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1,工程地質與地基基礎,青島農(nóng)業(yè)大學建工學院主講人楊旭姣,Engineeringgeologyandfoundations,2/75,課程性質與教學目的,《工程地質與地基基礎》課程是土木工程管理專業(yè)（工程項目管理方向）四年制本科生選修的一門專業(yè)核心基礎課，它是由兩門相互獨立而相互交叉的學科綜合而成的。本課程的目的是通過教學使學生了解工程地質勘察的基本內(nèi)容和工作方法；學習土力學的基本知識；掌握一般地基基礎的設計步驟、計算原理和構造要求；熟悉一般土工試驗方法和常見的地基處理方法。,3/75,緒論,主要內(nèi)容,1本課程的研究內(nèi)容2地基基礎的重要性3本課程特點和學習方法,4/75,1.工程地質EngineeringGeology2.土力學SoilMechanics3.巖土工程勘察Geotechnicalinvestgation4.基礎設計foundationsdesign5.地基處理groundtreatment6.巖土工程概預算budgetaryestimate,一.課程內(nèi)容,1ke課程內(nèi)容,5/75,,基礎建筑物向地基傳遞荷載的下部結構。,天然地基人工地基,,淺基礎：埋深5m,地基承受建筑物荷載的巖土層。,,二．地基基礎的重要性,2地基基礎的重要性,基礎工程圖例,7/75,地基與基礎是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設計和施工質量直接關系到建筑物的安危!地基基礎問題往往是影響投資和制約工期的主要因素，約占總造價和總工期的1/3。軟土和復雜情況要高于這個比例。橋梁占50%～70%。,8/75,我國建筑市場問題多，豆腐渣工程。基礎工程首當其沖,因為是隱蔽工程，偷工減料容易。18%以上新建工程為不合格工程，一般病害的機率為10%-30%基礎工程中設計失誤40%,施工問題60%,包括*勘探不清*地基基礎方案不當，*不均勻沉降*管理混亂：無照設計，偷工減料，層層轉包回扣，技術力量不足,,9/75,工程事故有三類：1)規(guī)范允許的破壞，如自然災害和地質災害導致的超過設計標準的荷載2)對特殊情況的認識不足，基本概念不清楚3)違背勘察、設計、施工、管理規(guī)范,加拿大特朗斯康谷倉,事故：建成后初次存放谷物時：1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜27西端下沉7.32m東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損,概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎，厚61cm，埋深3.66m。1911年動工，1913年完工，自重20000T。,工程事故,1940年在軟粘土地基上的某水泥倉庫的傾覆,地基破壞,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.51360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動工,原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度較低，變形較大。,,,,,1590:伽利略在此塔做落體實驗,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進行地基處理目前:已向游人開放。,處理措施,比薩斜塔,14/75,三種方案都可以,要做方案的技術經(jīng)濟比較。,,雜填土,軟土,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,好土,,如何設計地基基礎?,15/75,地基基礎設計必須滿足幾個條件：,（1）強度條件(strength)：設計荷載不超過地基的承載力。（2）變形條件(deformation):地基變形量不超過規(guī)范允許值。(3)基礎結構本身條件：有足夠的強度和剛度。,16/75,投資風險和效益的綜合考慮開挖是否支護,八十年代以來高層建筑大量修建，深基坑開挖比較普遍，開挖是否支護？這類問題通常是有風險有效益,因為是臨時工程，投標較低，伴以事故發(fā)生，土釘支護事故率50%工程實例：1.蘭旗營住宅－開挖九米無支護，周圍沒有建筑物2.大廈，采用地下連續(xù)墻和三排錨桿結合,17/75,大廈基坑,,18/75,工期節(jié)約工期可以早收益。費用與效益綜合考慮。王府井地區(qū)的改造，因為寸土寸金。預壓固結不做砂井，固結要2年；做砂井，只需要3個月,19/75,研究土體在工程建筑作用下的應力、變形和強度規(guī)律的一門學科。,土力學是進行地基基礎設計的理論基礎。,20/75,,土在工程上的作用：,作為建筑物的地基（foundations）,作為建筑材料(constructmaterial),作為建筑物周圍的介質環(huán)境(entironment),21/75,土力學應用－地基與基礎,22/75,,,王府井京廣廣場,土力學應用－基坑工程,23/75,土力學應用－地鐵工程,24/75,HgsfjordcrossingTunnelhelddownbyanchorsandtethersLength:1400mMax.waterdepth:155mMax.depthtorock:~350m,土力學應用－海底隧道,25,土力學應用－海洋平臺,26/75,3.巖土工程(Geotechnicalengineering),1．巖土工程的定義：以土力學、巖石力學、工程地質學和地基基礎工程學為理論基礎，以解決和處理在工程建設中出現(xiàn)的所有與巖土體有關的工程技術問題的一門地質和工程緊密結合的新專業(yè)學科?！詭r土工程勘察規(guī)范（GB50021-94）,27/75,概括為三個層次的含義：,巖土工程是以巖土力學、工程地質學、地基基礎工程學為基礎，并與工程密切結合的綜合性學科巖土工程以巖土的利用、整治或改造作為研究內(nèi)容巖土工程貫穿于各類土木工程的勘察、設計與施工的全過程，是土木工程的組成部分,28/75,工程地質是巖土工程分析的條件。巖土力學是定量評價的理論基礎。地基基礎工程設計與施工是土木工程專業(yè)的工作內(nèi)容。,2.巖土工程相關學科之間的關系,29/75,巖土地基工程巖土邊坡工程巖土支護工程巖土洞室工程巖土環(huán)境工程,3.巖土工程類型,30/75,4.巖土工程的工作內(nèi)容,巖土工程勘察巖土工程設計巖土工程治理巖土工程監(jiān)測巖土工程監(jiān)理,31/75,5.巖土工程的工作方法和手段：,調(diào)查勘察試驗測定分析計算方案論證監(jiān)測控制反演分析修改定案,數(shù)學模擬物理模擬原位測試,32/75,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,基礎設計,6.巖土工程工作的一般程序,地質模型（平、剖面圖）,地基巖土體的地質特征、地層、巖性、地下水等,條件,巖土物理力學性質,自重應力滲流應力,地基巖土體的強度（承載力）,地基巖土體變形量,地基的穩(wěn)定性評價與計算,處理措施,基底壓力,巖土體中的附加應力,巖土體中應力,強度變形,穩(wěn)定性評價處理,設計的荷載（P）、基礎形式,6巖土工程一般程序,33/75,7.與巖土相關的工程問題,抗剪強度問題（穩(wěn)定）變形問題滲透與滲透破壞,34/75,（1）強度問題:,天然與人工邊坡的滑坡,地基破壞、液化,土壓力與擋土結構破壞,基坑與地下工程倒塌,挪威：高靈敏性土的破壞－滑坡,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡６7人。,原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，滲透力使滑動力增加，安全系數(shù)下降。,香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20傷),PoShanRoad,ConduitRoad,NotewellRoad,Early1972滑坡前,,,39/75,基坑失事的事例,廣州京光廣場工程基本情況：長300m,寬34m,深15m。D=1.2m。懸臂式護坡樁。事故情況：先發(fā)生0.5~1.0m水平位移,凌晨1時,臨時工棚傾入坑內(nèi),3人死亡,17人受傷。原因：懸臂太長,應加錨,廣州京光廣場基坑倒塌,京光廣場基坑支護結構的破壞,42/75,珠海祖國廣場(與澳門相對)基坑深16.2m,地下連續(xù)墻,厚80cm.逆作法鋼支撐1998年5月,墻內(nèi)移,鋼支撐變形過大而崩出;5月6號下午4:30,倒塌,兩棟樓倒塌進基坑,5人受傷.原因:超挖及地下水,,珠海祖國廣場基坑垮塌淹水,廣東環(huán)市東路土釘墻塌方,天河北土釘事故,液化引起的公路破壞,1995年日本阪神地震中的房屋傾斜,阪神地震液化引起的儲油罐傾斜,阪神地震液化引起的河道破裂,阪神地震液化引起道路塌陷,碼頭擋土墻之后地面由于液化而下沉,阪神地震中樁基上房屋周圍填方地基液化后的沉降,1999年9月21日臺灣大地震液化與地基破壞,1999年9月21日臺灣大地震地表破壞,1999年9月21日臺灣大地震引起山體滑坡,56/75,（2）變形問題,沉降與不均勻沉降,關西機場世界最大人工島,1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m,關西機場,設計時預測沉降：5.7－7.5m完成時實際沉降：8.1m，5cm/月(1990年)預測主固結完成：20年后比設計超填：3m,問題：沉降大且有不均勻沉降,蘇州虎丘塔,不均勻沉降造成的嚴重傾斜,地基嚴重下沉------上海工業(yè)展覽館,墨西哥某宮殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降達2.2米，存在明顯的沉降差。,由相鄰建筑物引起的沉降破壞,kiss,63/75,（3）滲透破壞問題,流土、管涌凍脹溶蝕,建于1989年71米高265米長1993年8月7日垮壩死亡300余人,滲透破壞:青海溝后水庫的潰口—,1998年長江大堤,武漢丹水池堤防搶險,1998洪水,1998年洪水中各種險情6000余處,,,(a)管涌,(b)散浸,(e)塌坡,,(g)漫頂,,,,,(c)滑坡,(d)空洞,,,(f)崩岸,隱患與險情,管涌與流土,(a),1998年九江潰堤,九江大堤決口,潰口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口,又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。,73/75,1998年石首崩岸,潰堤：湖北，簰州灣，1998年8月2日,,上海軌道交通四號線,越江隧道工程,(一)工程概況,浦東南路站～南浦大橋站區(qū)間隧道工程是上海市重大工程項目――軌道交通四號線工程的一個重要組成部分。浦東南路站到南浦大橋站區(qū)間隧道上行線長2001M，下行線長1987M，其中江中段440M。區(qū)間隧道頂最大埋深為37.7M，隧道中心線水平距離為10.984M，隧道最大坡度為3.2%。,,盾構從浦東向浦西推進，在穿越黃浦江后經(jīng)防汛墻、外馬路、文廟泵站、音像制品批發(fā)交易市場進入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行線逐漸由水平同向推進轉為垂直同向推進直至浦西南浦大橋站。圖中用深顏色表示的就是本次事故的發(fā)生區(qū)域。,,風井,工程地質,從地質報告中可知道在30M深度以下，地層為第七層(⑦1層、⑦2層)，該土層砂性重，透水性好，易液化。聯(lián)絡通道位于第七土層，同時該土層為上海第一承壓水層，承壓水最高水位為地面以下7.58M，最高水頭為21.7M。,(三)參建各方,投資單位,建設單位,建設代理單位,設計單位,施工總包單位,施工分包單位,監(jiān)理單位,上海申通集團有限公司,上海軌道交通明珠線（二期）發(fā)展有限公司,上海地鐵建設有限公司,上海市隧道工程軌道交通設計研究院,上海隧道工程股份有限公司,北京中煤礦山工程公司,上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司,,,,,,,,(一)險情情況,7月1日,凌晨，聯(lián)絡通道發(fā)生流沙涌水，導致隧道上下行線嚴重積水，進泥沙。同時以風井為中心的地面開始出現(xiàn)裂縫、沉降。,6：00，音像樓發(fā)生明顯變形，墻面開裂，房屋開始傾斜。,7：30，地面裂縫明顯加劇，沉降加快。文廟泵站明顯沉降、傾斜，風井也明顯沉陷。,9：00音像樓裙房發(fā)生二次突沉，并部分坍塌，大樓繼續(xù)傾斜，墻面開裂加劇。,15：00以風井為中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范圍擴展到董家渡路、中山南路、外馬路、防汛墻。,20:00，防汛墻也開始出現(xiàn)裂縫，沉降進一步發(fā)展。,7月2日-3日，隧道險情在進一步發(fā)展和擴大,隧道內(nèi)繼續(xù)大量進水，水位上漲速度較快，約每小時漲移15M。管片損壞程度進一步擴展，并有管片連接螺栓繃斷，響聲傳出。,地面沉陷的范圍和深度在進一步擴大，以風井為中心的地面從沉陷漏斗發(fā)展成塌陷區(qū)，最深達4M，臨江大廈門口地面塌陷最深處約2M，董家渡路沉陷達1M，中山南路明顯下沉，地面開裂發(fā)展加快。,音像市場傾斜加劇，樓板斷裂；文廟泵站發(fā)生突沉；臨江花苑大廈沉降速率加快，沉降量達12.2mm，地下室出現(xiàn)裂縫。,河床嚴重擾動、下沉、滑移，近30M防汛墻倒塌，近70M防汛墻結構嚴重破壞，黃浦江水沖向風井，并由風井進入地下隧道，加劇險情發(fā)展。,臨江花苑門口地面塌陷,文廟泵站突沉,82/75,課程性質：本課程是土木工程管理專業(yè)的一門技術基礎課。前修課程：材料力學、水力學、彈性力學后續(xù)課程：建筑施工課程特點：內(nèi)容廣、計算量大、實踐性強。學習要求：重視理論聯(lián)系實際，重視地質勘察和試驗，注意各行業(yè)、各地區(qū)巖土工程概預算標準的不同。,四.本課程特點和學習方法,83/75,課程安排：32學時試驗內(nèi)容：容重、含水量、塑液限、壓縮、直剪作業(yè)要求：課堂測驗和課后作業(yè)相結合，每周一次。考核方式：1.考勤，占15分。每缺1次扣5分。2.作業(yè)，占15分。3.期末考試，占70分。,