岩土力学研究的对象及内容,土坝工程概述

1、 土力学是一门研究土体渗流、压缩和强度三个主要课题的学科 岩石力学是研究岩石的力学性态的理论和应用的学科 研究对象：土和岩石 土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。 岩石是由矿物和岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体。 岩体是受到各种性质的软弱面切割而成的自然地质综合体。 岩体结构：包括结构面和结构体。 对工程地质定性成果进行定量分析和计算 岩土体物力性质研究 岩土体的稳定性参数测试方法研究、现场大型力学试验、应力和应变监测技术 岩土体中应力和应变的分布规律及岩土体和工程建筑物相互作用的研究 影响岩土体稳定性的各种因素和作用力，定量评价岩土体稳定性的理论和科学计算方法的研究 加固

2、岩土体的工程措施和处理技术研究 作用一(宏观） 应用岩土力学知识分析、计算、评价建筑物地基变形、强度及稳定性，确保水库、大坝等的安全可靠性 尽可能把不利因素转化为有利因素，提高建筑物的稳定性并节约投资 0 概述 坝堤基础的稳定、地下电站建设、引水隧道建设、开挖边坡、评价水利水电的建设环境和地下渗透水的状态等 与岩土工程密切相关的是高坝建设、引水隧洞、自然边坡的稳定 三峡大型水利枢纽，面对一系列岩土工程技术难题，如船闸高边坡的计算分析与建设 二滩水电站在基岩上建高坝要求解决建基面的力学分级，稳定性评价方法，多裂隙岩体的强度及变形分析方法 二滩地下厂房规模为世界第四，洞室群要求采用施工优化系统 高

3、165M处于复杂地基上的李家峡拱坝，在大坝软弱夹层运用了砼置换、抗震桩、传力峒及600T位的锚拉技术 （1）勘探技术方面 高坝基岩的勘探，需解决许多与工程地质、岩体力学有关的难题，如区域性的构造稳定、复杂岩基、风化基岩的力学特性 （2）水利水电建设中的岩体质量分级：岩体质量分级按不同的工程类型，如大坝主地基、边坡开挖工程等，进行不同的分级。 单因素分级法指标：按岩石抗压强度分级；按风化程度分级；按岩石质量指标分级；以弹性波速度分级。 多因素分级法指标：按岩体连续性分级；西班牙的图末罗法分级；我国的损伤力学岩体分类法 （3）大坝稳定计算分析 引用非线性非连续介质模型对大坝稳定性进行分析 清华大学

4、的三维非线性大坝分析程序，可分析大型拱坝的整体稳定性 （4）坝基岩体稳定评价 目前主要采用计算分析法和模型试验法 计算分析法：有限元法，刚体极限平衡法 模型试验法：地质力学模型，脆性材料模型 评价拱坝坝肩岩体稳定，是拱坝设计中面临的最困难的问题之一 （1）土坝工程加固防渗应用技术 目前，我国已建成土坝6万余座，占大坝总数的90%。我国土坝中大多是碾压式土坝 根据土石料的性质，放在坝体内适当的部位并采用适当的施工技术 砾质土、风化岩、石渣用于筑坝的技术 利用机械把风化岩压碎作为防渗体 把不同的土石料拌和后建成强度高的防渗体 冻土筑坝技术 沥青砼塑料薄膜等材料作为土石坝的防渗结构 土坝基础的不良地

5、基处理：水泥粘土灌浆法、砼防渗墙、土铺盖防渗、泥浆防渗槽、化学材料灌浆、砂井加固等 （2）土坝工程设计 土的强度力学模型的应用 土坝的稳定性分析 土坝分析中计算机数值方法的引入 坝体变形和裂缝的研究引入仿真破坏模拟 用有限元法模拟土坝渗流 土坝边坡稳定分析的动力分析方法 沉降计算与固结理论 地下水电站指引水道、调压井、压力管道、主厂房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的电站 在地质条件允许的情况下，可充分利用围岩承载能力减少支承结构，节省钢材、水泥，降低工程造价 把围岩视为承载结构，建立岩体支护概念 地下洞室计算方法数值模拟法：块体法、弹塑性模型分析法 地下洞室的稳定判据：以岩体的屈服、变形、状态

6、作为判据 喷锚支护加固地下结构：锚杆、锚索、喷射砼等 洞室群的施工优化：从全局出发，找出有利于围岩稳定而且经济的优化施工方案 铁路建设中的岩土工程包括岩土工程勘探、路基、桥梁基础工程、隧道工程。 遥感、物探、原位测试、岩土试验 滑坡、崩塌、泥石流及岩溶等复杂工程地质条件下的铁路工程 软土、膨胀土、黄土、冻土等特殊条件下的铁路工程 风沙地区的铁路工程 锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、加筋土挡土墙、抗滑桩、桩板墙、锚索抗滑桩及土钉墙等各种支挡结构工程 重载及高速铁路路基 复杂条件下桥梁及基础工程 复杂条件下长、大隧道工程 港口建设中的岩土工程包括软土地基的勘探取土和现场测试、沿海软粘土工程、软基加固工程

7、、桩基和其他港工结构基础和设计和施工工程 采用浅层剖面仪在大面积水域中进行初步勘探并结合少量钻孔，鉴别土类和土层 采用标准贯入、土压力计等常规设备完成现场测试和原体观测 用砂井排水堆载预压方法加固软粘土地基 用袋装砂井和塑料纸板排水处理淤泥质海岸 用振冲碎石桩法、真空预压法、强夯法、深层拌合法、填土超载挤淤法、爆炸挤淤法等加固软基 预应力钢筋砼空心方桩应用于高桩码头 大型钢管桩应用于建造深水码头 大型预应力钢筋砼管桩应用于建造海水腐蚀码头 其他港工建筑物基础：大直径圆筒结构，地下连续墙，大型扶壁，沉井和沉箱等 处于江河湖泊或海洋沿岸的城市，城市环境灾害防治摆在重要地位 城市防洪：须控制淹没高度

8、，涉及上下游河道清理工程、防洪堤和防汛墙工程等 采取技措提高大坝抗洪能力：用探地雷达等无损检测方法查明堤防工程的地层特点和险情隐患；用旋喷等加固大堤地基；用防渗墙等延长渗透途径；采用经济高效新型加固材料加速工程进度，提高工程质量 山城的泥石流治理：在形成区用沟坡兼治措施；在流通区，筑各种拦截坝、溢流坝；在堆积区，采取排导停淤措施 港口城市须疏通航道，合理构筑导堤，提高通航能力 海岸城市须进行岸坡稳定保护，合理地构筑围海海堤 城市地面沉降，涉及深井回灌、高层建筑纠偏等工程 解决岩土工程问题 通过岩土力学分析计算，提出建筑物结构类型、施工方法及运营使用中的注意事项 提出改善和防治不良地质条件，解决

9、岩土工程问题的方法和措施 土力学的研究方法 理论和室内外土工试验及工程实践相结合，理论计算和工程经验并重 岩石土力学的研究方法 采用对自然岩体进行性质测定、理论计算、科学试验与理论分析相结合的方法 岩土力学是一门既古老、又新兴的学科，人类很早就懂得广泛利用土进行工程建设（我国的长城、南北大运河）直到十八世纪中叶，人类对土在工程建设方面的特性，尚停留在感性认识阶段感性认识阶段。 十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学有关的问题和不少成功的经验，特别是一些工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论的解释，并要求永通过实践检验的理论来直到以后的工程实践。 筑城学（欧洲） 墙后土压力问题 铁路、公路、水利

10、工程 土坡稳定问题 半经验分析阶段半经验分析阶段 二十世纪，随着土建规模的扩大，促使人们全面地系统地对土的力学性质作理论和实践研究，科学技术不断发展，世界不少国家分分成立专门土力学研究机构，重点研究。 十八世纪二十年代，著名的土力学家太沙基的土力学专著土力学问世，标志着土力学作为一门独立的较系统而完整的学科，自1936年以来，已召开了十一届国际土力学和基础工程学术会议。 近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的研究领域又有了明显的扩大 土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学 同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。 重视工程地质宏观研究 大力发展岩体和岩石测试和检测技术

11、加强对岩体和岩石基本性质的研究 数值分析在岩石力学中广泛应用 强调岩石力学在工程上的应用，重点转向地下工程 重视工程实例的总结分析和现场判断，加强专家系统的建立工作 学习岩土力学，必须特别注意认识土的特点多样性易变性 岩土力学密切结合专业和实践的一门课程，学习中不但要着重于基本概念的理解，掌握计算方法而且要学会初步解决实际问题的能力。 岩土力学属于技术基础课，它在一般基础课和专业课之间起到承上启下的作用。 先行课程：材料力学、结构力学、弹性理论初步、工程地质学与水文地质学、水力学 后续课程：水工结构、地基及基础 岩土力学是一门边缘学科，它所设计的自然科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密

12、切关系外，它还涉及到普通地质学、土质学、物理、化学等方面的知识领域。 1.1.1 土的结构与特性 土的概念及土的形成 在土木工程领域，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。 土根据来源可分为 无机土：岩石风化 天然土 土是岩石风化的产物 有机土：腐殖土， 由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度，为不良建筑物地基风化： 物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂 化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石

13、的矿物成分发生变化 水化 在自然界，物理风化和化学风化是同时或交替进行的，所以任何一种天然土通常既是物理风化的产物，又是化学风化的产物。 残积土： 岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩) 运积土： 经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。可分为 河流运积土 风积土 冰川沉积土 沼泽土（腐植土） 水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故： 上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题 黄土 典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%