岩土力学讲稿

岩土力学

0绪论岩土力学的概念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岩土力学的研究对象研究对象：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。

岩土力学研究的内容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岩土体的工程措施和处理技术研究岩土力学在工程建设中的作用和任务作用一(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作用二：水利水电建设中的岩土工程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0概述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高坝建设中的岩土工程问题（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。1高坝建设中的岩土工程问题多因素分级法指标：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1高坝建设中的岩土工程问题（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一2土坝坝工程（1）土坝坝工程加固固防渗应用用技术目前，我国国已建成土土坝6万余余座，占大大坝总数的的90%。。我国土坝坝中大多是是碾压式土土坝根据土石料料的性质，，放在坝体体内适当的的部位并采采用适当的的施工技术术砾质土、风风化岩、石石渣用于筑筑坝的技术术2土坝坝工程利用机械把把风化岩压压碎作为防防渗体把不同的土土石料拌和和后建成强强度高的防防渗体冻土筑坝技技术沥青砼塑料料薄膜等材材料作为土土石坝的防防渗结构土坝基础的的不良地基基处理：水水泥粘土灌灌浆法、砼砼防渗墙、、土铺盖防防渗、泥浆浆防渗槽、、化学材料料灌浆、砂砂井加固等等2土坝坝工程（2）土坝坝工程设计计土的强度力力学模型的的应用土坝的稳定定性分析土坝分析中中计算机数数值方法的的引入坝体变形和和裂缝的研研究引入仿仿真破坏模模拟用有限元法法模拟土坝坝渗流土坝边坡稳稳定分析的的动力分析析方法沉降计算与与固结理论论3地下水水电站建设设中的岩土土工程地下水电站站指引水道道、调压井井、压力管管道、主厂厂房部分洞洞室、尾水水洞室等均均位于地下下的电站在地质条件件允许的情情况下，可可充分利用用围岩承载载能力减少少支承结构构，节省钢钢材、水泥泥，降低工工程造价把围岩视为为承载结构构，建立岩岩体支护概概念地下洞室计算算方法－数值值模拟法：块块体法、弹塑塑性模型分析析法3地下水电电站建设中的的岩土工程地下洞室的稳稳定判据：以以岩体的屈服服、变形、状状态作为判据据喷锚支护加固固地下结构：：锚杆、锚索索、喷射砼等等洞室群的施工工优化：从全全局出发，找找出有利于围围岩稳定而且且经济的优化化施工方案作用三：铁路路建设中的岩岩土工程铁路建设中的的岩土工程包包括岩土工程程勘探、路基基、桥梁基础础工程、隧道道工程。遥感、物探、、原位测试、、岩土试验滑坡、崩塌、、泥石流及岩岩溶等复杂工工程地质条件件下的铁路工工程软土、膨胀土土、黄土、冻冻土等特殊条条件下的铁路路工程风沙地区的铁铁路工程作用三：铁路路建设中的岩岩土工程锚杆挡土墙、、锚定板挡土土墙、加筋土土挡土墙、抗抗滑桩、桩板板墙、锚索抗抗滑桩及土钉钉墙等各种支支挡结构工程程重载及高速铁铁路路基复杂条件下桥桥梁及基础工工程复杂条件下长长、大隧道工工程作用四：港口口建设中的岩岩土工程港口建设中的的岩土工程包包括软土地基基的勘探取土土和现场测试试、沿海软粘粘土工程、软软基加固工程程、桩基和其其他港工结构构基础和设计计和施工工程程采用浅层剖面面仪在大面积积水域中进行行初步勘探并并结合少量钻钻孔，鉴别土土类和土层采用标准贯入入、土压力计计等常规设备备完成现场测测试和原体观观测用砂井排水堆堆载预压方法法加固软粘土土地基作用四：港口口建设中的岩岩土工程用袋装砂井和和塑料纸板排排水处理淤泥泥质海岸用振冲碎石桩桩法、真空预预压法、强夯夯法、深层拌拌合法、填土土超载挤淤法法、爆炸挤淤淤法等加固软软基预应力钢筋砼砼空心方桩应应用于高桩码码头大型钢管桩应应用于建造深深水码头大型预应力钢钢筋砼管桩应应用于建造海海水腐蚀码头头作用四：港口口建设中的岩岩土工程其他港工建筑筑物基础：大大直径圆筒结结构，地下连连续墙，大型型扶壁，沉井井和沉箱等作用五：城建建中的环境岩岩土工程处于江河湖泊泊或海洋沿岸岸的城市，城城市环境灾害害防治摆在重重要地位城市防洪：须须控制淹没高高度，涉及上上下游河道清清理工程、防防洪堤和防汛汛墙工程等采取技措提高高大坝抗洪能能力：用探地地雷达等无损损检测方法查查明堤防工程程的地层特点点和险情隐患患；用旋喷等等加固大堤地地基；用防渗渗墙等延长渗渗透途径；采采用经济高效效新型加固材材料加速工程程进度，提高高工程质量作用五：城建建中的环境岩岩土工程山城的泥石流流治理：在形形成区用沟坡坡兼治措施；；在流通区，，筑各种拦截截坝、溢流坝坝；在堆积区区，采取排导导停淤措施港口城市须疏疏通航道，合合理构筑导堤堤，提高通航航能力海岸城市须进进行岸坡稳定定保护，合理理地构筑围海海海堤城市地面沉降降，涉及深井井回灌、高层层建筑纠偏等等工程任务解决岩土工程程问题通过岩土力学学分析计算，，提出建筑物物结构类型、、施工方法及及运营使用中中的注意事项项提出改善和防防治不良地质质条件，解决决岩土工程问问题的方法和和措施岩土力学的研研究方法土力学的研究究方法理论和室内外外土工试验及及工程实践相相结合，理论论计算和工程程经验并重岩石土力学的的研究方法采用对自然岩岩体进行性质质测定、理论论计算、科学学试验与理论论分析相结合合的方法岩土力学的发发展简史岩土力学是一一门既古老、、又新兴的学学科，人类很很早就懂得广广泛利用土进进行工程建设设（我国的长长城、南北大大运河）直到到十八世纪中中叶，人类对对土在工程建建设方面的特特性，尚停留留在感性认识阶段段。土力学的发展展简史十八世纪产业业革命后，提提出了大量与与土力学有关关的问题和不不少成功的经经验，特别是是一些工程事事故的教训，，迫切促使人人们去寻求理理论的解释，，并要求永通通过实践检验验的理论来直直到以后的工工程实践。筑城学（欧洲洲）墙墙后土土压力问题铁路、公路、、水利工程土土坡稳定问题题半经验分析阶阶段土力学的发展展简史二十世纪，随随着土建规模模的扩大，促促使人们全面面地系统地对对土的力学性性质作理论和和实践研究，，科学技术不不断发展，世世界不少国家家分分成立专专门土力学研研究机构，重重点研究。十八世纪二十十年代，著名名的土力学家家太沙基的土土力学专著《《土力学》问问世，标志着着土力学作为为一门独立的的较系统而完完整的学科，，自1936年年以来，已召召开了十一届届国际土力学学和基础工程程学术会议。。近四十年来，，由于尖端科科学、生产发发展的需要，，土力学的研研究领域又有有了明显的扩扩大土动力学、冻冻土力学、海海洋土力学、、月球土力学学同时岩石力学学也已与土力力学分离而单单独称为一门门学科。岩石力学的进进展和动向重视工程地质质宏观研究大力发展岩体体和岩石测试试和检测技术术加强对岩体和和岩石基本性性质的研究数值分析在岩岩石力学中广广泛应用强调岩石力学学在工程上的的应用，重点点转向地下工工程重视工程实例例的总结分析析和现场判断断，加强专家家系统的建立立工作岩土力学的学学习方法学习岩土力学学，必须特别别注意认识土土的特点多样性易变性岩土力学密切切结合专业和和实践的一门门课程，学习习中不但要着着重于基本概概念的理解，，掌握计算方方法而且要学学会初步解决决实际问题的的能力。岩土力学与其其它课程的关关系岩土力学属于于技术基础课课，它在一般般基础课和专专业课之间起起到承上启下下的作用。先行课程：材材料力学、结结构力学、弹弹性理论初步步、工程地质质学与水文地地质学、水力力学后续课程：水水工结构、地地基及基础岩土力学是一一门边缘学科科，它所设计计的自然科学学范围很广，，除了和力学学领域内各邻邻近学科有密密切关系外，，它还涉及到到普通地质学学、土质学、、物理、化学学等方面的知知识领域。第一章岩岩土的物理性性质及工程分分类1.1岩岩土体的的特性1.1.1土土的结构与与特性土的概念及土土的形成在土木工程领领域，土是指指覆盖在地表表的没有胶结结和弱胶结的的颗粒堆积物物，土与岩石石的区分仅在在于颗粒胶结结的强弱，所所以，有时也也会遇到难以以区分的情况况。土的来源土根据来源可可分为无机土：岩石石风化天天然土土土是岩石风化化的产物有机土：腐殖殖土，由植物完全或或部分分解的的堆积物具有有高压缩性、、低强度，为为不良建筑物物地基风化：物理风化：温温度应力力岩石开开裂水的冻胀裂裂缝张开岩岩石开裂裂波浪冲击地震风沙砾冲冲击岩石石破裂化学风化：岩岩石与空气、、水和各种溶溶液相接触经经氧化炭化作作用用分解成成细小的颗粒粒致使岩岩石的矿物成成分发生变化化水化在自然界，物物理风化和化化学风化是同同时或交替进进行的，所以以任何一种天天然土通常既既是物理风化化的产物，又又是化学风化化的产物。土的种类残积土：岩石风化后仍仍然留在原地地的堆积物。。残积土的厚厚度和风化程程度主要取决决于气候条件件和暴露时间间，其明显特特征是颗粒多多为角粒，且且母岩种类对对残积土的性性质有显著影影响。(优良良母岩、质地