《岩土力学》PPT课件.ppt
《《岩土力学》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《岩土力学》PPT课件.ppt(214页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、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
2、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
3、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
4、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 土坝工程,(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
5、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,2 土坝工程,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,(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,3 地下水电站建设中的岩土工程,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
6、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,3 地下水电站建设中的岩土工程,地下洞室的稳定判据:以岩体的屈服、变形、状态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,作用三:铁路建设中的岩土工程,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
7、件下的铁路工程风沙地区的铁路工程,作用三:铁路建设中的岩土工程,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,作用四:港口建设中的岩土工程,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、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,作用四:港口建设中的岩土工程,用袋装砂井和塑料纸板排水处理淤泥
8、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,作用四:港口建设中的岩土工程,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,作用五:城建中的环境岩土工程,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,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
9、型加固材料加速工程进度,提高工程质量,作用五:城建中的环境岩土工程,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,任务,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,解决岩土工程问题的方法和措施,岩土力学的研究方法,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
10、定、理论计算、科学试验与理论分析相结合的方法,岩土力学的发展简史,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。,土力学的发展简史,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、水利工程 土坡稳定问题半经验分析阶段,土力学的发展简史,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
11、,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。,岩石力学的进展和动向,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
12、分析和现场判断,加强专家系统的建立工作,岩土力学的学习方法,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。,岩土力学与其它课程的关系,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。,第一章 岩土的物理
13、性质及工程分类 1.1 岩土体的特性,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。,土的来源,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 致使岩石的矿物成分发生变化 水化
14、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。,土的种类,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),河流沉积土,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,风积土,黄土典型
15、特点:湿陷性,所谓湿陷性指黄土未浸水时,含水率低,一般10%左右,仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载,可一旦湿水,其胶结强度会迅速降低,会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉,黄土的这种性质称为湿陷性。,冰川沉积土,未经水流搬运,直接从冰层中搁置下来的冰碛土。其特点是:不成层,性质一般不均匀,可作为土石坝的不透水材料,而化学胶结的冰碛土具有很高的密实性,常常是极好的建筑物地基。冰水冲积土:由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土,具有与河流冲积土类似的性质,是优良的透水材料和混凝土骨料,土的生成物理风化,土的生成化学风化,砂粒与粘粒,土层分布示意,特殊土,土的三相组成,土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所
16、组成,而孔隙中通常存在着水和空气两种物质,因此,土是固体颗粒、水、空气组成的混合物,常称为土的三相系。根据研究组成土的三个部分固相、液相和气相所占用的比例不同对土的工程性质有着很大的影响。固相:土粒、粒间胶结物、有机质 骨架液相:水及其溶解物气相:空气及其他气体饱和土:土骨架孔隙全部被水占满时。干土:土骨架的孔隙仅含空气湿土:地下水位以上,地面以下一定深度内兼含空气和水,属三相系,称为湿土。,一、土的固相,(一)、成土矿物(二)、土粒的粒组(三)、土粒的分析方法(四)、土粒的级配,成土矿物,土是岩石风化的产物,土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用,一般可分为两类:原生矿物:石
17、英、长石、云母;岩石物理风化生成的土粒,土粒较粗,多呈浑圆状、块状或板状,吸附水的能力较弱,性质稳定,无塑性次生矿物:化学风化的产物,性质与母岩完全不同,一般为粘土矿物,成土矿物,砂粒一般由石英构成,其次是长石、云母,当砂土中含有大量呈片状的云母时将,粘粒包含由次生矿物构成的极细土粒,粘粒含量增加,土的透水性减小,可塑性和压缩性增高。,土粒的粒组,天然土由无数大小不同的土粒组成,逐个研究它们的大小是不可能的,统称是将工程性质相近的土粒合并成一组称为粒组,漂石粒卵石粒 砾 粒砂 粒粉 粒粘 粒胶 粒巨粒组 d60mm粗粒组 60mm0.075mm细粒组 d0.075mm,土粒的粒组,土粒的分析方
18、法,土的性质取决于各不同粒组的相对含量。为了确定各粒组的相对含量,必须用试验方法(颗分试验)将各粒组区分开来,最常用的颗分试验方法有筛分法和比重计法两种。,筛分法:适用于粒径大于0.075mm的土,利用一套孔径由大到小的筛子,将事先称过质量的干试样放入筛中,经过充分震摇后,把留在各级筛上的土粒分别称量,算出小于某粒径的土粒含量,用以确定土中各粒组的土粒含量,筛分法:适用于粒径大于0.075mm的土,比重计法:适用于粒径小于0.075mm的土,比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。将一定质量土浸入水中搅拌成悬液,搅拌停止后,土粒便开始下沉,悬液的浓度随之发生
19、变化。利用特制的密度计,在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量,绘出级配曲线。,比重计法:适用于粒径小于0.075mm的土,颗粒分析试验曲线,试验结果可绘制在半对数纸上纵坐标:小于某粒径的土粒含量横坐标:使用对数尺度表示土的粒径,可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来,尤其能把占总重量少,但对土的性质可能有总要影响的颗粒部分清楚地表达出来,颗粒分析试验曲线,颗粒分析试验曲线,颗粒分析的先进方法激光颗分,土粒的级配 级配的概念,土的级配 指土中各粒组的相对含量,用土粒总重的百分数表示 正常级配:土的颗粒大小分布是连续的,曲线坡度是渐变的 不连续级配:土中缺乏某些粒径
20、的土粒,曲线出现水平段 级配良好:粒径分布曲线形状平缓,土粒大小分布范围广,土粒大小不均匀 级配不良:粒径分布曲线形状较陡,土粒大小分布范围窄,土粒均匀,土粒的级配级配的概念,为了判别土粒级配是否良好,常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标来描述粒径曲线的坡度和形状。,分别为粒径曲线纵坐标上小于某粒径含量10、30、60时所对应的粒径,有效粒径,控制粒径,土粒的级配颗分曲线分析,土的粒径范围窄,分布曲线陡,d10和d60靠近,土的不均匀系数小,表示土粒均匀 土的粒径范围宽,分布曲线缓,d10和d60相距远,土的不均匀系数大,表示土粒不匀Cu大 不均匀 有细粒土填空 压密度大 Cu小 均匀 无
21、细粒土填空 压密度小,土粒的级配颗分曲线分析,对于级配不连续的情况,有时Cu虽然大,但渗透稳定性一样不好,故Cu虽大,但并不表明土粒级配良好,还要用Cc来衡量,Cu和Cc描述了级配曲线整体特征,可描述土级配的好坏。,Cc大,Cc小,台阶分布在,台阶分布在,土粒的级配颗分曲线分析,级配的好坏由土粒的均匀程度和粒径分布曲线的形状去定。,规范规定:,同时满足,级配良好,二、土的液相,土的液相是水及各离子的溶液,其含量及性质明显地影响土,尤其是粘性土的性质,如增加水量,可使土地状态由坚硬变为可塑,甚至成为流动状态的土浆。土中水可分为结合水、自由水,结合水:土粒矿物内部的水,存在矿物结晶中的水,只有在高
22、温(大于105)下,才能使之从矿物中析出,故可将它视作矿物本身的一部分。特点:包围在土颗粒四周,不传递静水压力,不能任意流动,自由水(毛细管水、重力水),自由水指土粒表面引力作用范围之外的水,与普通水一样,受重力支配,能传递静水压力并具有融解作用。,自由水毛细管水,土中孔隙,细水通道,自由水上升,毛细管水,表面张力,重力,毛细管水上升高度的影响因素,孔隙大小和形状 粒径尺寸 水的表面张力,毛细管水假凝聚力,毛细管压力,负孔隙水压力,可使土粒相互挤紧,可使无粘性土也象有粘聚力似的。由毛细管压力所造成无粘性土间的连接力,称之为假粘聚力。,沙坑倒塌,重力水,重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的
23、自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力,能传递静水和动水压力,并对土粒起浮力作用。应当指出,水是土的一个重要组成部分。根据实用观点,一般认为它不承受剪力,但能承受压力和一定的吸力;同时,说的压缩性很小,在通常所遇到的压力范围内,它的压缩量可以忽略不计,三、土的气相,与大气相通,无影响,易挤出,与大气不相通(空气、水气、天然气),压力作用下可压缩或融解,封闭气体对土的性质有较大影响,导致渗透性减小,弹性增大,拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。,岩石是由矿物的组成的,按成因岩石可划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。成因类型不一样,差别也很大,因此,工程性质极为多样。1)岩浆岩的性质岩
24、浆岩具有较高的力学强度,可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各类岩石的工程性质差异很大。,1.1.2 岩(石)体的特性,碎屑岩的工程地质性质一般较好,但其胶结物的成分和胶结类型影响显著;粘土岩和页岩的性质相近,抗压强度和抗剪强度低,受力后变形量大,浸水后易软化和泥化;化学岩和生物化学岩抗水性弱,常具不同程度的可溶性。常常导致地基和边坡的失稳。,沉积岩的性质,变质岩的工程性质与原岩密切相关,往往与原岩的性质相似或相近。变质岩的片理构造(包括板状、千枚状、片状及片麻状构造)会使岩石具有各向异性特征,水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。岩体是地壳表层圈层,经建造
25、和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。岩体在一般情况下是非均质的、各向异性的不连续体。,变质岩的性质,岩石的密度岩石密度(rock density)是指单位体积内岩石的质量,单位为g/cm3。它是研究岩石风化、岩体稳定性、围岩压力和选取建筑材料等必需的参数;岩石密度又分为颗粒密度和块体密度:,1.2.2 岩石的基本物理性质,颗粒密度岩石的颗粒密度(s)是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。它不包括空隙在内,因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。岩石的颗粒密度属实测指标,常用比重瓶法进行测定。,物理性质:,1.2.2 岩石的基本物理性质,块体密度块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 岩土力学 岩土 力学 PPT 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-5501456.html