《岩土工程勘察与设计》课件

岩土工程勘察与设计本课程将深入探讨岩土工程勘察与设计，涵盖从勘察方法到设计原理，并结合实际案例分析，帮助您掌握岩土工程基础知识，提升专业技能课程简介岩土工程的重要性工程基础安全保障经济效益岩土工程是所有土木工程的基础，为建岩土工程勘察与设计直接关系到工程的科学合理的岩土工程勘察与设计可以优筑物、道路、桥梁等工程提供稳定的地安全性，确保工程结构的稳定性，防止化工程方案，降低工程成本，提高工程基和支护系统工程事故发生效益岩土工程勘察的目的与意义了解地质条件确定工程方案12通过勘察获取地下土层、岩层分布、物理性质、水文地质根据勘察结果选择合适的工程方案，例如地基基础类型、等信息，为工程设计提供可靠数据边坡支护方式等控制工程质量预测工程风险34勘察结果为工程施工提供指导，确保工程质量达到设计要通过勘察识别工程可能存在的风险，例如地质灾害、地下求水变化等，并制定相应的防治措施勘察阶段划分及勘察等级确定初步勘察1主要进行地质调查，初步了解地质条件，确定勘察等级详细勘察2进行更深入的勘察，获取详细的地质资料，为工程设计提供依据施工勘察3在施工过程中进行的勘察，解决施工中遇到的具体问题，确保工程质量岩土勘察规范体系介绍国家标准行业标准《岩土工程勘察规范》（GB《建筑地基基础工程施工质量验50021-2001）收规范》（GB50202-2009）地方标准各地制定的地方岩土工程勘察规范勘察前的准备工作资料收集现场踏勘方案制定人员配备收集项目区的地形、地质、水对项目区进行现场踏勘，了解制定勘察方案，包括勘察方法组建勘察队伍，配备专业的勘文等相关资料地质条件，选择勘察点位、勘察深度、测试项目等察人员和设备初步勘察阶段的任务与内容地质调查钻探12收集资料，了解区域地质情况，确定勘察等进行少量钻探，获取土层分布、岩性等信息级资料分析测试43分析收集的资料，初步评估地质条件进行少量原位测试，例如标准贯入试验详细勘察阶段的任务与内容钻探进行大量的钻探，获取详细的土层信息原位测试进行多种原位测试，例如静力触探、波速测试等室内试验对采集的土样进行室内试验，确定土的物理性质、力学性质等资料整理整理、分析勘察数据，编写勘察报告施工勘察阶段的任务与内容解决施工问题解决施工过程中遇到的地质问题，例如地下水涌出、土层变化等控制施工质量监测施工过程中地基的沉降、变形等情况，确保工程质量优化施工方案根据勘察结果，调整施工方案，提高施工效率和质量勘察报告的编写与审核项目概况工程名称、地点、规模等勘察方法采用的勘察方法、测试项目等勘察结果土层分布、岩性、物理性质、水文地质等工程建议对工程设计的建议，例如地基基础类型、边坡支护方案等现场勘察方法钻探方法介绍钻孔方法取样地质记录根据土层性质和勘察深度选择合适的钻根据勘察目的和土层性质选择合适的取记录钻孔深度、土层颜色、结构、含水孔方法，例如回旋钻、冲击钻、旋挖钻样方法，例如扰动取样、原状土取样量等地质信息等标准贯入试验（）原理与SPT应用原理用标准锤击打标准贯入锤，测定锤击次数，判断土层的密实程度应用用于确定土层的密实度、估算地基承载力、判断土层的类别等优点操作简单、成本低廉、便于现场进行缺点受土层性质、锤击能量的影响较大，准确性有限静力触探试验（）原理与应用CPT原理1利用锥形探头以恒定速度压入土层，测定探头阻力，判断土层的物理性质应用2用于确定土层的类别、密实度、抗剪强度、沉降特性等优点3连续测定，不受土层性质的影响，精度较高缺点4设备较复杂，成本较高，难以在深层土层进行波速测试方法与应用方法应用利用地震波在土层中的传播速度，判断土层的物理性质用于确定土层的类别、密实度、弹性模量、液化潜势等优点缺点测试速度快，不受土层性质的影响，可以测定深层土层设备要求较高，成本较高，对测试环境要求较高原位测试数据处理与分析数据校正数据分析图表绘制报告编写对原位测试数据进行校正，消对校正后的数据进行分析，确绘制图表，直观展示勘察结果将数据分析结果编写成勘察报除仪器误差、环境影响等定土层的物理性质和力学性质告，为工程设计提供依据室内试验方法土工试验概述12物理性质力学性质颗粒分析、密度、含水量等抗剪强度、压缩性、渗透性等3化学性质酸碱度、盐分含量等土的物理性质指标试验颗粒分析密度试验含水量试验确定土的颗粒大小和粒度组成，判断土确定土的密度，用于计算土的重量和体确定土的含水量，用于计算土的干密度的类别积和饱和度土的抗剪强度试验直剪试验三轴试验用于确定土的抗剪强度，适用用于确定土的抗剪强度，适用于砂土、粉土等于粘性土应用用于地基基础设计、边坡稳定性分析等土的压缩性试验原理1在一定压力下，测定土的压缩量，判断土的压缩性应用2用于地基基础设计，预测地基沉降量试验方法3包括固结试验、压缩试验等土的渗透性试验原理应用测定水流通过土体的速度，判断用于地下水渗流计算、基坑降水土的渗透性设计等试验方法包括常水头试验、变水头试验等试验数据的整理与分析数据整理结果分析报告编写对试验数据进行整理，绘制图表，分析试分析试验结果，确定土的物理性质、力学将试验数据和分析结果编写成试验报告，验结果性质等为工程设计提供依据岩土工程设计概述设计原则1安全性确保工程结构的安全稳定性，防止发生事故2经济性选择经济合理的工程方案，降低工程成本3实用性满足工程使用功能的要求，例如承载力、抗变形能力等4可持续性考虑工程对环境的影响，选择环保的材料和技术地基基础设计的基本要求承载力要求沉降控制稳定性要求地基基础必须能够承受上部结构的荷载控制地基沉降量，防止建筑物出现倾斜地基基础必须具有足够的稳定性，防止，防止地基沉降过大、裂缝等问题发生倾覆、滑移等问题基础类型选择的考虑因素地质条件荷载大小12土层性质、岩性、水文地质等上部结构的荷载大小、分布情况等施工条件经济因素34施工场地、施工工艺等基础造价、施工成本等浅基础设计设计步骤地基承载力计算1根据勘察结果，计算地基的承载力，确定基础的尺寸沉降计算2计算基础的沉降量，确保沉降量符合设计要求基础形式选择3根据计算结果，选择合适的浅基础形式，例如独立基础、条形基础、筏板基础基础构造设计4设计基础的尺寸、构造、钢筋配置等地基承载力计算方法经验公式法极限平衡法根据经验公式计算，简单易用，基于极限平衡原理，考虑土体的但精度较低力学性质，精度较高数值模拟法利用有限元分析等方法，可以模拟复杂的地基条件，精度最高沉降计算方法弹性理论法经验公式法数值模拟法基于弹性理论，适用于地基的弹性变形根据经验公式计算，简单易用，但精度较利用有限元分析等方法，可以模拟复杂的低地基条件，精度最高深基础设计桩基础类型介绍预制桩在地面预制，然后打入或灌入土层灌注桩在土层中钻孔后，灌注混凝土旋挖桩利用旋挖钻机在土层中钻孔，然后灌注混凝土复合桩将两种或两种以上类型的桩组合在一起，以提高承载力或适应特殊的土层条件单桩承载力计算方法静载试验法动力公式法理论计算法通过静载试验确定单桩的承载力，精度利用动力公式计算单桩承载力，简单易基于理论计算，考虑桩的尺寸、材料、较高用，但精度较低土层性质等，精度中等群桩效应分析定义影响因素当桩基中的桩排列较密时，桩桩的间距、桩的尺寸、土层性之间会相互影响，导致承载力质等发生变化，这种现象称为群桩效应分析方法包括经验公式法、数值模拟法等桩基础沉降计算单桩沉降计算1计算单桩的沉降量，考虑桩的长度、直径、土层性质等群桩沉降计算2考虑群桩效应，计算桩基的整体沉降量沉降控制3根据计算结果，采取措施控制桩基的沉降量，确保建筑物的安全地基处理方法换填法原理将软弱土层挖除，换填强度较高、具有良好排水性能的土料适用范围适用于软弱土层厚度较小，且填料来源方便的情况优点施工简单、造价低廉缺点需要大量的填料，占用施工场地挤密法（振冲、强夯）振冲法强夯法适用范围利用振动冲击波，使土体颗粒重新排列，利用重锤冲击土层，使土体颗粒重新排列适用于饱和粉土、粘性土等提高土体的密实度，提高土体的密实度注浆法原理将水泥浆、化学浆等材料注入土层，改变土体的结构和性质适用范围适用于处理土层中的裂隙、空洞、软弱层等优点可提高土体的强度、防水性、抗渗性等缺点施工工艺复杂，成本较高加筋土技术原理1在土体中加入增强材料，提高土体的强度和稳定性适用范围2适用于边坡支护、地基加固、挡土墙等优点3施工简单、造价低廉，可提高土体的强度和稳定性地基处理效果检验承载力检验沉降观测渗透性测试进行原位载荷试验，验证地基处理后对地基进行沉降观测，判断处理效果进行渗透性测试，判断处理后的防水的承载力性能边坡工程边坡稳定性分析方法12圆弧滑动法传递系数法假定滑面为圆弧，利用极限平衡原理利用传递系数，分析边坡的稳定性进行分析3有限元法利用有限元分析，可以模拟复杂的地质条件，精度较高圆弧滑动法优点缺点简单易用，适用于大多数边坡对滑面形状要求严格，不适用于复杂边坡传递系数法优点考虑了土体的力学性质，精度较高缺点计算复杂，需要一定的经验有限元法优点1可以模拟复杂的地质条件，精度最高缺点2计算量大，需要专业的软件和人员边坡支护结构设计挡土墙锚杆利用刚性结构，支撑边坡，防止将钢筋锚固在边坡中，增强边坡边坡滑塌的稳定性喷射混凝土在边坡表面喷射混凝土，形成保护层，防止风化侵蚀土设计retaining wall土质荷载结构考虑土体的性质，例如考虑墙体承受的荷载，设计墙体的尺寸、构造抗剪强度、压缩性等例如土压力、地震力等、材料等挡土墙设计要点稳定性排水耐久性确保挡土墙的稳定性，防止发生倾覆、设计排水系统，防止墙后积水，影响挡选择合适的材料和施工工艺，保证挡土滑移等问题土墙的稳定性墙的耐久性软土工程软土的特性压缩性高抗剪强度低12易于压缩变形，导致地基沉降承载力低，易于发生剪切破坏渗透性差3排水性能差，导致地基沉降时间长软土地基处理方法换填法将软弱土层挖除，换填强度较高的土料预压法对软弱土层进行预压，使其预先压缩变形排水固结法通过排水系统，加速软土的固结过程桩基加固利用桩基传递荷载，减轻软土地基的承载压力特殊土膨胀土的特性与处理特性处理方法12吸水膨胀，失水收缩，导致建筑物开裂防渗处理、换填处理、化学处理等黄土的特性与处理特性1土质疏松，孔隙度高，易发生崩塌、滑坡等地质灾害处理方法2加固处理、排水处理、防治措施等冻土的特性与处理特性冬季冻结，夏季融化，导致地基不稳定，工程难度大处理方法冻土基础、融化处理、保温处理等地下工程地下结构设计原则安全耐久性功能确保地下结构的安全稳选择合适的材料和施工满足地下结构的使用功定性，防止发生坍塌、工艺，保证地下结构的能，例如交通、防洪、涌水等事故耐久性储藏等环境考虑地下结构对环境的影响，采取环保的措施盾构法隧道施工原理优点适用范围利用盾构机在土层中掘进，并同时进行施工速度快，安全性高，对周围环境影适用于各种土层，特别是软弱土层衬砌施工响小沉管法隧道施工原理优点12将预制好的隧道管段沉入水底施工速度快，安全性高，对航，并连接成完整的隧道道影响小适用范围3适用于水底隧道、海底隧道等明挖法基坑支护设计支护形式选择1根据基坑深度、土层性质、周边环境等选择合适的支护形式支护结构设计2设计支护结构的尺寸、构造、材料等，确保基坑的稳定性施工监控3对基坑进行监控，及时发现问题，采取措施基坑降水方法井点降水深井降水利用井点，抽取地下水，降低地利用深井，抽取地下水，降低地下水位下水位真空降水利用真空泵，抽取地下水，降低地下水位数值模拟在岩土工程中的应用模拟地质条件分析工程行为优化工程方案建立地质模型，模拟土模拟工程结构的受力情通过模拟不同工程方案层分布、岩性、水文地况，预测工程行为，例，选择最佳方案质等如沉降、变形等有限元分析软件介绍1ANSYS2ABAQUS功能强大，应用广泛，适用于侧重于非线性分析，适用于复各种岩土工程问题杂地质条件下的模拟3FLAC3D专门用于岩土工程，适用于模拟地基沉降、边坡稳定性等数值模拟的流程与注意事项建立模型根据勘察结果，建立地质模型和工程结构模型设置参数设置土体参数、荷载、边界条件等进行计算利用软件进行计算，获取模拟结果结果分析分析模拟结果，判断工程行为，优化工程方案岩土工程监测监测目的与意义安全监测质量控制风险评估监测工程结构的变形、沉降等情况，确监测工程施工质量，确保工程质量达到监测工程可能存在的风险，及时采取措保工程安全设计要求施，防止事故发生监测项目的选择沉降观测监测建筑物或地基的沉降量，判断沉降是否超过允许范围倾斜观测监测建筑物或地基的倾斜程度，判断是否发生倾斜位移观测监测边坡或地下结构的位移，判断是否发生滑坡或坍塌水位观测监测地下水位变化，判断是否对工程结构造成影响监测仪器的布置布点原则仪器类型监测点应布置在关键部位，能根据监测项目选择合适的仪器够反映工程结构的变形和状态，例如沉降观测仪、倾斜仪、位移计等安装方法按照规范要求安装监测仪器，确保监测数据的准确性监测数据的分析与应用数据整理1对监测数据进行整理，绘制图表，分析数据变化趋势数据分析2分析数据变化规律，判断工程结构的稳定性，评估工程风险应用3根据监测结果，采取措施，控制工程风险，确保工程安全。