《岩土工程勘察与设计》课件

岩土工程勘察与设计岩土工程勘察与设计是土木工程领域的重要基础学科，为各类建筑工程提供可靠的地基基础解决方案本课程系统介绍岩土工程勘察与设计的基本理论、方法和实践应用，帮助学生掌握地基勘察、原位测试、室内试验及基础设计的关键技术课程概述课程目标材料特性掌握岩土工程勘察基本理论和方法，建立完整的知识体系深入了解各类岩土材料的工程特性和力学行为规律技术手段实践能力熟悉各种先进的勘察手段和现代试验技术学习方法理论与实践结合将理论学习与工程实践紧密结合，深化理解实验实习参与积极参与实验室试验和现场实习，获得直观认识案例分析学习结合典型工程案例进行深入分析，提升应用能力规范标准掌握养成查阅相关技术规范和行业标准的专业习惯岩土工程概述定义与范围主要内容工程重要性岩土工程是研究岩体与土体的利用、整包括勘察、设计、施工和监测四个基本在现代工程建设中发挥着基础性作用，治和改造的工程技术学科它涉及地基环节从工程地质调查开始，通过科学直接关系到工程的安全性、经济性和耐基础、边坡稳定、地下工程等多个领的勘察手段获取岩土参数，为合理的工久性优质的岩土工程服务是确保工程域，是土木工程建设的重要基础程设计提供依据质量的重要保障岩土工程勘察的基本概念勘察定义目的任务查明工程地质条件提供地基设计依据获取设计施工参数预测工程地质问题成果应用基本原则指导工程设计方案因地制宜分层实施优化施工工艺选择综合勘察准确评价岩土工程勘察的相关规范国家标准设计规范《岩土工程勘察规范》《建筑地基基础设计规范》GB GB是指导勘察工作的基本为地基基础设计提供技5002150007技术标准，规定了勘察的基本要术依据，与勘察规范相互配套使求、方法和质量控制措施用行业标准各专业行业制定的相关标准与规程，针对特定工程类型和地质条件提供更具体的技术指导岩土工程勘察阶段划分1可行性研究阶段初步了解场地工程地质条件，为项目决策提供基础资料2初步勘察查明主要工程地质问题，为初步设计提供地质依据3详细勘察查明工程地质条件细节，为施工图设计提供详细参数4施工勘察解决施工中的具体地质问题，验证设计参数的合理性可行性研究阶段勘察明确目的任务初步评价场地工程地质条件的适宜性，识别主要工程地质问题，为项目投资决策提供地质依据勘察工作量相对较少，以搜集已有资料和踏勘为主确定工作内容主要包括资料搜集整理、工程地质踏勘、简单的勘探和测试工作重点了解区域地质背景、地形地貌特征、岩土层分布及主要物理力学性质提供成果要求编制简要的工程地质评价报告，提出场地适宜性结论和主要工程地质问题为下一阶段勘察工作提供指导，支撑项目可行性分析初步勘察查明地质条件基本查明场地地层结构和岩土性质确定设计参数获取初步设计所需的岩土工程参数识别工程问题识别和评价主要工程地质问题提出处理建议提出地基基础方案建议和处理措施详细勘察精确查明条件详细查明各岩土层的分布、厚度、埋深及其工程特性通过加密勘探点，获得更准确的地质剖面和参数分布规律获取设计参数通过系统的原位测试和室内试验，获取施工图设计所需的全部岩土工程参数，确保参数的代表性和可靠性指导施工设计为基础形式选择、承载力确定、沉降计算等提供详细依据评价施工条件，提出针对性的设计和施工建议施工勘察配合施工需要解决施工中遇到的具体地质技术问题验证设计参数通过现场验证确认设计参数的准确性补充勘察工作根据施工发现的新情况进行必要的补充勘察工程地质测绘野外调查资料整理系统观察和记录地质现象，测量地质构室内整理分析野外资料，编制地质图件造要素应用分析成果表达结合工程特点进行地质条件分析评价绘制工程地质图，编写地质说明书遥感技术在工程地质中的应用90%50%24h覆盖精度效率提升全天候高分辨率遥感影像可达到厘米级精度，为相比传统地面测绘，遥感技术可提高工作雷达遥感技术实现全天候地质信息获取和大范围地质调查提供基础效率一倍以上动态监测工程地质调查资料收集系统收集区域地质资料、气象水文资料、历史地质灾害记录等基础信息现场踏勘实地观察地形地貌、地质构造、岩土露头等，识别不良地质作用迹象访问调研向当地居民和相关部门了解历史地质问题、施工经验等实用信息综合分析整理分析调查资料，建立工程地质概念模型，指导后续勘察工作工程勘探方法勘探方法适用条件主要优点局限性钻探各种地层深度大、连续成本较高取样坑探浅层软土直观观察、大深度有限量取样井探较硬地层可直接观察岩施工困难土层槽探山坡地形揭露地质构造仅适用表层洞探岩石地区详细观察岩体工程量大钻探技术钻探方法选择根据地层条件选择合适的钻探方法，包括回转钻进、冲击钻进、振动钻进等，确保钻探效率和质量钻探工艺控制严格控制钻进参数，包括钻压、转速、冲洗液等，保证孔壁稳定和岩土层真实反映现场记录编录详细记录钻进过程中的各种现象，准确编录地层变化、地下水等重要信息质量控制措施建立完善的质量控制体系，确保钻探深度、取样质量、测试精度符合规范要求取样技术土样取样岩样取样采用标准取样器获取不扰动土样，保持土体的天然结构和含水采用金刚石钻头进行岩芯钻取，获得连续完整的岩样注意保护量对于不同类型的土层，选择相应的取样方法和设备，确保样岩芯完整性，准确测定岩芯采取率和岩石质量指标值RQD品的代表性•双管钻具取样•薄壁取样器取样•三管钻具取样•厚壁取样器取样•绳索取心技术•劈管取样器取样原位测试概述现场测试优势在天然地层条件下直接测定岩土参数，避免了取样、运输、制备等环节对试样的扰动影响，获得更真实的工程特性快速高效测试速度快，可在短时间内获得大量测试数据，为工程设计提供及时的技术支持，特别适合大型工程项目连续监测可实现连续或半连续测试，获得岩土参数的空间变化规律，为地基设计的精细化提供数据基础标准贯入试验试验原理操作要点采用标准贯入器，在重严格按照规范要求进行试验，控

63.5kg锤自由落距作用下，贯入制锤击频率、落距高度，准确记76cm土中所需的锤击数值，录贯入深度和锤击数，注意地下30cm N反映土的密实程度和强度特性水位影响结果应用通过值确定土的承载力、压缩性、液化性等工程特性，广泛应用于砂土N和一般粘性土的工程评价静力触探试验连续测试获得连续的土层分布和参数变化多参数测定同时测定锥尖阻力、侧壁摩阻力等土层划分精确划分土层界线和厚度变化参数计算计算承载力、变形模量等设计参数动力触探试验试验机理通过一定重量的落锤冲击探头，测定探头贯入土中一定深度所需的锤击数，评价土的工程特性适用于粗粒土和硬塑状态的粘性土层设备分类根据落锤重量分为轻型、重型和超重型动力触探，分别适用于不同硬度的土层重型动力触探应用最为广泛，适用于多种地层条件应用范围主要用于砂土密实度评价、软硬不均地基的探测、基桩承载力检验等在岩土工程勘察中起到重要的辅助和验证作用波速测试横波测试测定剪切波速度，计算动剪切模量和泊松比，评价土的动力特性纵波测试测定压缩波速度，确定动弹性模量，分析土体的密实程度抗震分析为抗震设计提供场地土动力参数，进行地震响应分析工程应用应用于重要工程的场地地震安全性评价和基础抗震设计载荷试验压密试验评价软土固结特性•固结系数测定平板载荷试验•沉降预测分析直接测定地基承载力•预压效果评价•天然地基承载力现场直剪试验•变形模量测定测定土体抗剪强度•承载力验证•粘聚力测定•内摩擦角确定•边坡稳定分析室内试验概述试验目的在受控条件下测定岩土的基本物理力学性质，获得准确可靠的设计参数试验分类包括基本物理性质试验、力学性质试验、化学性质试验和特殊性质试验标准规范严格按照国家标准和行业规范进行试验，确保试验结果的准确性和可比性质量控制建立完善的质量管理体系，包括设备校准、人员培训、数据审核等环节土的物理性质试验试验项目测试参数主要用途试验要点含水量试验天然含水量评价土的状态°烘干至恒重105C密度试验天然密度计算重度参数环刀法或蜡封法颗粒分析粒径分布土的分类命名筛分法和密度计法界限含水量液限、塑限判断土的状态液塑限联合测定相对密度最大最小干密度砂土密实度振动台法测定土的力学性质试验压缩试验直接剪切试验三轴压缩试验固结试验测定土的压缩性指标，测定土的抗剪强度参在围压条件下测定土的研究土在荷载作用下的包括压缩系数、压缩模数，包括粘聚力和内强度和变形特性，能够固结过程，测定固结系c量和先期固结压力通摩擦角试验简单快模拟实际工程中的应力数、固结度等参数，为φ过固结试验确定沉降计速，适用于砂土和一般状态，获得更准确的强软土地基沉降计算和地算参数，为地基变形分粘性土的强度评价度参数和应力应变关基处理设计提供依据析提供依据系岩石力学试验基本物理性质强度特性试验变形特性试验测定岩石的密度、含水量、孔隙率、吸进行单轴压缩、三轴压缩和抗剪强度试测定岩石的弹性模量、泊松比等变形参水率等基本物理指标这些参数反映岩验，测定岩石的力学强度参数试验结数，为岩石工程的变形计算提供依据石的基本特征，为岩石分类和工程应用果用于评价岩石的工程稳定性和承载能同时评价岩石的脆性和延性特征提供基础数据力•弹性模量E天然密度和干密度•单轴抗压强度•泊松比•μ有效孔隙率•三轴压缩强度••变形模量Ed•饱和吸水率•抗拉强度测定岩土工程分析与评价数据收集整理定量分析评价系统整理勘察获得的各类数据资料，建运用统计分析方法处理试验数据，确定立完整的地质数据库岩土参数的代表值提出工程建议综合评价判断基于评价结果提出基础形式选择和地基结合定性和定量分析结果，对工程地质处理建议条件进行综合评价场地评价适宜性评价从地形地貌、地质构造、岩土条件等方面评价场地对拟建工程的适宜程度，提出场地利用的合理性建议稳定性评价分析场地的整体稳定性，识别可能存在的滑坡、崩塌、地面沉降等地质灾害，评价其对工程安全的影响地震响应分析根据场地土层条件和地震活动性，进行地震响应分析，确定抗震设防参数，为抗震设计提供依据工程场地分级按照相关规范要求，综合考虑地质条件和工程特点，确定工程场地类别和建设适宜性等级地基评价承载力分析变形分析根据土的物理力学性质和原位测计算地基在荷载作用下的沉降量试结果，采用理论公式和经验方和差异沉降，评价是否满足建筑法确定地基承载力特征值，为基物变形控制要求，必要时提出地础设计提供基本依据基处理措施稳定性评价分析地基在各种工况下的稳定性，包括整体稳定性和局部稳定性，确保基础工程的安全可靠岩土工程勘察报告结论建议提出明确的工程建议和处理措施分析评价岩土工程条件分析和参数确定试验资料原位测试和室内试验成果整理地质资料工程地质条件详细描述和图件编制基本情况工程概况、勘察目的和工作量统计特殊性岩土勘察膨胀土1具有显著胀缩性的粘性土，遇水膨胀失水收缩，对工程危害较大2软土天然含水量高、强度低、压缩性大的饱和粘性土湿陷性黄土3在一定压力下受水浸湿后发生显著附加变形的土4填土人工填筑的土体，工程性质差异很大，需专门勘察冻土5含有冰的土体，具有特殊的热学和力学性质膨胀土勘察与评价等级划分评价膨胀特性测试根据自由膨胀率等指标将膨胀土划分为成因分布调查通过自由膨胀率试验、膨胀力试验、膨胀弱、中、强三个膨胀等级，并结合膨胀压膨胀土主要由蒙脱石等亲水性粘土矿物组压力试验等专门试验，定量测定土的膨胀力确定对工程的危害程度，提出相应的工成，广泛分布于我国华中、华南、西南等特性试验条件应尽可能模拟实际工程环程措施地区形成于特定的地质环境和气候条件境下，具有明显的区域分布特征软土勘察与评价高含水量低强度高压缩性处理技术天然含水量通常大于液不排水抗剪强度很低，压缩系数大于根据软土特性采用预压限，孔隙比大于，通常小于，承，在荷载法、深层搅拌法、高压

1.030kPa

0.5MPa-1饱和度接近，具载力低，容易产生剪切作用下产生较大沉降，喷射注浆法等地基处理100%有流塑状态的特征破坏和失稳且固结时间长，工后沉技术，改善软土的工程降显著性质湿陷性黄土勘察填土地基勘察填土分类勘察要点处理措施按填料性质分为素填土、杂填土和冲填重点查明填土的组成、厚度分布、密实根据填土性质和工程要求，采用强夯、土素填土由单一土料填筑，工程性质程度和均匀性了解填筑历史、填料来换填、桩基等处理方法新近填土需要相对较好杂填土含有建筑垃圾等杂源、压实工艺等关键信息，评价填土地进行预压处理，确保地基稳定后方可进物，性质复杂多变基的稳定性和适宜性行工程建设•素填土性质相对均匀•填土厚度和分布范围•强夯法提高密实度•杂填土成分复杂多样•填料成分和密实度•换填法置换不良填土•冲填土水力填筑形成•填筑年代和工艺•桩基法穿越填土层不良地质作用勘察滑坡斜坡岩土体沿着一定的软弱面产生剪切破坏而整体下滑的现象崩塌陡峭斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落的现象泥石流山区沟谷中由暴雨引发的含有大量泥沙石块的特殊洪流地面沉降由于地下水过量开采等原因引起的区域性地面标高下降滑坡勘察与评价现象识别通过地形地貌分析识别滑坡特征，包括滑坡壁、滑坡台阶、鼓胀体等典型地貌形态深部勘探采用钻探、物探等方法查明滑动面位置、滑体厚度和地质结构特征稳定分析运用极限平衡法、数值分析法等计算滑坡稳定系数，评价稳定状态防治设计提出挡土墙、抗滑桩、排水等综合防治措施，建立监测预警系统崩塌与泥石流勘察形成条件触发因素地形地貌因素外界作用影响•陡峭的地形坡度•强降雨和融雪•破碎的岩体结构地震和爆破••不利的地质构造•人类工程活动防治措施危险性评价工程防护方案风险等级划分•拦挡工程设置•危险区范围确定•疏导工程建设•破坏规模预测•监测预警系统•发生概率分析地面沉降勘察年300mm85%50年沉降量地下水因素影响周期严重沉降区年沉降量可达数十厘米，对基地下水过量开采是引起地面沉降的主要原地面沉降具有长期性特点，影响周期可达础设施造成重大影响因，占总成因的比例数十年甚至更长岩溶勘察岩溶类型识别勘察方法应用识别地表岩溶溶沟、溶槽、漏斗等和地下岩溶溶洞、暗综合运用地球物理勘探、钻探、示踪试验等方法，查明岩河等的发育特征，查明岩溶分布规律和发育程度溶的空间分布、充填情况和地下水活动特征稳定性评价处理技术建议评价岩溶对工程的影响程度，分析地基承载力、变形特性根据岩溶发育特征提出相应的工程处理措施，如注浆加和稳定性，预测可能的工程地质问题固、跨越处理、桩基穿透等技术方案地下水勘察地下水类型赋存特征影响因素工程影响上层滞水局部隔水层之季节性变化明基坑降水困难上显潜水第一隔水层之受降雨补给影影响基础埋深上响承压水两隔水层之间具有一定水头引起基坑突涌压力裂隙水岩石裂隙中分布不均匀渗漏和涌水岩溶水岩溶管道系统流量变化大突发性涌水基础工程设计概述设计目的设计原则设计依据确保上部结构荷载安遵循安全适用、经济依据岩土工程勘察报全可靠地传递给地基，合理、技术先进、环告、结构设计要求、控制基础沉降在允许境友好的原则，综合相关技术规范标准，范围内，保证建筑物考虑上部结构特点、确定设计参数和计算正常使用和长期稳定地质条件、施工条件方法，制定设计方案等因素基础选型根据地质条件、结构荷载、经济因素等综合比较，选择最适宜的基础类型，如浅基础、深基础或复合基础浅基础设计基础选型根据荷载和地质条件选择基础形式承载力计算确定地基承载力特征值和基础尺寸沉降计算验算基础沉降是否满足变形要求构造设计确定基础的构造尺寸和配筋方案抗震设计5满足抗震设防要求和构造措施桩基础设计桩型选择根据地质条件、荷载特点、施工环境等因素选择合适的桩型，如钻孔灌注桩、预制桩、桩等CFG单桩承载力通过静载试验、动测试验或经验公式确定单桩竖向和水平承载力，考虑群桩效应影响沉降计算计算桩基础的沉降量，包括桩身压缩、桩端土压缩和桩侧摩阻引起的沉降分量构造设计确定桩的长度、直径、配筋等构造参数，设计承台尺寸和配筋，满足受力和构造要求。