水文地质与工程地质勘察成果整理.ppt
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1、水文地质与工程地质勘察第二部分工程地质勘察曾曾 斌斌中国地质大学(武汉)环境学院中国地质大学(武汉)环境学院第七讲勘察成果整理中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG提 纲l 一、岩土参数的分析与选取l 二、岩土工程分析评价l 三、反分析l 四、岩土工程勘察报告中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG一、岩土参数的分析与选取 u(一)岩土参数的可靠性和适用性 岩土参数可分为两类:一类是岩土参数可分为两类:一类是评价指标评价指标,用以评价岩土的性状,作为划,用以评价岩土的性状,作为划分地层鉴定类别
2、的主要依据;另一类是分地层鉴定类别的主要依据;另一类是计算指标计算指标,用以设计岩土工程,用以设计岩土工程,预测岩土体在荷载和自然因素作用下的力学行为和变化趋势,并指导施预测岩土体在荷载和自然因素作用下的力学行为和变化趋势,并指导施工和监测。工和监测。岩土参数的可靠性和适用性在很大程度上取决于岩土体受到岩土参数的可靠性和适用性在很大程度上取决于岩土体受到扰动的程度扰动的程度和试验标准和试验标准。它涉及到两个问题:。它涉及到两个问题:取样器和取样方法问题;取样器和取样方法问题;试验方试验方法和取值标准问题。法和取值标准问题。u(二)岩土参数的统计分析 由于岩土体的非均质性和各向异性以及参数测定方
3、法、条件与工程原型由于岩土体的非均质性和各向异性以及参数测定方法、条件与工程原型之间的差异等种种原因,岩土参数是随机变量,变异性较大。之间的差异等种种原因,岩土参数是随机变量,变异性较大。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl岩土参数统计分析前,一定要岩土参数统计分析前,一定要正确划分工程地质单元体正确划分工程地质单元体。l常用的特征值可分两大类:(常用的特征值可分两大类:(1 1)反映数据分布的集中情况或)反映数据分布的集中情况或中心趋势的,它们被作为某批数据的中心趋势的,它们被作为某批数据的典型代表典型代表;(;(2 2)反映数)反映数
4、据分布的据分布的离散程度离散程度的。的。l按按规范规范规定,表征岩土工程性质的主要参数的特征值,前规定,表征岩土工程性质的主要参数的特征值,前一类为算术平均值一类为算术平均值fmfm,后一类为标准差,后一类为标准差ff和变异系数和变异系数。l按变异系数的大小可划分变异性的不同等级按变异系数的大小可划分变异性的不同等级(变异类型变异类型),它有,它有助于岩土工程师定量地判别和评价岩土参数的变异特性,以便助于岩土工程师定量地判别和评价岩土参数的变异特性,以便提出不同的设计参数值。提出不同的设计参数值。l剔除粗差有不同的标准,常用的有正负剔除粗差有不同的标准,常用的有正负3 3倍标准差法、倍标准差法
5、、ChauvenetChauvenet法和法和GrubbsGrubbs法等。法等。一、岩土参数的分析与选取 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG按岩土单元进行,岩土单元中的薄夹层不应混入统计按岩土单元进行,岩土单元中的薄夹层不应混入统计,统计内容包括统计内容包括:l岩土的天然密度、天然含水量岩土的天然密度、天然含水量l粉土粘性土的液限塑限和塑性指数、粘性土的液性指数粉土粘性土的液限塑限和塑性指数、粘性土的液性指数l砂土的相对密实度砂土的相对密实度l岩石的吸水率岩石的吸水率l岩土的各种力学特征指标岩土的各种力学特征指标l特殊性岩土的各种特征指
6、标特殊性岩土的各种特征指标l各种原位测试指标各种原位测试指标l勘察报告应按岩土单元提供各项统计指标的最小值最大值平均值标勘察报告应按岩土单元提供各项统计指标的最小值最大值平均值标准差变异系数和数据的数量指标准差变异系数和数据的数量指标l数量少于数量少于6 6个时可不统计个时可不统计l勘察报告勘察报告可提供指标的范围值可提供指标的范围值一、岩土参数的分析与选取 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu(三)岩土参数的标准值和设计值l岩土参数的岩土参数的标准值标准值是岩土工程设计时所采用的基本代表值,在统计学的是岩土工程设计时所采用的基本代表值,
7、在统计学的基础上根据参数平均值和置信区间的单侧置信界限值。基础上根据参数平均值和置信区间的单侧置信界限值。l承载能力极限状态计算需要的岩土参数标准值如下。正常使用极限状态承载能力极限状态计算需要的岩土参数标准值如下。正常使用极限状态计算需要的岩土参数宜采用平均值。评价岩土性状需要的岩土参数应采计算需要的岩土参数宜采用平均值。评价岩土性状需要的岩土参数应采用平均值。用平均值。l当用以分项系数描述的设计表达式计算时,岩土参数的设计值当用以分项系数描述的设计表达式计算时,岩土参数的设计值f fd d可按下可按下式计算:式计算:式中:式中:岩土参数的分项系数,按有关设计规范的规定取值。岩土参数的分项系
8、数,按有关设计规范的规定取值。一、岩土参数的分析与选取 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu(一)分析评价的内容和要求 岩土工程岩土工程分析评价分析评价的内容主要包括:的内容主要包括:(1)(1)场地的场地的稳定性稳定性和和适宜性适宜性。(2)(2)为岩土工程设计提供场地为岩土工程设计提供场地地层结构地层结构和和地下水空间分布地下水空间分布的参数、的参数、岩土岩土体工程性质和状态体工程性质和状态的设计参数。的设计参数。(3)(3)预测拟建工程施工和运营过程中可能出现的预测拟建工程施工和运营过程中可能出现的岩土工程问题岩土工程问题,并提出,
9、并提出相应的防治对策和措施以及合理的施工方法。相应的防治对策和措施以及合理的施工方法。(4)(4)提出地基与基础、边坡工程、地下洞室等岩土工程提出地基与基础、边坡工程、地下洞室等岩土工程方案设计的建议方案设计的建议。(5(5)预测预测拟建工程对现有工程的影响、工程建设产生的环境变化,以及环拟建工程对现有工程的影响、工程建设产生的环境变化,以及环境变化对工程的影响。境变化对工程的影响。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG为了做好分析评价工作规定的各项内容,要求做到以下各点:为了做好分析评价工作规定的各项内容,要求做到以下
10、各点:(1)(1)必须必须与工程密切结合与工程密切结合,充分了解工程结构的类型、特点和荷载组,充分了解工程结构的类型、特点和荷载组合情况,分析强度和变形的风险和储备。合情况,分析强度和变形的风险和储备。(2)(2)掌握场地的掌握场地的地质背景地质背景,考虑岩土材料的,考虑岩土材料的非均匀性、各向异性非均匀性、各向异性和随和随时间的变化,评估岩土参数的不确定性,确定其最佳估值。时间的变化,评估岩土参数的不确定性,确定其最佳估值。(3)(3)参考类似工程的经验参考类似工程的经验,以作为拟建工程的借鉴。,以作为拟建工程的借鉴。(4)(4)理论依据不足、实践经验不多的岩土工程,可通过现场模型试验理论依
11、据不足、实践经验不多的岩土工程,可通过现场模型试验和足尺试验进行分析评价。对于重大工程和复杂的岩土工程问题,应和足尺试验进行分析评价。对于重大工程和复杂的岩土工程问题,应在施工过程中进行监测,并根据监测资料适当调整原先制订的设计和在施工过程中进行监测,并根据监测资料适当调整原先制订的设计和施工方案。施工方案。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu(二)分析评价的方法 在在定性定性分析评价的基础上,进行分析评价的基础上,进行定量定量分析评价;分析评价;需作定量分析评价的内容是:需作定量分析评价的内容是:(1)(1)岩土体
12、的岩土体的变形变形性状及其极限值。性状及其极限值。(2)(2)岩土体的岩土体的强度、稳定性强度、稳定性及其极限值,包括地基和基及其极限值,包括地基和基 础、边坡和地下洞室的稳定性。础、边坡和地下洞室的稳定性。(3)(3)岩土压力及岩土体岩土压力及岩土体应力应力的分布与传递。的分布与传递。(4)(4)其他各种其他各种临界状态临界状态的判定问题。的判定问题。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG1 1、定量分析的方法、定量分析的方法 解析法、图解法、数值法。解析法、图解法、数值法。(1 1)解析法:以经典的刚体极限平衡理论为
13、基础。)解析法:以经典的刚体极限平衡理论为基础。解析法分为定值法和概率分析法解析法分为定值法和概率分析法 。A A、定值法、定值法:也称稳定性系数法。计算参数取定值,认为稳定性系数是:也称稳定性系数法。计算参数取定值,认为稳定性系数是各种参数的函数,因而稳定性系数也是定值。用安全系数来保证计算的安各种参数的函数,因而稳定性系数也是定值。用安全系数来保证计算的安全度,作为安全储备。全度,作为安全储备。其表达式为:其表达式为:/式中:式中:R R、S S、K K、分别为抗力、作用力、稳定性系数和安全系数。分别为抗力、作用力、稳定性系数和安全系数。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院Schoo
14、l of Environmental Studies-CUG B B、概率分析法、概率分析法:由于参数随机不确定性,稳定性系数也非定值。因而:由于参数随机不确定性,稳定性系数也非定值。因而采用概率分析法进行稳定性评价更为合理,即按破坏概率量度设计的可靠采用概率分析法进行稳定性评价更为合理,即按破坏概率量度设计的可靠性,将安全储备建立在概率分析的基础上。性,将安全储备建立在概率分析的基础上。表达式为:表达式为:f f (1 1)f f 式中:式中:P Pf f、f f 分别为破坏概率和目标破坏概率。分别为破坏概率和目标破坏概率。稳定概率稳定概率R R :f f (2 2)图解法:图解法:(3 3
15、)数值法:数值法:二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG2 2、岩土工程计算的极限状态、岩土工程计算的极限状态 按按规范规范规定,岩土工程计算应按极限状态进行。所谓规定,岩土工程计算应按极限状态进行。所谓“极限状态极限状态”指的是:整个工程或工程的一部分,超过某一特定状态就不能满足设计指的是:整个工程或工程的一部分,超过某一特定状态就不能满足设计规定的功能要求。这一特定状态即称为该功能的极限状态。规定的功能要求。这一特定状态即称为该功能的极限状态。按工程使用功能,可将极限状态分为按工程使用功能,可将极限状态分为承载能力极
16、限状态承载能力极限状态和和正常使用极正常使用极限状态限状态二类。二类。(1 1)承载能力极限状态(破坏极限状态)承载能力极限状态(破坏极限状态)分为两种情况:分为两种情况:A A、岩土体失稳破坏、岩土体失稳破坏 地基的整体性滑动、边坡失稳、挡土结构倾覆、隧洞冒顶或塌帮、渗地基的整体性滑动、边坡失稳、挡土结构倾覆、隧洞冒顶或塌帮、渗透破坏等。透破坏等。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG B B、岩土体的过量变形或位移。岩土体的过量变形或位移。由于土体的湿陷、震陷、融陷或其他大变形,岩土过量的水平位移,由于土体的湿陷、震
17、陷、融陷或其他大变形,岩土过量的水平位移,地下水压力造成的工程结构性破坏等。地下水压力造成的工程结构性破坏等。(2 2)正常使用极限状态(功能极限状态)正常使用极限状态(功能极限状态)对应于工程达到正常使用或耐久性能的某种规定限值。对应于工程达到正常使用或耐久性能的某种规定限值。属于正常使用极限状态的情况有:影响正常使用的外观变形、局部破属于正常使用极限状态的情况有:影响正常使用的外观变形、局部破坏、振动以及其他的特定状态。坏、振动以及其他的特定状态。例如,由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜、沉降、表面裂隙或装修损坏;例如,由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜、沉降、表面裂隙或装修损坏;由于岩土
18、刚度不足而影响工程正常使用的振动;因地下水渗漏而影响工程由于岩土刚度不足而影响工程正常使用的振动;因地下水渗漏而影响工程(地下室地下室)的正常使用等。的正常使用等。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG岩土工程的分析评价,应根据岩土工程勘察等级区别进行。岩土工程的分析评价,应根据岩土工程勘察等级区别进行。l对对三级三级岩土工程勘察,应根据邻近工程经验进行分析评价,必要时可岩土工程勘察,应根据邻近工程经验进行分析评价,必要时可结合少量的勘探、测试资料进行。结合少量的勘探、测试资料进行。l对对二级二级岩土工程勘察,应在详细勘
19、探、测试工作基础上,结合邻近工岩土工程勘察,应在详细勘探、测试工作基础上,结合邻近工程经验进行分析评价。程经验进行分析评价。l对对一级一级岩土工程勘察,除按二级要求进行外,尚宜对其中的复杂问题岩土工程勘察,除按二级要求进行外,尚宜对其中的复杂问题进行专门研究,并结合监测工作对评价结论进行核查。进行专门研究,并结合监测工作对评价结论进行核查。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG边坡、滑坡工程边坡、滑坡工程l岩土体抗剪强度参数、地基承载力岩土体抗剪强度参数、地基承载力l边坡、滑坡不同工况下稳定性系数和安全系数边坡、滑坡不同
20、工况下稳定性系数和安全系数l边坡、滑坡区危害程度分析边坡、滑坡区危害程度分析l防治工程建议防治工程建议二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG20012001版规范增加内容版规范增加内容l岩土利用、整治、改造等方案的分析和论证;岩土利用、整治、改造等方案的分析和论证;l工程施工期间和运营期间可能发生的岩土工程问题的预测及监工程施工期间和运营期间可能发生的岩土工程问题的预测及监控、预防措施的建议。控、预防措施的建议。二、岩土工程分析评价 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CU
21、G(一)反分析的含义l通过工程实体通过工程实体试验或施工监测试验或施工监测岩土体实际表现性状所取得的数岩土体实际表现性状所取得的数据,反求某些岩土工程技术参数,并以此为依据验证设计计算、据,反求某些岩土工程技术参数,并以此为依据验证设计计算、查验工程效果以及分析事故的技术原因。查验工程效果以及分析事故的技术原因。l反分析应以岩土工程实体或足尺试验为分析对象。反分析应以岩土工程实体或足尺试验为分析对象。l反分析是一种反分析是一种分析研究性的工作分析研究性的工作。一个完整的反分析过程,除。一个完整的反分析过程,除需完整准确的原型观测资料外,还必须具备详细的勘察资料和需完整准确的原型观测资料外,还必
22、须具备详细的勘察资料和选择合理的计算模型。选择合理的计算模型。l反分析可分为非破坏性反分析可分为非破坏性(无损的无损的)反分析和破坏性反分析和破坏性(已损的已损的)反分反分析两种情况析两种情况。三、反分析 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG(二)反分析的步骤和注意事项l(1)(1)反分析之前,应进行详细的场地勘察工作,了解岩土和地下水条反分析之前,应进行详细的场地勘察工作,了解岩土和地下水条件,以及它们在施工过程中发生的变化。件,以及它们在施工过程中发生的变化。l(2)(2)了解工程实体或足尺结构物在施工和运营过程中了解工程实体或足尺结构
23、物在施工和运营过程中实际外加荷载实际外加荷载的的大小、加荷方式和作用时间。大小、加荷方式和作用时间。l(3)(3)通过测试和分析,确定岩土体的通过测试和分析,确定岩土体的初始状态变量初始状态变量,如岩土体的初始应,如岩土体的初始应力状态、应力历史等。力状态、应力历史等。l(4)(4)合理确定岩土体的合理确定岩土体的本构关系本构关系或反应模型以及相应的计算方法。或反应模型以及相应的计算方法。l(5)(5)恰当假定分析过程中的恰当假定分析过程中的排水条件和边界条件排水条件和边界条件。三、反分析 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl(6)恰当确
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