工程地質課程設計.doc

AA工程地質分析原理課 程 設 計 大 綱資 源 與 環(huán) 境 工 程 學 院2011年5月工程地質分析原理課 程 設 計 大 綱一、目的及意義學習工程地質分析理原理課程后，以勘察工程實例進行工程地質分析和設計。用數理統(tǒng)計學中趨勢面分析方法，求出曲面后則可計算滑坡推力、設計相應的加固方法。以現行規(guī)范和生產單位習用的方式表達出來。作設計說明書一份。二、要求 邊坡設計開始之前，除了應掌握有關整個邊坡的資料，包括工程地質、水文條件、地震烈度及國家頒發(fā)的有關設計規(guī)范外，應注意相關工程資料的搜集和分析，如深基坑、公路邊坡設計中應搜集路線平、縱、橫斷面設計資料及路基設計表，水工邊坡中應搜集大壩、船閘等相關工程的有關資料。此外，還應重視土質調查試驗資料，當地同類邊坡工程的經驗資料的搜集與分析。1)工程地質勘察報告 這是對邊坡進行穩(wěn)定性分析與評價的主要資料，它包括邊坡的地層結構，各地層的產狀、構造、巖層的完整及破碎程度、風化程度等，覆蓋層厚度及變化情況，可能破裂面(或滑動面)的位置、形態(tài)及潛在變化，地形變化及地貌特征等。 2)水文條件 邊坡設計時，應掌握邊坡地段處地表水及地下水的情況，包括雨季及枯水季節(jié)的地下水位情況，設計標準年限內的最大降雨量等資料。 3)地震資料 邊坡設計時，應查閱國家地震烈度區(qū)劃圖，當地震烈度低于6度時，可不考慮地震荷載；當地震烈度達到6度以上(含6度)時，應計算地震荷載的影響。 4)土質調查試驗報告 在進行邊坡設汁時，應掌握土層的類別及物理、力學性質，它是在進行工程地質勘測時通過調查、鉆(挖)孔采集各土層(地層)的原狀土(巖)樣，并以室內或原位試驗方法取得的。各層土的物理力學性質指標有粒徑級配、塑液限、天然含水量、土體天然容重、飽和容重、抗剪強度指標、滲透系數水力坡體、巖石天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下的單軸(無側限)抗壓強度，以及土(巖)樣柱狀剖面圖等。 5)相關工程資料 邊坡工程的設計應與相關工程相適應，盡量不影響相關工程的使用功能，因此，在設計前應搜集相關工程的總體平面布置圖、縱斷面及橫斷面設計圖，對于公路邊坡工程，還應搜集路基設計表。 6)同類邊坡工程的經驗資料 邊坡設計時，在對當地的地質條件及降雨情況缺乏把握的情況下，對當地同類邊坡工程的經驗資料，包括邊坡斷面設計形狀、坡比、臺階高度、臺階寬度、防護結構形式等進行深入細致的分析研究顯得尤為重要。 7)邊坡工程環(huán)境資料 邊坡工程設計應考慮邊坡工程對周邊環(huán)境的影響，以保護與美化環(huán)境，因此在邊坡設計前必須收集與邊坡工程有關的環(huán)境資料。三、時間課程結束后一周內交說明書一份。(附中英文摘要、參考文獻)。工程實例一、工程概況貴開公路K57+100K57+300段左側邊坡位于開陽縣南江鄉(xiāng)關口鎮(zhèn)東側，由于修建貴開公路，開挖路基將使K57+100K57+300段左側均形成約200m長的路塹高邊坡，擬建公路原始地面標高為939.36954.22m，設計路面標高為933.88940.10m，路基垂直開挖使左側形成高5.4614.40 m的巖土質混合邊坡，右側形成高6.2018.30m的巖土質混合邊坡，該路段設計公路寬9.0m。二、地質災害的危害程度該段公路擬開挖人工邊坡位于關口鎮(zhèn)東側，邊坡高度較大，地質環(huán)境條件較差，屬地質災害易發(fā)區(qū)，若發(fā)生滑坡，將對長為200m擬建公路的安全使用造成很大的危害。根據現場踏勘，場區(qū)的地形地貌、地質構造、巖土構成均較復雜；該邊坡若發(fā)生滑坡，造成的危害較大，針對地質災害工程的重要性及特殊性，本邊坡工程等級為二級，場地及公路等級為二級，地基等級為二級，綜合上述條件，該邊坡工程勘察（詳勘階段）工程等級為乙級三、邊坡特征及穩(wěn)定性評價（一） 邊坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征 擬建公路的開挖將使K43+380K43+540段兩側均形成人工邊坡，南西側將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為939.343951.60m，邊坡高度5.4614.40m的巖土混合邊坡，該側巖層呈順向產出；北東側將形成坡腳高程為933.88940.10m，坡頂高程為940.056955.794m，邊坡高度6.218.3m的人工巖土質邊坡，該側巖層呈反向產出，擬建公路的開挖可能引起北東側整個土層及強風層滑坡，可能導致滑坡的面積為10552m2，土層滑坡體積61760 m3，土層及強風化層滑坡體積為88360 m3。擬建公路的開挖可能引發(fā)表層土體內部的滑坡、土層沿強風化巖層的順向滑坡及土層和強風化巖層沿弱風化巖層頂面的順向滑坡，一旦滑坡形成，將對擬建公路的施工和正常使用及枇杷哨小鎮(zhèn)人民的生命財產造成很大的危害。（二） 邊坡特征1、擬開挖邊坡（南西側），邊坡高度為5.4614.40m，邊坡范圍以礫砂土為主，僅-、-、-坡段坡腳切到強風化巖層，強風化巖石坡高在3.10m以內，巖層傾向與坡向相同，形成順向坡。2、右側擬開挖邊坡（北東側），邊坡高度為6.218.3m，邊坡范圍以礫砂土和強風化巖層為主，其中-、-坡段為全土質邊坡；-、-、-、-坡段為礫砂土和強風化巖石邊坡，強風化巖石坡高分別2.60m、5.50m、2.0m、4.80m；-、-、-坡段為礫砂土、強風化巖石和弱風化巖石邊坡，弱風化巖石坡高分別為1.70m，2.40m，7.60m，巖層傾向與坡向相反，形成反向坡。（三） 邊坡影響因素 隨著公路的施工進度，人工邊坡逐漸形成，當邊坡高度超過臨界值，土層及強風化層在重力作用下應力重新分布，由于土層與強風化層抗剪強度較差，自身將會不穩(wěn)定。若遇雨季，土層及強風化層在雨水作用下，將使其抗剪強度指標降低，自重增加，水壓力增大，加速邊坡的下滑；在路基開挖過程中，巖石放炮，將增加地震水平力，也會加速邊坡的下滑，故應及時對人工邊坡進行治理。（四）試驗成果分析及巖土參數1、巖土物理力學指標巖體及土體重度根據試驗得出，礫砂土的抗剪強度指標根據室內原狀土試驗及現場直剪試驗結果綜合確定，強風化泥巖抗剪強度指標采用現場直剪試驗提供參數。室內土體直剪試驗，舍去1、2、3號土樣和8、9號土樣后，統(tǒng)計，其抗剪強度標準值為C=37.2KPa，=12.26，重度為=18.84以上試驗統(tǒng)計結果顯示，二種試驗土體內摩擦角很接近，考慮現場直剪試驗樣品數較少，直接影響統(tǒng)計結果，故建議土體內摩擦角采用原狀土和直剪試驗的平均值；內聚力離散，由于水對土質邊坡穩(wěn)定性影響較大，土質邊坡在浸水狀態(tài)時最不穩(wěn)定，土體粘聚力較自然狀態(tài)和干燥狀態(tài)下降很大，故土體粘聚力應采用現場直剪試驗數據，從現場直剪試驗數據可見，其離散性很大，經統(tǒng)計其變異系數為0.42，屬高變異，不能直接采用統(tǒng)計結果，接合現場土體特性和地區(qū)經驗分析，建議粘聚力采用現場直剪試驗數據平均值；由于勘察區(qū)土體粗顆粒含量較高，室內土體重度試驗值偏低，場區(qū)土體重度建議提高使用。由于場區(qū)土體滲水性較好，按半滲水狀態(tài) ，土體力學參數最終取值建議為重度=20KN/m3，抗剪強度指標 C=26KPa,=11，基底摩擦系數=0.35；由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場區(qū)屬同一類地層，強風化鈣質泥巖在龍廣滑坡工程中已經做現場直剪試驗，且強風化鈣質泥巖內均夾有粘土，故本工程強風化鈣質泥巖力學參數采用龍廣滑坡勘察報告提供的指標：重度 =22KN/m3，抗剪強度指標 C=21KPa,=10，基底摩擦系數=0.35；弱微風化鈣質泥巖重度采用龍廣滑坡試驗值=26.8KPa，抗剪強度指標采用龍廣滑坡審查通過值C=200KPa,=25，基底摩擦系數=0.45；弱風化砂巖、石灰?guī)r重度根據試驗統(tǒng)計結果=26.9KPa，根據規(guī)范其抗剪強度指標C=1.0MPa，=40。注：從以上巖土的力學參數可見，土層抗剪強度指標比強風化巖層抗剪強度指標高，就此進行分析，原因應為土層經過長時期的固結，比較密實，故指標較高；強風化巖層內夾粘土，且對于0.25m的試驗體來說，節(jié)理裂隙貫通性較好，現場直剪試驗是沿粘土內和節(jié)理裂隙面破壞，故指標較低。2、地基承載力、土體地基承載力根據公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范JTJ024-85規(guī)范表2.1.2-5取用：礫砂土容許承載力0=250KPa。、由于龍廣滑坡下伏地層和本次勘察場區(qū)屬同一類地層，鈣質泥巖在龍廣滑坡工程中已經取樣作室內抗壓試驗，故本工程未對該套巖石取樣。、作試驗，鈣質泥巖地基承載力采用龍廣滑坡工程提供的指標：強風化鈣質泥巖容許承載力0=350KPa，弱風化鈣質泥巖容許承載力0=2500KPa。、邊坡穩(wěn)定性計算及評價勘察區(qū)內擬開挖人工邊坡-、-、-、-、-、-、-、斷面為土質邊坡，土層為礫砂土，破壞模式按平面滑動型，計算時破裂角采用= (45+/2)，穩(wěn)定性計算公式為，滑坡推力計算公式為F=W（Kssin-costg）-CL；-斷面為巖土混合邊坡，巖層呈順向產出，土層為礫砂土，破壞模式有二種：、土體內部的平面滑動型，、巖土體折線滑動型，計算時土層破裂角采用= (45+/2)，滑動面傾角采用巖層視傾角，土體內部的平面滑動計算公式與上同，巖土體折線滑動破壞采用傳遞系數法計算滑坡推力，其計算公式為Fi=(Wisini+Qicosi)-1/KsCiLi+(Wicosi- Qisini) fiFi-1i-1以上計算公式中：K穩(wěn)定系數；Fi條間推力（KN/m）；Fi-1第i-1條塊的剩余下滑力（KN/m）；Ks抗滑安全系數；W、Wi單位長度豎向力（條塊自重）（KN/m）；土層破裂角；i、i-1分別為第i塊，第i-1塊滑動面傾角；、i巖土的內摩擦角（度）；C、Ci條塊滑動底面巖土的粘聚力（KPa）；L、Li條塊滑動底面的長度（m）；Qi單位長度水平推力（KN/m）；fi條塊滑動底面巖土的摩擦系數 fi=tgi；i傳遞系數。i-