巖土工程技術標準與土力學原理

內(nèi)容兩種標準化體系的不同處理方法理論在工程實踐中的重要作用土力學的根本規(guī)律對工程建設是管用的；違背了土力學的根本規(guī)律就要受到自然的懲罰；土力學并不是十分高深和奧秘的理論；途徑—可靠的指標+簡單的計算+量測反響+經(jīng)驗判斷=觀察法。上海展覽館的教訓總高九十六米一九五四年五月開工當年年底平均沉降六十厘米一九五七年六月實測最大沉降一百四十六厘米最小沉降一百二十二厘米

最終沉降一百八十厘米箱形根底高度：根底平面尺寸：7m46.5m46.5mm埋置深度：根底底面總壓力：0.5m130kPa1953年10m淺孔剖面第一層填土，0.24~0.5m第二層黃褐色粉質(zhì)粘土，堅硬至可塑，0.96~1.16m第三層棕黃色粘土，可塑，1.60~2.60m第四層灰色粉質(zhì)粘土，可塑，2.2~6.3m第五層灰色粘土，可塑，未鉆穿為什么沉降那么大？？根底底面壓力大，土中應力水平高根底面積大，壓縮土層相對較薄，應力沿深度衰減比較慢軟弱下臥層應力水平過高，可能發(fā)生局部的水平擠出根底底面附加壓力124kPa至主要壓縮層底處，附加應力還有70kPa在軟弱下臥層頂面處，附加應力仍有120kPa，遠大于該層的承載力幾棟大樓數(shù)據(jù)的比較

展覽中心 46.546.5 0.50 124 1800 2.24胸科醫(yī)院 45.918.4 5.50 57 350 2.01華盛大樓 57.614.3 5.65 59 240 2.16四平大樓 50.09.80 5.20 94 140 5.06康樂大樓 65.014.1 5.50 85 160 5.44事后諸葛亮如果當時計算了沉降就不敢這么做了；只由持力層承載力控制，第3層土的地基承載力沒有滿足要求；過大沉降是由超大面積的基底荷載引起的；沉降驗算的重要性；超大面積荷載必然引起超量的沉降。一些事故引起的思考南山的滑坡〔加載〕填方太快，不設排水措施上游引水工程〔卸載〕挖方太深坡度1：3長基坑的端頭滑坡〔卸載〕為什么放了1:3的坡還要滑坡？為什么開挖到坑底不馬上滑動，而在過一段時間后才滑動？引水工程的根本數(shù)據(jù)4孔箱涵，單孔尺寸為3.25m3.60m，總長75m地面標高＋4.2~4.7m，設計基坑底面標高－5.33m，開挖深度近10m按三級放坡，從上至下依次為1:1.5、1:2和1:3，變坡處留1.0m寬的馬道二級輕型井點降水采用水沖法施工，泥漿沉淀池設置在基坑頂部南北兩側(cè)，距基坑外緣12m～15m10m高的土坡滑動滑坡發(fā)生在挖到基坑底面，澆筑墊層后，正在綁扎箱涵的鋼筋時；沒有進行任何的位移觀測，因此沒有發(fā)現(xiàn)滑坡的預兆，突發(fā)性的事故；塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高6m；第一級井點向基坑中移動13m。事故分析1.10m的高差形成的壓力差超過了軟土的承載能力；2.由于坡面非常平緩，滑動的形式是深層滑動，以中點圓的形式破壞；3.卸載引起負的孔隙水壓力，產(chǎn)生強度較高的假象，隨著負壓的消散，土的抗剪強度降低，滑坡并不發(fā)生的開挖的同時，而滯后一定的時間；4.沒有進行監(jiān)測的教訓。加載與卸載的比較焦化廠配煤房傾斜事故在47.5m10.8m筏形根底上5個直徑8m高31m的儲煤斗5天裝煤215噸最大27mm/d~45mm/d15天傾斜2.714.1‰2年傾斜達24‰焦化廠配煤房荷載與地基承載力

地基極限承載力：按固結(jié)快剪指標為202kPa按不固結(jié)不排水剪指標為135kPa建筑物恒載38000kN，產(chǎn)生基底壓力76kPa，裝煤21500kN，產(chǎn)生基底壓力44kPa活載與恒載之比0.57基底總壓力120kPa平安度分析

如果不快速加煤，用固結(jié)不排水202kPa，平安系數(shù)1.68；實際快速加煤，故平安系數(shù)低于1.68；不考慮施工期的排水固結(jié)，用不排水剪135kPa，平安系數(shù)1.13；實際平安系數(shù)介于1.13~1.68之間。概念上容易混淆的幾個土力學問題1.地基承載力2.深層平板載荷試驗的模量3.樁端阻力與地基承載力的關系4.不固結(jié)不排水強度cuu是天然強度而不是強度指標地基承載力極限承載力容許承載力：極限承載力除以平安系數(shù)承載曲線上的第一拐點以壓板寬度的某一百分率沉降對應的壓力值兩種不同的載荷試驗深寬修正公式的來源及應用1.深寬修正公式并不是理論公式，而是一種經(jīng)驗的方法；2.提出的目的是為了將載荷試驗的結(jié)果用之于實際的根底條件；3.如果根底的條件和抗剪強度指標，就應當直接用理論公式計算；如果用小尺寸計算后再進行深寬修正的方法是不適宜的。用地基承載力公式計算的結(jié)果，是不可以修正的。理由有兩點：一是用承載力公式計算得到的是淺根底的地基承載力，深層土的應力水平不同，它的承載機理不同于淺根底；二是深寬修正方法的數(shù)據(jù)依據(jù)、計算方法的可信度和理論層次都低于用承載力公式計算的方法，用低一層次的方法去校正高一層次的方法，是不適宜的。第2.1.3條，地基承載力特征值－指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限值；第5.2.4條，fa－修正后的地基承載力特征值；

fak－地基承載力特征值；第5.2.5條，fa－由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；關于深寬修正的討論1.這0.5和3是什么意思？2.為什么對軟土，

b＝0而

d

0？3.如果

d＝0，將會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？4.fak是什么概念？是b＝3，d＝0.5時的承載力？怎么求得的？關于深大尺寸根底的承載力根底寬度10m，埋深10m，如何用抗剪強度指標評價其地基承載力？1.對10m處的土層用小尺寸〔例如d＝2m，b＝1.5m〕進行計算；2.然后將計算的結(jié)果進行深寬修正到實際的尺寸；3.用實際尺寸計算〔寬度按最大6m計，埋深按10m計〕承載力；討論1.用小尺寸載荷試驗結(jié)果加深寬修正的方法求深大尺寸根底的承載力是不適合的；2.可以用實際尺寸進行計算；其中，寬度的限制6m是一種經(jīng)驗處理；為什么對深度沒有加以限制？這種方法是否適宜？對不同深度的土層都采用統(tǒng)一假定的根底埋深和寬度，用標準的公式計算了地基承載力，并分層地在勘察報告中給出；不管是臨界荷載公式或極限荷載公式，推導公式時都有假定的根本條件，計算的條件應當與假定條件根本相符。現(xiàn)在將一個埋藏在幾十米深度處的土層，假想為在地面處，用淺根底的地基承載力公式計算，條件相差懸殊，其結(jié)果是沒有任何物理意義的。深層平板載荷試驗的模量

在壓板尺寸一定的條件下，壓板底面深度越深，所測得的變形模量越??；有認為土的深度越深，固結(jié)壓力越大，土越密實，因而模量應當越大才對；上述命題是否正確？d/z0.300.200.100.05

0.5150.4970.4700.461基本分析1.“土的深度越深，固結(jié)壓力越大，土越密實，因而模量越大〞是從地質(zhì)學的觀點得出的結(jié)論；2.作為一個地質(zhì)單元劃分出來，將土的性質(zhì)均勻化了，用一個模量來描述；3.在一個地質(zhì)單元中，測定的模量不應隨隨深度而異，也不應隨方法〔用淺層或者深層載荷試驗〕而異；在同一個平面上，壓板面積相同，荷載相同：1)測定的模量應當相同；2)比較壓板的沉降是否相等？3)由于壓板底面以上土的作用，使s1<s2，深度越大，相差越大；4)在模量相同的條件下，系數(shù)必然隨深度而減小。s1s2樁端阻力與地基承載力的關系1.標準的樁端阻力經(jīng)驗值與地基承載力值有什么關系？2.能否用地基承載力的數(shù)值加深寬修正求樁端阻力？3.樁端阻力的測定；4.端阻力的發(fā)揮。淺根底和深根底的比較最小埋置深度深根底地基承載的特點滑動面不延伸到地面，不會發(fā)生整體剪切破壞；由于土拱的作用，埋置深度范圍內(nèi)的土柱重量不可能全部作用于被動側(cè)的滑動土楔的面上；土體對根底側(cè)面的約束作用發(fā)揮了相當重要的作用。樁端阻力的測定在條件允許的情況下，可以用深層載荷試驗測定，但沒有反映樁側(cè)作用的影響；在試樁時，可以直接測定樁體條件下的端阻力，可以證明長樁的端阻力發(fā)揮得很少；對于沒有量測條件的試樁，可以用分析的方法將端阻力和側(cè)摩阻力分開。樁端阻力的發(fā)揮條件軸向荷載在克服了側(cè)摩阻力以后才能傳遞給樁端土層；在同一場地條件，樁越長，端阻力越不能充分發(fā)揮；結(jié)論樁端阻力和地基承載力的條件不同、發(fā)揮的機理不同，在理論上和實踐上都沒有相應的關系；深寬修正只適用于淺根底，不能用以計算樁端阻力；不固結(jié)不排水強度cuu不固結(jié)不排水強度cuu：是天然強度；不是強度指標；是凝聚材料；不是摩擦材料；強度與法向應力無關；用于計算地基承載力極限承載力等于5.14cuu；容許承載力等于3.14cuu；承載力將與根底寬度無關；承載力將與根底埋深無關；用于計算土壓力的問題

＝0°，c＝30kPa；

＝15°，c＝10kPa一些值得推廣的測試工程1.孔內(nèi)滲透試驗2.扁鏟側(cè)脹儀3.等梯度固結(jié)試驗這些試驗并不是很新的東西，但過去注意得不夠，某些條件下可能是適用的，可以補充現(xiàn)有方法的缺乏?？變?nèi)滲透試驗

boreholepermeabilitytests

孔內(nèi)滲透試驗包括常水頭法滲透試驗和變水頭法滲透試驗，常水頭法適用于砂、礫石、卵石等強透水地層；變水頭法適用于粉砂、粉土、粘性土等弱透水地層。變水頭法又可分為升水頭法和降水頭法。英國標準BS5930：1981CodeofpracticeforSiteinvestigations常水頭法試驗時，應向孔內(nèi)注水至套管頂或某一固定高度。不斷補充注水，保持水頭穩(wěn)定，并記錄流量。注水至固定水頭后,開始按1min、2min、2min、5min、5min,以后均按5min間隔記錄一次流量，并繪制流量Q與時間關系曲線。10.3.6根據(jù)常水頭法滲透試驗結(jié)果，按下式計算滲透系數(shù)k：升水頭試驗可在孔內(nèi)抽水至一定深度，測讀隨時間的水位，直至水位根本穩(wěn)定；降水頭試驗可在孔內(nèi)注水至一定高度，測讀隨時間的水位，直至水位根本穩(wěn)定。間隔時間按地層滲透性確定，一般按1min、2min、2min、5min、5min,以后均按5min間隔記錄一次,并繪制流量lnH與時間t關系曲線。扁鏟側(cè)脹試驗探頭長230~240mm，寬94~96mm，厚14~16mm，前緣刃角12°~16°，探頭側(cè)面鋼膜片的直徑60mm；每孔試驗前后均應進行探頭率定，取試驗前后的平均值為修正值；膜片的合格標準為：率定時膨脹至0.05mm的氣壓實測值ΔA＝5～25kPa；率定時膨脹至1.10mm的氣壓實測值ΔB＝10～110kPa；試驗方法以2cm/s的均勻速率壓入，試驗點的距離20～50cm；試驗時，均勻加壓和減壓，測定膜片膨脹至0.05mm、1.10mm和回到0.05mm時的壓力A、B和C值；作消散試驗時，測讀時間間隔為：1min、2min、4min、8min、15min、30min、90min，以后每90min測讀一次，直至消散結(jié)束；資料分析膜片膨脹之前的接觸壓力膜片膨脹至1.10mm時的壓力膜片回到0.05mm時的終止壓力試驗結(jié)果1.側(cè)脹模量2.側(cè)脹水平應力指數(shù)3.側(cè)脹土性指數(shù)4.側(cè)脹孔壓指數(shù)固結(jié)試驗的改進固結(jié)試驗每級壓力下的穩(wěn)定標準為24小時，致使固結(jié)試驗時間很長；由于快速固結(jié)法的修正結(jié)果沒有固結(jié)度的概念，國家標準在條文說明中認為快速法缺乏理論依據(jù)而沒有列入；能否找到一種有理論依據(jù)而又可以縮短試驗時間的方法？等梯度固結(jié)試驗是一種可行的方法，已列入試驗國標，應該推廣使用。等梯度固結(jié)試驗應變速率的控制應使底部產(chǎn)生的孔隙水壓力為同時施加的軸向荷載的3%～20%；數(shù)據(jù)采集時間間隔：10min內(nèi)，每隔1min；

隨后1h內(nèi)，每隔5min；

以后，每隔15min或30min采集軸向壓力、孔隙水壓力和變形數(shù)據(jù)等應變速率試驗的原理在e～p曲線上的橫坐標軸是有效壓力，孔隙比是在所施加的壓力全部轉(zhuǎn)化為有效壓力時的孔隙比，是變形穩(wěn)定的孔隙比；一般的固結(jié)試驗的穩(wěn)定標準是使孔隙水壓力充分消散，使所施加的總壓力已轉(zhuǎn)化為有效壓力；如果能夠量測孔隙水壓力，那就不必等到孔隙水壓力完全消散。試樣的有效壓力某壓力范圍的壓縮系數(shù)某