1043.78 104 0.16 0.23岩石试验成果表岩石试验成果表APrrhhrhCCR2ptpmvv岩体声波速折减系数岩块强度岩体强度岩块声波速BAp1ccRmp1ccRBmA,11令.,:131211101参考数值计算教材51iii151ii051ii2251ii101021105432154321yxyxsxs5s

6、bassssbxay15.49,82.41,71.32,10.25,06.1810, 8, 6, 4, 2，其中：，则正规方程组为：设一次拟合多项式为最小二乘法TTTTyyyyyxxxxx,CctanccRmRcmmmmcos2sin1211arcsin21arctansin)(21)(21cos)(21313131A式中：mepeeEE04)1 (2pdE)1 (21)21)(1 ()(22222222dsddddpdspspdvEvEvvvvdemEE LnK AaXe10eX被切割面积未切割面积%10010钻孔总长LcmlRQDi工程实践说明，工程实践说明，RQDRQD是一种比岩芯采取率

7、更好的是一种比岩芯采取率更好的指标。指标。钻孔取出的岩石试样钻孔取出的岩石试样例例 某钻孔的长度为某钻孔的长度为250cm250cm，其中岩芯采取，其中岩芯采取总长度为总长度为200cm,200cm,而大而大于于10cm10cm的岩芯总长度的岩芯总长度为为157cm(157cm(图图).).则则岩芯采取率：岩芯采取率：200/250=80% RQD=157/250=63%RQD=157/250=63%下游上游浸润线流线等势线Hhl(a)(b) 由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研究在试验及理论上都有一定的

8、水平，在解决实际问题方面也能够较好地反映水在孔隙介质中的渗流的运动规律。 岩石的透水性岩石的透水性： 岩体的渗透性岩体的渗透性： 岩体的渗透性岩体的渗透性：AQv 岩体。岩体。应力应力（亦称（亦称初始应力初始应力或或地应力地应力）：）：定义之一：定义之一：应力。应力。定义之二：岩体在天然定义之二：岩体在天然应力分为应力分为自重应力场自重应力场和和构造应力场构造应力场。 由上覆岩体的自重所引起的应力称为由上覆岩体的自重所引起的应力称为自重应力；自重应力；地层中地层中由于过去由于过去地质构造运动地质构造运动产生和现在正在产生和现在正在活动与变化活动与变化的的应力，应力，地质作用残存地质作用残存的应

9、力统称为的应力统称为构造应力构造应力。研究岩体初始应力状态的工程意义：研究岩体初始应力状态的工程意义：1.正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化2.合理设计地下工程的支护尺寸合理设计地下工程的支护尺寸zzzyxK010K静止侧压力系数Z0K0Z0构造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得，但是构造应力的方向可以根据地质力学的方法加以判断。如图如图1.13在在 作用下孔周边作用下孔周边A点的径向位移点的径向位移u为：为： 解除应力，径向变形解除应力，径向变形u就会恢复，如图就会恢复，如图1.14虚线所示虚线所示21,0

10、1301212060321121213232221321212)(32tan)()()(623uuuuuuuuuuukkuuu01301290453131212322213121)(22tan)()(422uuuuuuuuukkuuEdk/)1 (2注意：算出的应力仅是垂直于钻孔轴线平面内的应力，不是岩体内真的主应力注意：算出的应力仅是垂直于钻孔轴线平面内的应力，不是岩体内真的主应力xzzyzx钻孔y1x1钻孔钻孔钻孔x3y3钻孔x2钻孔xyyzyxiiixiyiiiiiiyiiiiiixi2sin22cos222cos222121212121iii1式中：MPamNuuuukkuu2 .22

11、/10222. 0)51. 036. 0()36. 065. 0(1013. 341021013. 3210)51. 065. 0()()(4222822113113232221211MpaxyMpaMpaUuuuuuMpamNuuuukkuu71. 264.47sin)86.142 .22(212sin)(2106.1664.47cos286.142 .22286.142 .22cos2200.2164.47cos286.142 .22286.142 .22cos22,82.2318.3660),45. 1 (18.36118.36143. 351. 065. 0)51. 065. 0(36

12、. 02)(22tan86.14/101486. 0)51. 036. 0()36. 065. 0(1013. 341021013. 3210)51. 065. 0()()(42202102121y02121x00010013131212822113113232221312所以虑下标，此时计算一个孔，不考按式如上图，即为主应力的方向。方向顺时针转，即从所以测点1(1=)测点 (7/4)基线测点2(2=/2)r0工序同前，但小孔不是装孔径变形计，而是装三工序同前，但小孔不是装孔径变形计，而是装三轴应变计，贴在孔壁上，测出孔壁的应变就可求轴应变计，贴在孔壁上，测出孔壁的应变就可求岩体的六个应变分量

13、（三个正应力和三个剪应岩体的六个应变分量（三个正应力和三个剪应力）。力）。槽应变片岩体利用应力恢复法量测岩体表面应力时，应在岩体表面沿不同方向安置三个应变计，以便能够测出岩体沿这三个不同方向的伸缩变形。先读出应变计的初始读数。然后，沿着与所测应力相垂直的方向开挖一狭长槽，如图所示。 比较常用，常用于测深层岩体应力，最大深度可达几千米。目比较常用，常用于测深层岩体应力，最大深度可达几千米。目前国内最深前国内最深2000m（大港油田）（大港油田）1.3.2.1水压致裂法量测的基本原理水压致裂法量测的基本原理 水压致裂法地应力测量是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，水压致裂法地应力测量是利用一对可膨胀的橡

14、胶封隔器，在预定的测量深度上下封隔一段钻孔，然后泵入液体对这段个在预定的测量深度上下封隔一段钻孔，然后泵入液体对这段个别孔施压，直至压裂，根据压裂参数计算地应力。别孔施压，直至压裂，根据压裂参数计算地应力。 水压致裂法地应力测量以下列水压致裂法地应力测量以下列3个假设条件为前提：个假设条件为前提： 围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体。围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体。 围岩为多孔介质时，注入的流体按达西定律在岩石孔隙中围岩为多孔介质时，注入的流体按达西定律在岩石孔隙中流动流动 岩体中地应力的一个主应力方向与钻孔轴向平行。岩体中地应力的一个主应力方向与钻孔轴向平行。空隙压力；重张压力；关闭压力

15、；最大平应力；最小平应力；式中：最大水平应力：最小水平应力：0r0r3ppppPppsHhsHsh测出压裂参数，测出压裂参数，按右式近似计算按右式近似计算应力：应力：1.4.1无粘性土的分类无粘性土的特点：（1）颗粒肉眼可见；（2）无粘性；（3）具有单粒结构；（4）压缩性和抗剪强度主要取决于其密度；（5）现场原状土样极难取得。无粘性土的分类无粘性土的分类（2 2）以点荷载强度指标分类）以点荷载强度指标分类（2）前苏联巴库地铁分类）前苏联巴库地铁分类61iiRRMR式中的6个指标的相关因素分别为： R1-岩石抗压强度 R2-RQD R3-节理间距R4-节理状态 R5-地下水状态 R6-修正系数，节理的方向对工程的影响 这6个指标分别由如下各表来确定。（1）与岩石强度相关的岩体评分值R1可以用标准试件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。表5-7 岩石抗压强度与岩体评分值R1的对应关系表表5-8 对应于对应于RQD的岩体评分值的岩体评分值R2（3）对应于节理组间距的岩石评分值R3，表5-9 根据以上六个参数之和根据以