工程地质与地基基础.ppt

1、 主讲： 蔡燕燕 email： Tel： 18959267838 一、一、 土力学、地基及基础的有关概念土力学、地基及基础的有关概念 1 土力学-研究土的应力、变形、强度和稳 定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学 分支称为土力学。 2 地基支撑建筑物荷载、且受建筑物影响 的那一部分地层称为地基。 3 基础-建筑物向地基传递荷载的下部结构 就是基础。 地基与基础示意图地基与基础示意图 地基类型：地基类型： 地质分类：土基和岩基 设计施工：天然地基与人 工地基 地基基础设计的先决条件：地基基础设计的先决条件： 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘 察，充分了解、研究地基土(岩)层的成因及

2、构造、 它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在(或 可能发生)影响场地稳定性的不良地质现象(如滑 坡、岩溶、地震等)，从而对场地件作出正确的评 价。 地基基础设计的两个基本条件：地基基础设计的两个基本条件： (1)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力， 保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备； (2)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值， 保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常 使用。 绪论 1、工程地质 2、土的物理性质及工程分类 3、土的压缩性与地基沉降计 算 4、土的抗剪强度与地基承载 力 5、土压力与土坡稳定 6、 7、天然地基上浅基础的设计 8、桩基础与深基础 9、

3、学习要求：学习要求： 学习和掌握土的应力、变 形，强度和地基计算等土 力学基本原理； 学习和掌握浅基础和桩基 础的设计方法； 熟悉土的物理力学性质的 原位测试技术以及室内土 工试验方法； 重视工程地质基本知识的 学习，了解工程地质勘察 的程序和方法，注意阅读 和使用工程地质勘察资料 能力的培养。 比萨斜塔地基不均匀沉降比萨斜塔地基不均匀沉降 苏州虎丘塔苏州虎丘塔 落成于宋太祖建隆二年落成于宋太祖建隆二年 （公元（公元961961年），距今已年），距今已 有有10361036。全塔。全塔7 7层，高层，高 47.547.5米。平面呈八角形。米。平面呈八角形。 青砖砌筑。青砖砌筑。 1980198

4、0年时，塔身已向东年时，塔身已向东 北方向严重倾斜，塔顶离北方向严重倾斜，塔顶离 中心线已达中心线已达2.312.31米。底米。底 层塔身出现不少裂缝。层塔身出现不少裂缝。 宝塔倾斜为宝塔倾斜为地基覆盖层相地基覆盖层相 差悬殊差悬殊等原因造成。等原因造成。- 新闻摘要： 近来，汉口香港路九运长福公寓一栋14层高的 居民楼，因地基下沉约10厘米，楼体发生倾斜，墙体出现 拳头大的裂缝，这让楼内百余住户忧心忡忡。据不完全统 计，近一年来，媒体相继曝光武汉14起地基下沉引起的房 屋开裂、倾斜现象。 2010年，兰州市，栋楼近日相继出现地基下沉、房屋严重裂 缝等现象， 地基下沉面积目前已经达平方米。原因

5、： 院内的自来水管爆裂后自来水渗入地下所致 20032003年年7 7月月1 1日凌晨发生的上海轨道交通日凌晨发生的上海轨道交通4 4号线事故号线事故 直接经济损失达直接经济损失达1.51.5亿元亿元 上海地铁上海地铁4 4号线施工引起黄浦江防汛墙断裂号线施工引起黄浦江防汛墙断裂 土体滑坡 1.1 概述 工程地质是一门独立的学科，研究地质与建筑物的关系 1.1.2 建筑场地的形成 建筑场地的地形、地貌和组成物质的成分、分布、厚 度与工程待性，取决于地质作用。 地质作用地质作用 - -导致地壳成分变化和构造变化的作用： 1. 内力地质作用 2外力地质作用 上述两种地质作用互相联系，互相抵消，是矛

6、盾的二 个方面。例如：地壳上升与剥蚀，地壳下降与沉积，形成 各种地形称为地貌。地表形态按其不同的成因，划分为 相应的地貌单元。 1.1.3 1.1.3 地质年代地质年代 1.太古代距今1800一2700百万年， 2.元古代早元古代距今950一1800百万年； 晚元古代(长城纪、蓟县纪、青白口纪、震旦纪) 3.古生代早古生代(寒武纪、奥陶纪、志留纪)，距今400一600 百万年 晚古生代(泥盆记、行炭记、二叠纪)，距今225400 百万年 4.中生代三叠纪、抹罗纪、白垩纪，距今70一225百万年。 5.新生代早第三纪(古新世E1、始新世E2、渐新世E3)，距今 2570百万年 晚第三纪(中新世N

7、1、上新世N2)，距今2一25百万年， 第四纪Q(早更新世Ql、中更新世Q 2、晚更新世Q3)距 今（1.2 200）万年；全新世Q4距今小于1.2万年。 地层年代 代 纪 世 期 地质单位 界 系 统 层 1.2 1.2 矿物与岩石矿物与岩石 一种或多种矿物的集合体 岩 石 地壳中天然生成的自然元 素或化合物，它具有一定 的物理性质、化学成份和 形态 矿 物 1.2.1 1.2.1 主要造岩矿物主要造岩矿物 组成岩石的矿物称为造岩矿物。 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理 、比重等特征为依据 1.2.2 1.2.2 岩石岩石 1.岩

8、石的类型 1）岩石按成因分为三类 岩浆岩、沉积岩、变质岩 2）岩石按坚固性分为二类 硬质岩石、软质岩石 3）岩石按风化程度分为四等 未风化、微风化、中等风化、强风化 2.岩石的性质 重度、比重、抗压强度、弹模、承载力 1.3 1.3 第四纪沉积层第四纪沉积层 根据岩屑搬运和沉积的情况，第四纪沉积层分： ：母岩经风化、剥蚀，未被搬运残留在原地的岩石碎 屑，称为残积层。 ：雨水和融雪洗刷山坡，将岩屑顺斜坡搬运到较平缓 的山坡或山麓处堆积而成。 ：暴雨或融雪形成山洪急流，冲刷搬运岩屑至山谷口 与山前倾斜处堆积而成。 洪积扇区 ：由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带 所形成的沉积物称为冲积层。

9、 1平原河谷冲积层 2山区河谷冲积层 3山前平原冲积洪积层 4三角洲沉积层 平原河谷横断面 山区河谷横断面 ： 海相沉积层(如图1.6所示)按分布地带分为 1滨海沉积物：海水高潮与低潮之间的地区，称为滨海地区。此 地区的沉积物主要为卵石、圆砾和砂土，有的地区存在粘性土夹层 。 2大陆架浅海沉积物 海水的深度200m，平均宽度 75km地区。此地区沉 积物主要是细砂、粘性土、淤泥和生物沉积物。离海岸近，沉积物 颗粒粗；离海岸远，颗粒细。沉积物具层理构造，密度小，压缩性 高。 1湖相沉积层：湖泊沉积物称为湖相沉积层，分两部分： (1)湖边沉积层以粗颗粒土为主。 (2)湖心沉积层为细粒土，包括粘土和

10、淤泥，有时夹粉细砂 薄层的带状粘土。 2沼泽沉积层 湖泊逐渐淤塞和陆地沼泽化演变成沼泽。沼泽沉积物即沼泽 土，主要为半腐烂的植物残余物积累形成的泥炭，其含水量极高， 透水性很小，压缩性很大。 除了上述六类沉积层以外，还有由冰川和风的地质作用 形成的沉积层。 1.41.4不良地质条件不良地质条件 不良的地质条件往往导致建筑物地基基础发生事故 1.4.1 断层 定义：岩层在地应力作用下形成断裂构造，断裂面两 侧的岩体显著发生相对位移，称为断层。断层显示地壳 大范围错断。 1.4.2 岩层节理发育的场地 定义：岩层在地应力作用下形成断裂构造，但末发生相 对位移时称为节理。通常节理的长度仅数米。互相平

11、行 的节理称为一组节理。 1.4.3 滑坡 我国人口13亿，占世界人口的 22，耕地仅占 世界耕地的6。因新建工厂、住宅与道路等，耕地越 来越少。国家要求新建大工厂企业靠山进山不占良田。 因此，山坡稳定性问题更加突出。 山坡失稳的原因：一般天然山坡经历漫长的地质年 代，已趋稳定。由于人为和自然的原因，原来稳定的山 坡可能失稳而滑动。 20052005年年0505月月9 9日山西吉县发生山日山西吉县发生山 体滑坡事故体滑坡事故2424人被埋。滑坡塌人被埋。滑坡塌 方长度二百五十米，高度八十方长度二百五十米，高度八十 米，土方量六十五万余方米，土方量六十五万余方 。 1.4.4 河床冲淤 平原河道

12、往往弯曲，凹岸受水流冲刷坍塌，危及岸上 建筑物安全；凸岸水流速慢，产生淤积。河岸的冲淤在 多砂河上尤为严重。 1.4.5 岸坡失稳 河、湖、海岸在自然环境中通常是稳定的，若在岸 边修建筑物，增加了工程的荷重，可能使岸坡失稳。若 地基土质软弱，还应考虑在地震动荷作用下，土的抗剪 强度降低，岸坡可能产生滑动。 1.4.6 河沟侧向位移 小河沟的宽和深虽仅数米，但若靠近河沟修建 筑物，若地基土为含水量高密度低的粘性土，则地基可 能向河沟方向侧向位移，导致工程发生倾斜或墙体开裂 事故。 1.5 1.5 地下水地下水 1.5.1 地下水对工程的影响 1基础埋深 2施工排水 3地下水位升降 4地下室防水

13、5. 水质侵蚀性 6空心结构物浮起 7承压水冲破基槽 1.5.2 地下水分类 地下水按埋藏条件分为: 1.上层滞水 积聚在局部隔水层上的水。这种水靠雨水补给，有季 节性。上层滞水范围不大，存在于雨季，旱季可能干涸 。工程地质勘察时应注意与潜水区分。 2潜水 潜水由雨水与河水补给，水位有季节性变化。埋藏 在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上具有自由水 面的重力水称为潜水。潜水的埋藏深度各地不同。地面 至潜水面的铅直距离hw为地下水的埋藏深度。 3.承压水 埋藏在2个连续分布的隔水层之间完全充满的有压的 地下水称为承压水。 1.5.3 地下水位 1.5.4 地下水的运动 土的渗透性：地下水在重力

14、作用下，由高向低通过土颗 粒之间孔隙的流动。 计算地基沉降速率，进行地下水位以下施工，计算涌水 量、选择排水方法等都需要土的渗透性指标。 关于地下水的运动规律和地下水运动对工程的影响阐述 如下： 1达西定律： 法国学者达西于1856年通过砂土的 渗透实验，发观地下水的运动规律，称为达西定律。 实验筒中部装满砂土，左端顶部注水至固定高度，试样 两端各装一支测压 管，测得两支测压管水位差为h，右端底部留一个排水口 ，下接一个盛水容 器。实验开始：经历时间 t 秒钟，水通过砂土试样的渗 流量即盛水容器 t秒钟所 接水量Q。 达西渗透实验 实验筒中部装满砂土，左端顶部注水至固定高度，试样两端各装一支测

15、压 管，测得两支测压管水位差为h，右端底部留一个排水口，下接一个盛水容 器。实验开始：经历时间 t 秒钟，水通过砂土试样的渗流量即盛水容器 t秒钟所接水量Q。 渗透系数k的确定方法：大工程采用试验实测；中小 工程可用经验值，根据土的名称、土的密度等实际条件， 选用表12中相应的数值 2动水力 静水作用在水中物体上的力称为静水力，水流动时作用 的力与此不同，为动水力。 (1)定义 流动的水作用在单位体积土的骨架的力称为 动水力。动水力是体积力，单位是kNm3，而非作用在 土体表面的压力(kNm2)。动水力与水流受到土骨架的 阻力大小相等方向相反。 (2)计算公式 动水力等于水力坡降乘以水的重度。

16、 3流土（砂）与管涌（潜蚀） (1)流砂 地下水由上向下流动，动水力方向与重力方向一致，土颗粒压紧 ，对工程利。 若水流由下向上，动水力方向与重力的相反，则使土颗粒悬浮。 当动水力等于或大于土浮重度时，砂土随水流动，称为流砂。 临界水力坡降，即将产生流砂的水力梯度。 基槽开挖遇地下水，常采用排水沟明排的方法，此时地下水流动 的方向向上，可能产生流砂，应引起重视。 (2)潜蚀 当地下水流动的水力坡降很大，水流由层流变为紊流，动水力可 把土体粗粒孔隙中的细粒土冲走，破坏土的结构，这种作用称为潜 蚀。长期潜蚀的结果，形成地下土洞，土洞由小逐渐扩大，可导致 地表塌陷。美国亚拉巴马州的伯明翰，因潜蚀发生大小坍坑一千多 个。我国湖南省也发生坍坑数百个，最大的一个坍坑长84m，宽 44m，深27m。 1.5.5 地下水水质 地质勘察报告中应说明地下水对混凝土有否侵蚀性，如 有的话，要注意基础材料的选用。