岩土工程課程報告

2021-03-04 00:48:58 字數 4727 閱讀 6249

1、 何為岩土工程?

岩土工程:是歐美國家於20世紀60年代在土木工程實踐中建立起來的一種新的技術體制。岩土工程是以求解岩體與土體工程問題,包括地基與基礎、邊坡和地下工程等問題,作為自己的研究物件。

岩土工程 geotechnical engineering

地上、地下和水中的各類工程統稱土木工程。土木工程中涉及岩石、土、地下水的部分稱岩土工程。岩土工程專業是土木工程的分支,是運用工程地質學、土力學、岩石力學解決各類工程中關於岩石、土的工程技術問題的科學。

按照工程建設階段劃分,工作內容可以分為:岩土工程勘察、岩土工程設計、岩土工程治理、岩土工程監測、岩土工程檢測。本學科的主要研究方向包括:

①城市地下空間與地下工程:以城市地下空間為主體,研究地下空間開發利用過程中的各種環境岩土工程問題,地下空間資源的合理利用策略,以及各類地下結構的設計、計算方法和地下工程的施工技術(如淺埋暗挖、盾構法、凍結法、降水排水法、沉管法、tbm法等)及其優化措施等等。②邊坡與基坑工程:

重點研究基坑開挖(包括基坑降水)對鄰近既有建築和環境的影響,基坑支護結構的設計計算理論和方法,基坑支護結構的優化設計和可靠度分析技術,邊坡穩定分析理論以及新型支護技術的開發應用等。③地基與基礎工程:重點開展地基模型及其計算方法、引數研究,地基處理新技術、新方法和檢測技術的研究,建築基礎(如柱下條形基礎、十字交叉基礎、筏形基礎、箱形基礎及樁基礎等)與上部結構的共同作用機理和規律研究等。

2、 何為軟土地基?主要特點如何?

我國公路行業規範對軟土地基定義是指強度低,壓縮量較高的軟弱土層.多數含有一定的有機物質。日本高等級公路設計規範將其定義為:

主要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的鬆軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及鬆散砂等土層構成。地下水位高,其上的填方及構造物穩定性差且發生沉降的地基。

日本規範還對軟土地基做了分類,提出了型別概略判斷標準。在給出軟土地基定義時指出:軟土地基不能簡單地只按地基條件確定,因填方形狀及施工狀況而異,有必要在充分研究填方及構造物的種類、形式、規模、地基特性的基礎上,判斷是否應按軟土地基處理。

特點:具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結係數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布複雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。

3、 太沙基固結理論和比奧固結理論各有什麼優缺點?各自適合條件如何?

太沙基一維固結理論比較精確,在多維固結問題中,它忽略了變形協調條件對固結過程總應力的影響,所獲的結果是近似的。同時,該理論對新近沉積的超軟土、尾礦壩、人工吹填土等(固結係數會隨時間而變)會帶來不能允許的誤差,計算出的固結過程明顯延長。太沙基一維固結理論可用於求解一維有側限應力狀態下,飽和粘性土地基受外荷載作用發生滲流固結過程中任意時刻的土骨架及孔隙水的應力分擔量,如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結等。

比奧固結理論考慮了變形協調條件對固結過程總應力的影響,從嚴格的固結機理出發推導了準確反映空隙壓力消散與土骨架變形相互關係的三維固結方程,借助了計算機和有限單元法等數值求解,可以廣泛用來解決各種工程實際的固結問題。風填土的固結變形大,用太沙基和比奧固結小變形理論進行分析,結果偏差較大。

4、 土的主要本構模型有哪些?研究進展如何?

在經典土力學中沉降計算將土體視為彈性體,採用布西奈斯克公式求解附加應力,而穩定分析則將土體視為剛塑性體,採用極限平衡法分析。採用比較符合實際土體的應力-應變-強度(有時還包括時間)關係的本構模型可以將變形計算和穩定分析結合起來。自roscoe與他

的學生(1958~1963)建立劍橋模型至今,各國學者已發展了數百個本構模型,但得到工程界普遍認可的極少,嚴格地說尚沒有。岩體的應力-應變關係則更為複雜。看來,企圖建立能反映各類岩土的、適用於各類岩土工程的理想本構模型是困難的,或者說是不可能的。

因為實際工程土的應力-應變關係是很複雜的,具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等,同時,應力路徑、強度發揮度、以及岩土的狀態、組成、結構、溫度等均對其有影響。

開展岩土的本構模型研究可以從兩個方向努力:一是努力建立用於解決實際工程問題的實用模型;一是為了建立能進一步反映某些岩土體應力應變特性的理論模型。理論模型包括各類彈性模型、彈塑性模型、粘彈性模型、粘彈塑性模型、內時模型和損傷模型,以及結構性模型等。

它們應能較好反映岩土的某種或幾種變形特性,是建立工程實用模型的基礎。工程實用模型應是為某地區岩土、某類岩土工程問題建立的本構模型,它應能反映這種情況下岩土體的主要性狀。用它進行工程計算分析,可以獲得工程建設所需精度的滿意的分析結果。

例如建立適用於基坑工程分析的上海粘土實用本構模型、適用於沉降分析的上海粘土實用本構模型,等等。筆者認為研究建立多種工程實用模型可能是本構模型研究的方向。

在以往本構模型研究中不少學者只重視本構方程的建立,而不重視模型引數測定和選用研究,也不重視本構模型的驗證工作。在以後的研究中特別要重視模型引數測定和選用,重視本構模型驗證以及推廣應用研究。只有這樣,才能更好為工程建設服務。

其中幾種經典的本構模型:(1)、mohr-coulomb(m-c)理想彈塑性模型 (2)、drucker-prager(d-p)模型 (3)、cam-clay(cam)模型 (4)、duncan-chang(d-c)模型 (5)、lade-duncan(l-d)模型

研究進展:土本構模型的建立是乙個重要而又複雜的問題,到目前為止,國內外學者們已提出數以百計的土本構模型,諸多文獻也對這些模型進行了評述和歸納。然而這些土本構模型多是在擾動土或砂土的基礎上發展和建立起來的,它們難以描述由於土結構性引起的各種非線性行為,其計算結果與實際情況相差甚遠。

天然土體一般都具有一定的結構性,所以有必要建立考慮土結構性影響的土本構模型。針對這個現實,目前有些學者已基於各種理論和方法,提出了一些可以考慮土結構性影響的土本構模型,並得了較好的應用。但在目前的文獻中還很少有對土的結構性本構模型研究進行歸納。

5、 地基沉降計算方法及適用條件如何?

一、分層總和法

分層總和法是在地基沉降計算深度範圍內劃分為若干層,計算各分層的壓縮量,然後求其總和。計算時應先按基礎荷載、基底形狀和尺寸、以及土的有關指標確定地基沉降計算深度,且在地基沉降計算深度範圍內進行分層,然後計算基底附加應力,各分層的頂、底面處自重應力平均值和附加應力平均值。通常假定地基土壓縮時不允許側向變形(膨脹),即採用側限條件下的壓縮性指標。

為了彌補這樣得到的沉降量偏小的缺點,通常取基底中心點下的附加應力進行計算。

二、有限元法

這種方法適用於連續介質,對於一般土體可以採用非線性彈性本構模型或彈塑性本構模型,考慮複雜的邊界條件、土體應力應變關係的非線性特性、土體的應力歷史和水與骨架上應力的耦合效應,可以考慮土與結構的共同作用、土層的各向異性,還可以模擬現場逐級加荷,能考慮側向變形及三維滲流對沉降的影響,並能求得任意時刻的沉降、水平位移、孔隙壓力和有效應力的變化。從計算方法上來說,由於其計算引數多,且需通過三軸試驗確定,程式複雜難以為一般工程設計入員接受,在實際工程中沒有得到普遍應用,只能用於重要工程、重要地段的地基沉降的計算。

三、規範法

《建築地基基礎設計規範》(gbj 7-89)所推薦的地基最終沉降量計算方法是另一種形式的分層總和法。它也採用側限條件的壓縮性指標,並運用了平均附加應力係數計算,還規定了地基沉降計算深度的標準以及提出了地基的沉降計算經驗係數,使得計算成果接近於實測值。

6、 如何考慮軟粘土強度、變形的時間效應?

強度的時間效應

蠕變是流變的一種現象,在恆定的應力作用下變形隨時間增長的現象。

剩餘強度,黏土在長期荷載作用下的穩定性時,常採用有效黏聚力和有效內摩擦角。

變形的時間效應

(1) 變形量大有些軟土含水率高,孔隙比較大。

(2) 壓縮穩定所需時間長。軟土中的水在孔隙中流動較困難,滲透性低。飽和土受荷載後,水不能很快排出,變形只能緩慢發展。在地基中,這一變形過程常延續數年,乃至數十年。

(3) 側向變形大。飽和軟土受荷時,初期水來不及排出,土體體積不收縮,便從側向向外擠出,泊松比接近0.5。

隨著孔隙水的逐步排出,土體體積收縮, 豎向沉降進一步發展,而側向可能略有收縮。從最終穩定的變形來看,軟土的泊松比一般高於非軟土。

7、 影響地基承載力的因素有哪些?

1)基礎形狀的影響:在用極限荷載理**式計算地基承載力時是按條形基礎考慮的,對於非條形基礎應考慮形狀不同地基承載的影響。

2).荷載傾斜與偏心的影響:在用理**式計算地基承載力時,均是按中心受荷考慮的,但荷載的傾斜荷偏心對地基承載力是有影響的。

3).覆蓋層抗剪強度的影響:基底以上覆蓋層抗剪強度越高,地基承載力顯然越高,因而基坑開挖的大小和施工回填質量的好壞對地基承載力有影響。

4).地下水的影響:地下水水位上公升會降低土的承載力。

5).下臥層的影響:確定地基持力層的承載力設計值,應對下臥層的影響作具體的分析和驗算。

6).此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響:地基土壓縮性和試驗底板與實際基礎尺寸比例的影響。相鄰基礎的影響,加荷速率的影響和地基與上部結構共同作用的影響等。

在確定地基承載力時,應根據建築物的重要性及結構特點,對上述影響因素作具體分析。

8、 土坡穩定計算有哪些方法?各有什麼優缺點?

粘性土坡穩定性分析

一.瑞典圓弧法

這個方法首先是由瑞典的彼得森所提出,故稱瑞典圓弧法。

(1)基本假設:均質粘性土坡滑動時,其滑動面常近似為圓弧形狀,假定滑動面以上的土體為剛性體,即設計中不考慮滑動土體內部的相互作用力,假定土坡穩定屬於平面應變問題。

(2)基本公式:取圓弧滑動面以上滑動體為脫離體,土體繞圓心o下滑的滑動力矩為ms=wa,阻止土體滑動的力是滑弧aed上的抗滑力,其值等於土的抗剪強度τf與滑弧aed長度l的乘積,故其抗滑力矩為

安全係數k=抗滑力矩/滑動力矩=

式中:l——滑弧弧長;

r——滑弧半徑;

α——滑動土體重心離滑弧圓心的水平距離。

該法適應於粘性土坡。後經費倫紐斯改進,提出φ=θ的簡單土坡最危險的滑弧是通過坡角的圓弧,其圓心o是為ao與bo兩線的交點,可查表確定。

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岩土工程課程設計

1.1 設計題目1 1.2 設計資料1 1.3 獨立基礎設計2 1.3.1 選擇獨立基礎材料2 1.3.2 選擇基礎埋置深度2 1.3.3 求地基承載力特徵值fa31.3.4 初步選擇基礎尺寸3 1.3.5 驗算持力層地基承載力4 1.3.6 計算基地淨反力4 1.3.7 基礎高度5 1.3.8 變...

岩土工程勘察報告

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