2005届土木工程专业毕业班土木工程问题讲座

2005届土木工程专业毕业班

土木工程问题讲座

卢廷浩2005年3月主要内容（4学时）1、土与结构相互作用2、工程中的水3、地下工程

目的是：扩大视野，增加实际工程的了解，讨论工程问题，系统知识，启发创新意识

土与结构相互作用（引言）

土的基本性质研究，土（岩）与结构的相互作用，水与土（岩）的相互作用，水、土（岩）与结构的相互作用是岩土工程的基本课题。相互作用课题研究中，一方面应根据土体与结构的特性，分别采用不同的应力～应变关系；对于土体与结构间的接触面，必须给以特殊的注意。土与结构相互作用（实例1-1）土与结构相互作用（实例1-2）土与结构相互作用（实例2）土与结构相互作用（实例3）土与结构相互作用（实例4）土与结构相互作用（实例5）土与结构相互作用（实例6）土与结构相互作用（实例7）土与结构相互作用（实例8）土与结构相互作用（实例9）

主动侧与被动侧压力主应力方向偏转也与接触面性质性质有关图10基坑问题土体与结构的相互作用问题的关键是：力的传递和变形协调过程的模拟

即：受力—变形--力的传递--变形协调—直至位移相对稳定和力平衡状态接触面的相对变位可能（模拟）法向拉、压（脱开、压紧）相对错动复合形变位两类接触面试验单剪试验

～

关系直剪试验

～u关系有厚度接触面模拟有厚度接触面单剪试验单剪试验

～

关系2、工程中水的问题土中水的存在形式吸着水(强、弱)自由水(毛管水、重力水)。水利工程房屋建筑市政工程交通运输要讨论的问题因水而引发的工程问题工程措施管理和体制水对工程安全的影响（1）渗流----流土或管涌坝肩绕流，岸体或土体水浸软化,山体滑坡影响局部稳定与整体稳定、水量损失水压力----坝体受力变形、影响坝体稳定土坡稳定----上游坡，施工期和竣工时、水位骤降下游坡，施工期和竣工时、运行稳定渗流期水对工程安全的影响（2）水力劈裂---原生缝、次生缝：溃坝失事堤坝漫顶---冲刷下游坡面及坡脚水的二向流(淘刷与淤积)---提岸崩塌(凹岸)、淤积(凸岸)工程实例

九江大堤堤基土质太差，长江高水位下堤基土发生管涌而失事；嘶马江堤崩岸；新济洲崩岸重庆

最近发生山体滑坡美国Titon坝水力劈裂溃坝法国瓦利昂高拱坝因水库山体滑坡，水库巨大涌水而溃坝水利工程一旦发生事故，往往损失残重

均质土坝渗流心墙坝渗流闸基渗流面板坝止水挡土墙水压力与排水基坑渗流、土压力建筑地基的地下水变化问题建筑地基下补均匀排水解决工程中水问题的基本思路土料选择（对于土坝、堤）：级配良好易压实，抗渗性强高密实度，强度高变形小，抗劈裂渗流小，不易管涌解决工程中水问题的基本思路结构措施：过渡层----力求过渡或减缓心墙与坝壳的应力变形的可能突变。反滤措施(心墙下游侧反滤层下游反滤棱体)允许水渗流，但不允许水带走土颗粒，避免发生流土或管涌。解决工程中水问题的基本思路防（抗）渗建筑措施：在松散或其它透水地基上修建防渗帷幕，如墙、板桩、灌浆等。加强水的预测和管理：包括水文、气象等工作。如天气和洪水预报、洪水设计等也极为重要3、地下工程概述地下车间、储藏库、商店以及文化、体育、娱乐与生活等方面设施；地下电站、矿井、交通隧道；人防与市政地下工程；地下军事设施

地下空间利用的历史沿革

第一时代，如10000年前，“山顶洞人”

第二时代，3000年至5世纪，埃及金字塔、巴比仑幼发拉底河引水隧道，均为这一时代的建筑典范。我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓

地下空间利用的历史沿革第三时代，从5世纪至14世纪的中世纪时期，陵墓、宗教建筑；屯兵和储粮。隋朝(7世纪)在洛阳东北建造了面600m×700m达的近200个地下粮仓，其中第160号仓直径11m，深11m，容量445m3，存粮2500—3000t；宋朝在河北峰峰建造的军用地道，约长40km；4世纪中叶建成著名印云冈石窟、龙门石窟(北魏)，敦煌莫高窟(从北魏到隋、唐、宋、元各朝)，以及甘肃麦积山和河北邯郸响堂山石窟(北齐)等，这些石窟岩洞形成了大型的雕刻艺术空间。地下空间利用的历史沿革第四时代，从15世纪开始的近代和现代。

1613年建成伦敦地下水道，1681年修建了地中海比斯开湾长170m的连接隧道，1843年伦敦建成越河隧道，1863年伦敦建成世界第一条城市地下铁道，1871年穿越阿尔卑斯山，连接法国和意大利的全长12.8km的公路隧道开通。现扩建，号称世界最安全隧道。地下空间利用的历史沿革到20世纪90年代初，世界上已有100多个城市修建地下铁道，线路总长度将达5000km(其中地下线路近3000km)。各国开凿的铁路隧道，长10km以上的就有41条。地下空间利用的历史沿革

日本青函隧道连接北海道与本州，总长53850m，穿越津轻海峡，其海底长度达13.3km。青函隧道工程，自1939年开始规划，1946年实施调查，1971年正式施工，至1988年3月投入运营，经历了半个世纪。地下空间利用的历史沿革长度达250km的日韩隧道，连接日本福岗至韩国釜山，采用分段施工方案，需修筑人工岛、开凿立井。地下空间利用的历史沿革

我国大瑶山铁路隧道，长14295m，自1981年11月开始施工，于1987年5月建成。荚法海峡隧道总长50km，海底长度37km，已于1987年动工，1994年5月投入运营。我国数百座电站，大部分采用地下厂房。地下建筑的发展前景

1、地下空间资源从理论上讲，整个岩石圈都具备开发地下空间的条件，也就是说，天然存在的地下空间蕴藏总量有7.5×1018m3。2、未来城市地下空间利用的发展方向*充分开发利用浅层和次浅层地下空间；

*次深层和深层空间建立公用设施的封闭性再循环系统；

*在地下建立水和能源储存系统以及危险品存放系统。

地下建筑的类型按使用功能分类(1)地下军事建筑：军事指挥所、人员或装备掩蔽所、地下通讯站及战备电站等；(2)地下交通建筑：地下公路、铁路隧道或城市地铁、人行地道等；(3)地下城市基础设施建筑：城市地下自来水厂、地下污水处理厂及动力电缆、通讯电缆和给排水管道的共同沟；(4)地下工厂建筑：如地下水电站、地下工厂等。(5)地下仓储设施建筑：地下油罐、粮仓、地下冷库、液化气库、热库、放射性废物库等；(6)地下民用设施建筑：地下商场、旅馆、地下游乐场、地下医院、地下住宅等。按断面形状分类

(1)地下圆形或椭圆形建筑。

(2)地下直墙拱顶形建筑。

(3)地下曲墙拱顶形建筑。

(4)地下平底式和仰拱式建筑。

(5)地下其他形状建筑，如矩形、方形等。（6）各种组合型。按所处的地质条件分类

(1)岩体地下建筑：包括人工洞和天然溶洞两种。(2)土体地下建筑：包括黄土洞室和其他土层洞室。

按埋置深度分类

(1)当h／b≥a时为深埋地下建筑。(2)当h／b<a时为浅埋地下建筑式中：h为洞顶衬砌外缘至地面的垂直距离；b为洞顶衬砌外缘的跨度或圆洞的直径。a的取值，根据土压力理论计算约为2.5。

地下建筑工程的组成

开挖形成空间支护工程地下空间内建筑防排水工程设备安装专业，包括消防工程、给排气工程出入口工程其他配套工程

地下建筑的特点－优点

(1)有效地利用土地(2)提高交通通行率(3)节约能源(4)对自然灾害的防护能力强(5)环境效益好(6)隔音与隔振(7)战备地下建筑的特点－缺点

(1)观景和自然光线受到限制

(2)出入和通行受限制

(3)可视性受到限制

(4)不良的心理反应

(5)受场地限制

(6)防水问题

(7)节能