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Transcription

1 ICS XXXXX X XX 中华人民共和国国家标准 GB/T XXXXX-XXXX 代替 GB/T 岩土工程基本术语标准 Standard for Fundamental Terms of Geotechnical Engineering ( 征求意见稿 ) ( 仅供征求意见, 请勿引用 ) XXXX-XX-XX 发布 XXXX-XX-XX 实施 中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 联合发布

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3 前言 本标准是根据住房和城乡建设部 关于印发 2010 年工程建设标准规范制订 修订计划 的通知 ( 建标 [2010]43 号 ), 由水利部水利水电规划设计总院和南京水利科学研究院会同有关单位在 岩土工程基本术语标准 GB/T 基础上共同修订完成的 本标准共有 12 章, 主要内容包括 : 总则 一般术语 工程勘测 岩土基本特性与室内试验 基本理论与计算分析 岩土体加固与处理 基础工程 土石方工程 地下工程 边坡工程 环境岩土工程与地质灾害 近海与海岸岩土工程 本次修订的主要内容有 : 调整了部分章节和术语的编排次序, 相应地调整框架结构 ; 在 一般术语 工程勘测 岩土基本特性与室内试验 岩土体加固与处理 土石方工程 和 地下工程 等章节中相应增编了部分基本术语 ; 增加 基本理论与计算分析 基础工程 边坡工程 环境岩土工程与地质灾害 和 近海与海岸岩土工程 等章节内容, 增编相应的基本术语, 并调整部分原基本术语列入至新增章节 ; 将原 分析与计算 部分内容, 及部分新增基本术语, 增编组成 基本理论与计算分析 一章 ; 将原 不良地质现象 部分内容, 列入新增 环境岩土工程与地质灾害 一章中 ; 删减了与当前技术发展水平不协调 不适应的部分基本术语 本标准由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释, 水利部负责日常管理, 水利部水利水电规划设计总院负责具体技术内容的解释 本标准在执行过程中, 请各单位结合工程实践, 认真总结经验, 注意积累资料, 如发现需要修改和补充之处, 请将修改意见和有关资料反馈给水利部水利水电规划设计总院 ( 地址 : 北京市西城区六铺炕北小街 2-1 号, 邮政编码 :100120, 传真 : , 电子邮件 :jsbz@giwp.org.cn), 以供今后修订时参考 本标准主编单位 : 水利部水利水电规划设计总院南京水利科学研究院本标准参编单位 : 华北水利水电学院铁道科学研究院建设部综合勘察研究院南京大学武汉大学浙江大学中国水利水电科学研究院同济大学

4 河海大学本标准主要起草人 : 蔡正银 刘汉东 刘国楠毛尚之李晓昭 周创兵 陈云敏 温彦锋 黄茂松刘汉龙 杨守华 高长胜 周彦章 朱群峰 本标准主要审查人 :

5 目次 1 总则 一般术语 工程勘测 地形 地貌 岩土和地质构造 水文地质 勘察方法 原位测试 勘察成果与评价 工程测量 现场监测与检测 岩土基本特性与室内试验 土的组成与分类 土的基本特性与试验 岩体结构 岩石的基本特性与试验 基本理论与计算分析 基本理论 计算分析 岩土体加固与处理 处理方法 置换法 振密 挤密法 排水固结法 灌入固化物法 加筋法 托换 纠倾法 复合地基 土工合成材料 岩土锚固 基础工程 基础类型 无筋扩展基础 扩展基础 筏形基础和箱形基础 桩基础 土石方工程

6 8.1 土工构筑物 施工技术与方法 地下工程 基本概念 支护结构 地下工程施工 地下空间 边坡工程 边坡及破坏形式 边坡稳定性分析 边坡设计与加固 边坡监测与预报 环境岩土工程与地质灾害 污泥与污染土 固体废弃物处理 危险性废物处置 地质灾害及不良地质作用 矿山环境与尾矿治理 近海与海岸岩土工程 近海与海岸地质 地貌 近海与海岸构筑物 本标准用词说明 条文说明

7 1 总则 为合理地统一我国岩土工程基本术语, 便于该领域国内外技术合作与交流, 制定本标准 本标准适用于岩土工程的勘测 设计 施工 监测以及试验研究等有关领域 1

8 2 一般术语 岩土工程 geotechnical engineering 土木工程中涉及岩石 土的利用 处理或改良的科学技术 岩石工程 rock engineering 以岩体为工程建筑地基或环境, 并对岩体进行开挖 加固的地下工程和地面工程 土力学 soil mechanics 研究土的物理 化学和力学性质及土体在荷载 水 温度等外界因素作用下工程性状的应用科学 岩石力学 rock mechanics 研究岩石的物理 化学 力学性质和岩体在荷载作用及环境条件下工程性状的应用科学 土动力学 soil dynamics 研究土在各种动力作用下的性状和应力波在土体内传播规律的科学 岩石动力学 rock dynamics 研究岩石在各种动力作用下的性状和应力波在岩体内传播规律的科学 非饱和土力学 unsaturated soil mechanics 研究非饱和土 ( 孔隙水压力为负值 ) 的物理 化学和力学性质及土体在荷载 水 温度等外界因素作用下工程性状的应用科学 工程地质学 engineering geology 研究与工程活动有关的地质环境及其评价 预测和保护的科学 水文地质学 hydrogeology 研究地下水的形成 分布 运动规律 物理化学性质及其合理利用和管理的科学 地下水动力学 groundwater dynamics 研究地下水在岩 土孔隙及其裂隙中运动规律的科学 环境岩土工程 geoenvironmental engineering 利用岩土工程的基本原理 方法和手段防止自然和人类活动引起的环境恶化, 分析和评价环境与各类工程活动间的相互作用和影响, 改善人类环境的运行和生活质量, 保持人类社会的可持续发展的学科 近海岩土工程 offshore geotechnical engineering 2

9 在近海区域的勘探 开发和建设中所涉及的岩土工程的科学技术 灾害地质学 disaster geology 研究火山 地震 滑坡 泥石流和区域性地下水位骤变等有害地质现象的形成 发展和防治措施的科学 流变学 rheology 研究物质或材料的流动和变形的属力学分支之一的科学 散体力学 mechanics of granular media 研究散体受力时的极限平衡和运动规律的科学 断裂力学 fracture mechanics 研究含裂纹材料和工程结构的强度变化及裂纹扩展规律的科学 理论土力学 theoretical soil mechanics 研究土的强度和本构 极限平衡 渐进破坏等相关理论的属土力学分支的科学 计算土力学 computational soil mechanics 用数值方法分析岩土工程中的应力 变形 强度 渗流 沉降和稳定性等的属土力学分支的科学 3

10 3 工程勘测 3.1 地形 地貌 地貌 geomorphology 由地球内 外营力作用而形成的地表起伏形态 地貌单元 landform unit 地貌按成因 形态及发展过程划分的单位 平原 plain 地表面平坦宽广 地面高差和倾斜角很小的地区 丘陵 hill 地表面起伏较缓 冈丘错综连绵 有一定地面高差和倾斜角的地区 山地 mountain 地表面起伏显著 群山连绵交错 地面高差和倾斜角大的地区 河谷阶地 fluvial terrace 由河流下切侵蚀和堆积作用交替进行在河谷两岸形成的高出洪水位的台阶状地貌 若发生多次地壳升降, 会出现多级阶地 冲积扇 alluvial fan 山地河流出口处因水流速度降低, 大量碎屑物质经分选 沉积而形成的扇形地带 洪积扇 diluvial fan 山区洪流将碎屑物质携带至山谷出口处堆积形成的扇形地带, 其组成物质分选性差 坡积裙 talus apron 坡积物沿山麓分布形似裙边的堆积地形 岩溶 Karst 可溶性岩石受水和二氧化碳的溶蚀和侵蚀而形成的各种地质现象和地形形态的总称, 又称喀斯特 3.2 岩土和地质构造 地质环境 geologic environment 由地壳岩石圈与大气圈 水圈 生物圈相互作用而形成的环境空间 地质环境要素 geologic environmental element 4

11 组成和影响地质环境的岩石 土 地表水 地下水 地质构造及各种地质作用等因素的总称 岩石 rock 天然产出的具有一定结构构造的单一或多种矿物的集合体 岩体 rock mass 赋存于一定地质环境, 含不连续结构面且具有一定工程地质特征的岩石综合体 岩浆岩 ( 火成岩 ) magmatic rock,igneous rock 岩浆侵入地壳或喷出地表经冷却凝结而成的岩石, 又称火成岩 沉积岩 sedimentary rock 已有岩石经风化 侵蚀 搬运 沉积 成岩等外力作用形成的岩石 变质岩 metamorphic rock 先成岩经热力 压力或两者综合作用, 使矿物成分和结构构造发生质的变化而形成的岩石 新鲜岩石 fresh rock 未经风化作用的岩石 完整岩石 intack rock 基本未被不连续结构面分割的岩体 风化岩 weathered rock 物理 化学和生物作用使原生岩石引起不同程度的分解破碎, 且结构 成分和性质发生不同程度变化的岩石 构造岩 structural rock,tectonite 结构要素能反映岩石变形特征的所有变形岩石 结构面 structural plane 岩体中分割固相组分的地质界面的统称, 如层理 节理 片理 断层等, 又称不连续面 结构体 structural block 未经位移的岩体被结构面切割成的岩石块体 岩体结构类型 structural type of rock mass 岩体内结构面与结构体的不同组合型式, 如整体块状结构 层状结构 碎裂结构和散体结构等 软弱结构面 weak structural plane 延伸较远 两壁较平滑 充填有一定厚度的软弱物质的结构面 软弱夹层 weak intercalated layer 岩体中夹有的强度较低或被泥化 软化 破碎的薄层 5

12 基岩 bed rock 地球陆地表面疏松物质 ( 土壤和底土 ) 下的坚硬岩层 土 soil 矿物或岩石碎屑构成的集合体 土体 soil mass 具有一定规模和工程地质特征的土层或土层综合体 残积土 residual soil 岩石风化后残留在原地形成的土 坡积土 talus,slope wash 山坡上方的碎屑物质在水流或重力作用下运移到坡下或山麓处堆积形成的土 洪积土 diluvial soil 由暂时性洪流, 将山区高地的碎屑物质携带至沟口或平缓地带堆积而成的土 冲积土 alluvial soil 碎屑物质经水流搬运, 在谷地 平原及河口地带堆积而成的土 风积土 aeolian deposit 碎屑物质经风力搬运至异地降落 堆积而成的土 海积土 marine soil 海底环境中沉积形成的土 特殊性土 special soil 具有特殊成分 结构 构造或特殊物理力学性质的土, 如淤泥 黄土 红粘土 膨胀土 冻土 人工填土等 软土 soft clay 天然含水率大, 呈软塑到流塑状态, 具有压缩性高 强度低等特点的黏性土 淤泥 muck 在静水或缓慢流水环境中沉积, 经生物化学作用形成, 天然含水量大于液限, 孔隙比大于 1.5 的粘性土 淤泥质土 mucky soil 在静水或缓慢流水环境中沉积, 经生物化学作用形成, 天然含水量大于液限, 孔隙比小于 1.5 但大于或等于 1.0 的粘性土或粉土 黄土 loess 6

13 主要由粉粒组成, 呈棕黄 灰黄或黄褐色, 一般具有大孔隙和垂直节理的土 湿陷性土 collapsible soil 结构疏松 胶结微弱, 在一定压力下浸水时, 结构迅速破坏而发生显著附加下沉的土 红粘土 lateritic soil;red clay 碳酸盐岩系出露区的岩石, 经红土化作用形成的颜色为棕红 褐黄色, 液限大于或等于 50% 的高塑性粘土 在原地未经搬运的为原生红粘土 ; 经搬运 沉积后仍保留其基本特征, 且液限大于 45% 的为次生红粘土 分散性粘土 dispersive clay 钠离子含量较高, 遇水尤其是遇纯水容易分散的中 低塑性粘土 膨胀土 expansive soil, swelling soil 富含亲水性矿物, 具有明显的吸水膨胀 失水收缩特性的高塑性土 盐渍土 saline soil 土中易溶盐含量较高, 并具有溶陷 盐胀 腐蚀等工程特性的土 有机质土 organic soil 有机质含量大于或等于 5% 小于或等于 10% 的土 泥炭质土 peaty soil 含有大量未分解的腐植物, 且有机质含量大于 10% 小于或等于 60% 的土 泥炭 peat 含有大量未分解的腐植物, 且有机质含量大于 60% 的土 冻土 frozen soil 温度低于 0 且土中水结冰, 土体处于冻结状态的土 多年冻土 perennially frozen soil 冻结状态持续两年或两年以上的冻土 季节冻土 seasonally frozen soil 随季节冻结和融化的土 人工填土 fill,filled soil 由于人类活动而堆积的土, 又称填土 可分素填土 杂填土和冲填土三大类 素填土 plain fill 由碎石土 砂土 粘性土等一种或数种组成的填土 杂填土 miscellaneous fill,rubbish fill 7

14 含有大量建筑垃圾 工业废料或生活垃圾等杂物的填土 冲填土 hydraulic fill,dredger fill 由水力将泥砂充填到预定地点堆积形成的土, 又称吹填土 压实填土 compacted fill 按一定标准控制填料成分 密度 含水量, 经过分层压实或夯实的素填土 地质构造 geological structure 在地壳运动影响下, 地层中产生的倾斜 弯曲 错动 断裂和破碎等变形和位移的形迹 褶曲 fold 岩层的弯曲形态 弯曲的中心部分称为核部, 核部的两侧称为翼部 背斜 anticline 岩层向上弯曲, 侵蚀后核部岩层老, 两翼岩层新且对称分布的褶曲构造 向斜 syncline 岩层向下弯曲, 侵蚀后核部岩层新, 两翼岩层老且对称分布的褶曲构造 断裂 rupture,fracture 受地壳运动影响, 岩体连续性遭到破坏而产生的破碎带和破裂面的总称, 如裂隙 节理和断层等 裂隙 fissure 岩体中的破裂面或裂纹 节理 joint 岩体中未发生位移的 ( 包括实际的或潜在的 ) 破裂面, 按成因可分为原生节理 构造节理 风化节理 卸荷节理等 断层 fault 岩体在内动力作用下断裂并沿断裂面发生显著位移的构造变动形迹 活断层 active fault 目前正在活动或近代地质时期有过活动, 一定时间内仍有可能发生活动的断层 破碎带 fracture zone 岩体受挤压或发生断裂形成的破碎岩带, 常有角砾 泥充填 因断层产生的破碎带称断层破碎带 产状 attitude 岩层层面 节理面 断层面等结构面在空间的产出状态, 以走向 倾向 倾角表示 8

15 风化作用 weathering 地表岩石受日照 水 大气及生物作用等影响, 其物理性状 化学成分发生一系列变化的作用 风化壳 weathered crust 地壳表层岩体风化后在原地形成的松散残积层 风化带 weathered zone 岩体受风化作用破坏, 性质变化的层带 风化程度 degree of weathering,intensity of weathering 岩石的原生矿物及结构 构造受风化作用引起的分解 变化的程度 3.3 水文地质 地表水 surface water 地球表面上的一切水体的总称 地下水 groundwater 存在于地面以下岩石和土孔隙 缝隙和孔洞中的水 包气带水 aeration zone water 赋存于地表面与地下水面之间与大气相通的含气地层内的地下水 上层滞水 perched water 包气带中局部隔水层上积聚的的重力水 潜水 phreatic water 地面下第一个稳定隔水层以上饱水带中具有自由水面的地下水 承压水 confined water 充满在上下两个隔水层之间的含水层中, 测压水位高出其顶板的地下水 层间水 interlayer water 存在于上下两个隔水层之间的含水层中, 无压或有压的地下水 裂隙水 fissure water 存在于岩体裂隙中的地下水 含水层 aquifer 赋存地下水并具有导水性能的地层 不透水层 impervious layer 地下水渗透率小到可以忽略不计的地层, 又称隔水层 阻水层 补给区 recharge area 9

16 含水层接受大气降水和地表水等入渗补给的地区 径流区 runoff area 含水层的补给区至排泄区区间内地下水流经的范围 地下径流 subsurface runoff 沿一定途径向排泄区流动的地下水 水头 water head 含水层某处单位重量水的能量 以液柱高度表示, 包括位置水头 压力水头和速度水头 储水系数 storage coefficient 反映含水层水头下降或上升单位高度时, 从单位水平面积和高度等于含水层厚度的柱体中释放或储存水体积能力的一个参数 导水系数 transmissivity 数值上等于含水层渗透系数与其厚度的乘积的含水层导水能力的一个参数 给水度 specific yield 当潜水位下降一个单位时, 被疏干含水层单位体积内所能排出的水量 持水度 water retaining capacity 饱和岩土体在重力排水完全停止或基本停止时, 仍保持在单位土体中的水的体积 又称持水率 容水量 water bearing capacity 岩土体中能容纳的水的最大体积与岩土体体积的比值 影响半径 radius of influence 从抽水井至降落漏斗边缘的平均距离 弥散系数 dispersion coefficient 因弥散作用引起的单位时间内, 单位浓度梯度下通过单位土体的溶质量 地下水化学类型 chemical type of groundwater 根据地下水化学成分的形成环境 基本特征 水中常量元素的阴阳离子所占毫克当量百分数大小或特殊成分 ( 稀有元素 ) 含量达到一定数量时划分的地下水类型 地下水总矿化度 total mineralization of groundwater 地下水中所含各种离子 分子与化合物的总量, 习惯上以 1 升水在 105~110 下蒸干所得的干涸残余物的克数表示 地下水硬度 groundwater hardness 反映地下水中含盐量的特性指标, 其值为钙 镁 铁 锰 锶 铝等溶解盐类的总量, 以毫克 10

17 当量或德国度表示 地下水腐蚀性 groundwater corrosivity 地下水因所含的酸碱物质或某种离子超过一定限度后, 对金属管材或混凝土等发生腐蚀作用的性能, 包括分解性腐蚀 结晶性腐蚀及分解结晶复合性腐蚀 地下水污染 roundwater pollution 某些污染物质 微生物或热能以各种形式 通过各种途径进入地下水体, 使水质恶化, 影响其在国民经济建设与人民生活中的正常利用, 危害人体健康, 破坏生态平衡, 损坏环境的现象 地下水等水位线图 contour map of groundwater 用等值线表示潜水水位或承压水水头标高的图件 水文地质勘察 hydrogeological investigation 以开发或控制地下水为目的而进行的水文地质测绘 地下水勘探 地下水动态观测 地下水资源评价及为合理开采和管理地下水而进行的试验 监测与分析研究等工作的总称 水文地质测绘 hydrogeological survey,hydrogeological surveying and mapping 对地面地质 地貌 地下水露头及与地下水有关的各种地质现象所进行的实地观测和填图工作 水文地质钻探 hydrogeological drilling 为取得水文地质资料而进行的钻探 3.4 勘察方法 岩土工程勘察 geotechnical investigations 采用工程地质测绘 勘探 测试 分析等手段, 对工程选址 设计 施工和运营中的岩土工程问题进行调查研究和分析评价 工程地质测绘 engineering geological mapping 对勘察场地及附近的工程地质条件进行现场观察 量测和描述, 并将有关工程地质要素以图例 符号表示在地形图上的勘察工作方法 工程地质勘探 engineering geological prospecting 为查明场地工程地质条件而进行的钻探 坑探和物探等工作的总称 钻探 drilling 利用钻进设备向地层内钻孔, 通过采集岩芯或观察井壁, 取得地下一定深度内的工程地质资料的勘探工作 岩芯采取率 core recovery 钻孔中取得的岩芯长度与钻探进尺的比值 以百分数表示 11

18 3.4.6 取土器 soil sampler 采取原状土样的专用器具 薄壁取土器 thin wall sampler 内径 75~100mm, 面积比小于或等于 10%( 内间隙比为 0) 或大于 10% 且小于 13%( 内间隙比为 0.5~1.0) 的无衬管取土器 厚壁取土器 thick wall sampler 内径 75~100mm, 面积比在 13~20% 之间的有衬管取土器 不扰动土样 undisturbed soil sample 相对保持天然结构和含水量的土样 扰动土样 disturbed soil sample 天然结构受到破坏或含水量等指标改变了的土样 土试样质量等级 quality grade of soil samples 按土试样受扰动程度不同划分的等级 坑探 pit exploration 采用开挖浅井的方法查明地质情况的一种勘探手段 开挖成具有一定深度和长度的沟槽时称槽探 开挖成平洞时称洞探 地球物理勘探 geophysical exploration 借助仪器观测人工或天然物理场的分布 变化, 并综合分析所获得的资料, 从而推断 解释岩土体或物质构造情况的勘探方法, 简称物探 电法勘探 electrical exploration 利用仪器对岩土的电学性质及电场 电磁场进行探测, 并对资料进行分析研究的地球物理勘探方法 磁法勘探 magnetic exploration 利用仪器发现地磁异常, 寻找具有磁性的地质体, 研究地质构造的一种地球物理勘探方法 电磁法 electromagnetic geophysical exploration 利用仪器观测电磁感应过程中地面的导电性的物探方法 探地雷达法 ground penetrating radar method(gpr) 通过研究高频电磁波在地下介质中的传播速度 介质对电磁波的吸收以及电磁波在介质分界面的反射等, 解决相关问题的一种电磁波法 地震勘探 seismic exploration 12

19 利用仪器检测 记录人工激发地震的反射波 折射波的传播时间 振幅 波形等, 从而分析 判断地层界面 岩土性质及研究地质构造的一种地球物理勘探方法 声波探测 acoustic exploration 借仪器向岩土体内发射声 ( 超声 ) 波, 由接受系统测得波速 振幅和频率, 根据波在弹性体中的传播规律, 分析 判释被测岩土体性状和确定其有关力学参数的一种物理勘探方法 红外探测 infrared detection 利用遥感探测仪器探测地质体的红外线辐射能量, 从而对地质体热辐射场 温度场进行研究的一种地球物理探测方法 遥感勘测 remote sensing prospecting 根据电磁波辐射 ( 发射 吸收 反射 ) 的理论, 应用各种光学 电子学探测器, 对远距离目标进行探测和识别的综合技术 3.5 原位测试 原位测试 in-situ testing 在岩土体原来所处的位置, 基本保持岩土体的结构 含水量和原位应力状态, 直接或间接地测定岩土的工程特性 平板载荷试验 plate loading test 现场模拟建筑物基础工作条件的原位测试 可在试坑 深井或隧洞内进行, 通过一定尺寸的承压板, 对岩土体施加垂直荷载, 观测岩土体在各级荷载下的下沉量, 以研究岩土体在荷载作用下的变形特征, 确定岩土承载力 变形模量等工程特性 螺旋板载荷试验 screw plate loading test 将圆形螺旋板旋入地下预定深度, 通过传力杆向螺旋板施加荷载, 同时量测螺旋板沉降的载荷试验 旁压试验 pressuremeter test(pmt) 利用旁压仪, 在钻孔中对孔壁施加径向压力, 根据压力与变形关系测定岩土临塑压力 极限压力 旁压模量等参数的原位测试, 又称横压试验 扁铲侧胀试验 flat dilatometer test(dmt) 将扁铲形探头贯入土中, 用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向孔壁扩张, 根据压力与变形关系, 测定岩土工程特性的原位测试 静力触探试验 cone penetration test(cpt) 用静力将一定规格的锥形探头匀速压入土中, 测定土的阻力随深度变化的原位测试, 又称静力 13

20 触探 孔压静力触探试验 piezocone test,piezocone penetration test(cptu) 使用静力触探孔压探头, 在静力触探试验的同时量测测点处孔隙水压力原位测试 圆锥动力触探试验 dynamic penetration test(dpt) 利用一定的锤击动能, 将一定规格的圆锥探头打入土中, 根据入土阻力判别土性随深度变化的原位测试, 又称动力触探或圆锥动力触探 标准贯入试验 standard penetration test(spt) 用 63.5kg 的穿心锤, 以 76cm 的自由落距, 将标准规格的贯入器在钻孔孔底预打 15cm, 测记再打入土中 30cm 所需锤击数 N 的原位测试 十字板剪切试验 vane test,vane shear test(vst) 将十字形翼板插入软土按一定速率旋转, 测定土破坏时的抵抗力矩, 求算不排水抗剪强度的原位测试, 简称十字板试验 原位直接剪切试验 in-situ shear test 在岩土体原位制备试验加荷面, 分级施加竖向和水平荷载, 测定岩土或结构面抗剪强度的剪切试验, 又称现场直剪试验 按测试对象有岩体直剪试验 土体直剪试验和结构面直剪试验 应力解除法 stress relief method 刻槽将被测岩体与四周分离, 根据解除应力产生的岩体变形, 反算应力解除前岩体初始应力的方法 应力恢复法 stress recovery method 先刻槽解除岩体应力并测定变形, 再在槽内安装压力枕施加压力恢复变形, 根据施加的压力确定岩体初始应力的方法 水力劈裂法 hydraulic fracturing technique 通过钻孔压入高压液体使试验段孔壁岩体破裂, 根据水压和破裂面的方位确定岩体各主应力大小及其方向的方法 波速测试 wave velocity test 测定压缩波 剪切波或瑞利波在岩土体内传播速度的原位测试, 分为单孔法 跨孔法及面波法 抽水试验 pumping test 通过钻孔抽水确定井孔出水能力, 获取含水层的水文地质参数, 判明水文地质条件的水文地质试验工作 注水试验 water injection test 14

21 往钻孔中连续注水, 使水位保持一定高度, 测定岩土渗透系数的水文地质试验 渗水试验 infiltration test;pit permeability test 在地表试坑注水, 坑内水位保持一定高度, 根据单位时间内渗入地下的稳定水量来测定包气带松散土层渗透系数的水文地质试验 压水试验 pump-in test 用高压方式把水压入钻孔, 根据岩土体吸水量评估岩土体裂隙发育情况和透水性的一种水文地质试验 连通试验 connecting test 通过在上游投放指示剂, 下游观测指示剂到达情况以查明地下水运动 地下水各通道分布和连通及地下水与地表水之间相互联系情况的水文地质试验 弥散试验 dispersion test 根据地下水中由于质点热动能和机械能混合作用引起的化学元素稀释的原理, 利用示踪剂来测定含水层中地下水的弥散参数的试验 水质分析 chemical and physical analysis of water 对水中各种化学成分含量及水的物理性质的测定 3.6 勘察成果与评价 岩土工程勘察报告 geotechnical investigation report 在勘察工作原始资料的基础上, 通过整理 分析 归纳 综合 评价, 提出工程结论与建议, 而形成的为工程建设服务的技术文件 勘察阶段 investigation stage 根据工程各设计阶段的要求而分阶段进行相应的勘察工作 工程地质单元 engineering geological unit 按岩土的类型和工程特性划分的地段和地层, 又称岩土单元 工程地质图 engineering geologic map 为反映场地工程地质条件和评价 预测工程地质问题而编制的专门性图件 综合工程地质图 comprehensive engineering geologic map 反映研究区工程地质条件 建筑物布置 勘探点 线的位置和类型, 以及工程地质分区的工程地质图 综合柱状图 composite columnar section 综合测区的露头和钻孔资料编制而成的反映测区工程地质条件随深度变化的图表 15

22 3.6.7 工程地质剖面图 engineering geological profile 反映场地一定方向垂直面上岩土分布 地下水位等工程地质条件的断面图 探坑展示图 extension chart of pit & shaft 反映探坑周壁地层岩性 地质结构 岩石风化程度 地下水情况 取样位置 试验类型和位置等的展开的大比例尺图件 反映平洞的称平洞展示图, 反映探槽的称探槽展示图 赤平极射投影 polar-sterometric projection 表示岩土地质体某些产状或特征的一种图示法 它将面 线的三度空间数据表现为平面上的投影 其原理是 : 以一空间球体的极点作视点, 赤道平面作投影面, 把要投影的面 线置于球体中心并延伸和视点对方的半球面相交成弧线 点 再把弧线 点按极射原理投影到赤道平面上, 简称赤平投影 岩土工程分级 classification of geotechnical projects 根据工程性质和规模 场地和地基条件等因素, 对岩土工程重要性和复杂性的等级划分 岩土工程评价 geotechnical evaluation 对岩土的工程特性, 岩土与工程的相互作用, 工程建设对岩土环境造成的影响等问题的总结性评定意见 3.7 工程测量 工程测量 engineering survey 工程建设的勘察设计 施工和运营管理各阶段, 应用测绘学的理论和技术进行的各种测量工作 精密工程测量 precise engineering survey 采用非常规的测量仪器和方法, 使其测量的绝对精度达到毫米级以上要求的测量工作 高斯平面直角坐标系 Gauss-Krueger plane rectangular coordinate system 根据高斯 - 克吕格投影所建立的平面直角坐标系 独立坐标系 independent coordinate system 相对独立于国家坐标系外的局部平面直角坐标系 高程 elevation; height 地面点至高程基准面的铅垂距离 国家高程基准 National Height Datum 1985 根据青岛验潮站 1952~1979 年验潮资料计算确定的平均海水面所决定的水准原点高程, 于 1987 年由国家测绘局颁布作为我国统一的测量高程基准 水准测量 leveling 16

23 用水准仪和水准尺测定两固定点间高差的工作 精密水准测量 precise leveling 采用高精度的仪器 工具和测量方法所进行的每千米高差全中误差小于 2mm 的水准测量 测量标志 surveying mark 标定地面控制点或观测目标位置, 有明确中心或顶面位置的标石 觇标及其他标记的通称 基准点 datum point 为进行测量而埋设的稳定的控制点 工作基点 operating control point 为直接观测变形观测点而埋设的相对稳定的测量控制点 监测网 monitoring control network 由基准点 工作基点组成的平面或高程控制网 限差 tolerance 在一定观测条件下规定的测量误差的限制 点位误差 position error 真坐标与测量值或然坐标之差值 点位中误差 mean square error of points 真坐标与测量最或然坐标位置的差值之平方和的平方根 相对中误差 relative mean square error 观测值中误差与相应观测值之比 3.8 现场监测与检测 现场监测 in-situ monitoring 在现场对岩土性状 地下水动态 岩土体和结构物的应力和位移等进行的系统监视和观测 原型监测 prototype monitoring 按技术规程, 对工程结构物的性状及变化规律进行动态测试的技术操作 现场检测 in-situ inspection 在现场采用一定手段, 核查勘察成果或设计 施工措施效果的现场测试工作 需对测试成果进行验收性评价时称现场检验 地下水监测 groundwater monitoring 为查明地下水水量与水质的变化过程和规律而进行的一系列地下水位 水温 水量与水质的观测分析工作 17

24 3.8.5 地下水动态观测 groundwater dynamic observation 每年枯水季节 丰水季节或指定时间, 对地下水动态进行观测, 为地下水资源 地下水环境等管理与评价提供系统 完备的地下水动态资料 孔隙水压力监测 pore water pressure monitoring 用孔隙水压力计在现场对施工过程中孔隙水压力随时间的变化进行系统的测量和监视 土压力监测 earth pressure test 通过在测点埋设测试元件 ( 如土压力盒 ) 对土压力的变化进行的测量和监视 岩土体位移监测 displacement monitoring for soil and rock 对滑坡或施工引起岩土体的位移进行长期系统的监视和观测 地面沉降监测 ground subsidence monitoring 对由于长期降雨 地下水位大幅度变化 大面积堆载 地裂缝 大面积潜蚀 砂土液化以及地下采空等原因引起的一定范围内的地面沉降进行长期系统的监视和观测 地基变形监测 ground deformation monitoring 通过测量等技术手段, 对地基沉降 倾斜进行长期系统的观测, 借以掌握地基变形随时间变化的原型监测 岩土体测斜 inclination monitoring for soil and rock 用测斜仪测量倾斜借以测定岩土体水平位移的测试 分层沉降观测 layered settlement observation 在土体中多个层面设置测点, 用分层沉降仪对各层土的沉降进行的系统观测 围岩收敛观测 ambient rock convergence monitoring 在隧道或地下洞室原位, 通过收敛计对洞体围岩收敛的观测 岩土环境污染监测 monitoring for geotechnical environment pollution 对由于人类活动造成岩土环境质量改变 ( 污染 ) 而进行的测量和监视 基槽检验 foundation trench inspection 基坑开挖至设计基底标高后的检验工作, 简称验槽 桩基检测 testing of piles 为检验桩基工程的质量, 用静载荷试验 钻芯法 低应变法 高应变法 声波透射法等对桩基进行的测试 桩底沉渣检测 sludge measurement for bored pile 借助专用工具 钻孔取芯等方法测定和检验钻孔灌注桩桩底的沉渣厚度 18

25 锚杆基本试验 basic tests of anchor 为确定锚固体与岩土层间的粘结强度 锚杆设计参数和施工工艺进行的锚杆抗拔试验 锚杆验收试验 anchor acceptance test 为检验施工是否达到设计要求, 用加载和计量装置进行的锚杆抗拔试验 土钉抗拔检测 pull-out test of soil nail 在土钉顶部逐级施加轴向荷载, 观测土钉顶部随时间产生的位移, 以确定相应的土钉抗拔承载力的试验方法 地下连续墙质量检测 test of diaphragm wall 利用专用仪器设备对地下连续墙的成槽垂直度 槽壁 槽底土层情况及墙体的混凝土质量进行的检测 复合地基载荷试验 loading test of composite foundation 为确定复合地基承载力而设计进行的平板荷载试验 19

26 4 岩土基本特性与室内试验 4.1 土的组成与分类 土的组构 soil fabric 土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征 土的结构 soil structure 土的固体颗粒间的几何排列和联结方式 土骨架 soil skeleton 土中固体颗粒构成的格架 比表面积 specific surface 单位体积或单位质量土颗粒的总表面积 孔隙水 pore water 土体孔隙中储存和运动的水 自由水 free water 处于地下水位以下, 存在于土粒表面电场影响以外的水 重力水 gravitational water 在重力作用下, 能够在孔隙中自由运动并对土粒有浮力作用的水 毛细管水 capillary water 由于水的表面张力, 土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙水压力的水 吸着水 absorbed water 受粘土矿物表面静电引力和分子引力作用而被吸附在土粒表面的水 粒径 grain size 土粒能通过的最小筛孔孔径, 或土粒在静水中具有相同下沉速度的当量球体直径 粒径分布曲线 grain size distribution curve 反映小于某粒径的土颗粒质量占土的总质量百分率的关系曲线 限制粒径 constrained grain size 粒径分布曲线上小于该粒径的土粒质量占土的总质量的 60% 的粒径 有效粒径 effective grain size 粒径分布曲线上小于该粒径的土粒质量占土的总质量的 10% 的粒径 20

27 粒组 fraction 按粒径大小划分的组, 土按不同粒组的相对含量可划分为巨粒类土 粗粒类土和细粒类土 巨粒类土 over coarse-grained soil 粒径大于 60mm 的颗粒含量大于总质量的 50% 的土 粗粒类土 coarse-grained soil 粒径大于 0.075mm 的颗粒含量大于总质量 50% 的土 细粒类土 fine-grained soil 粒径小于 0.075mm 的颗粒含量大于或等于总质量 50% 的土 漂石 ( 块石 ) boulder(stone block) 巨粒类土中, 粒径大于 200mm, 以浑圆或棱角状为主, 其含量超过总质量的 50%, 并且粒径大于 60mm 的颗粒超过总质量 75% 的土 卵石 ( 碎石 ) cobble 巨粒类土中, 粒径大于 60mm, 和小于或等于 200mm, 以浑圆或棱角状为主, 其含量超过总质量 50%, 粒径大于 60mm 的颗粒超过总质量 75% 的土 砾类土 gravelly soil 粗粒类土中粒径为 2~60mm 的砾粒含量多于 50% 的土 砂类土 sandy soil 粗粒类土中粒径为 2~60mm 的砾粒含量少于或等于 50% 的土 粉粒土 silt soil 细粒类土中粒径为 0.005~0.075mm 的粉粒含量多于 50% 黏粒土 clay soil 细粒类土中粒径为 0.005~0.075mm 的粉粒含量少于或等于 50% 的土 细粒土 fines 细粒类土中粗颗粒组含量不大于 25% 的土 含粗粒的细粒土 fines with coarse 细粒类土中粗颗粒组含量大于 25% 且不大于 50% 的土 粉土 silt 粒径大于 0.075mm 的颗粒质量不超过总质量的 50%, 且塑性指数 I p 等于或小于 10 的土 粘性土 cohesive soil 颗粒间具有粘聚力的土 21

28 无粘性土 cohesionless soil 颗粒间不具有粘聚力的土 不均匀系数 coefficient of uniformity 反映土颗粒粒径分布均匀性的系数 (C u ) 曲率系数 coefficient of curvature 反映土颗粒径分布曲线形态的系数 (C c ) 级配 gradation 以不均匀系数 C u 和曲率系数 C c 来评价构成土的颗粒粒径分布曲线形态的一种概念 良好级配土 well-grade soil 不均匀系数 C u 5, 曲率系数 C c 为 1~3 的土 不良级配土 poorly-grade soil 不同时满足 C u 5 和 C c 为 1~3 的土 不连续级配土 gap-grade soil 由于土中缺乏某一范围的粒径而使粒径分布曲线上出现台阶的土 土试样 soil specimen 用于试验的具有代表性的土样 4.2 土的基本特性与试验 室内试验 laboratory test 在室内对现场采取的土 岩 水试样进行物理力学指标及化学性质的各种测试 含水率 water content 土中水的质量与土颗粒质量的比值, 以百分率表示 密度 density 单位体积岩土的质量 重度 unit weight 重力密度或容重, 单位体积岩土体岩土材料受到的重力 土粒比重 specific gravity of soil particle 土颗粒在 105~110 烘至恒量时的质量与同体积 4 纯水质量的比值 三相图 three phase diagram 表示土体中固相 液相 气相三种组分相对含量的直方图 孔隙率 porosity 22

29 土的孔隙体积与土总体积的比值, 以百分率表示 孔隙比 void ratio 土的孔隙体积与固体颗粒体积的比值 临界孔隙比 critical void ratio 土在某一应力状态下受剪切作用, 体积不变, 即既不膨胀, 也不收缩时的孔隙比 饱和度 degree of saturation 土中孔隙水体积与孔隙体积的比值 饱和土 saturated soil 土体孔隙被水充满的土 非饱和土 unsaturated soil 土体孔隙中含有较多气体的土 颗粒分析试验 particle size analysis 测定土中各种粒径组相对含量百分率的试验 稠度界限 consistency limit 粘性土随含水率的变化从一种状态变为另一种状态时的界限含水率 液限 liquid limit 细粒土流动状态与可塑状态间的界限含水率 塑限 plastic limit 细粒土可塑状态与半固体状态间的界限含水率 缩限 shrinkage limit 饱和粘性土的含水率因干燥减少至土体体积不再变化时的界限含水率 塑性指数 plasticity index 液限与塑限的差值 液性指数 liquidity index 天然含水率和塑限之差与塑性指数的比值 缩性指数 shrinkage index 液限与缩限的差值 活动性指数 activity index 粘性土的塑性指数与小于 2μm 颗粒含量百分率的比值 塑性图 plasticity chart 23

30 以塑性指数 I p 为纵坐标 液限 ω L 为横坐标用于细粒土分类的图 膨胀力 swelling force 土体在不允许侧向变形下充分吸水, 使其保持不发生竖向膨胀所需施加的最大压力值 膨胀率 swelling ratio 土的体积膨胀量与原体积的比值, 以百分率表示 自由膨胀率 free swelling ratio 用人工制备的烘干土, 在纯水中膨胀后增加的体积与原体积之比值, 用百分数表示 线缩率 linear shrinkage ratio 土体在单方向上长度的收缩量与原长度的比值, 以百分率表示 体缩率 volume shrinkage ratio 土体收缩达稳定时的体积收缩量与原体积的比值, 以百分率表示 冻胀 frost heave 土在冻结过程中, 体积膨胀的性状 冻胀力 frost-heaving pressure 土体在冻结过程中, 由于体积膨胀而产生的作用于建 ( 构 ) 筑物上的力 冻胀量 frost-heave capacity 土体在冻结过程中的冻胀变形量 融陷性 thaw collapsibility 冻土融化过程中在自重或外力作用下, 产生沉陷变形的性状 相对密度 relative density 反映无粘性土紧密程度的指标 压实性 compactibility 土体在短暂重复荷载作用下密度增加的性状 击实试验 compaction test 用标准击实方法, 测定某一击实功能作用下土的密度和含水率的关系, 以确定该功能时土的最大干密度与相应的最优含水率的试验 最大干密度 maximum dry density 击实试验所得的干密度与含水率关系曲线上峰值点所对应的干密度 最优含水率 optimum moisture content 击实试验所得的干密度与含水率关系曲线上峰值点所对应的含水率 24

31 压实度 degree of compaction 填土压实控制的干密度相应于试验室标准击实试验所得最大干密度的百分率 加州承载比 California Bearing Ratio(CBR) 用规定尺寸的贯入杆, 以一定的速率压入试样内, 测得试样在规定贯入量时的贯入阻力, 将其与碎石的标准贯入阻力相比得到的比值 土体渗透性 permeability of soil 土体透水的能力 渗透系数 coefficient of permeability 土中水渗流呈层流状态时, 其流速与作用水力梯度成正比关系的比例系数 渗透试验 permeability test 测定土体渗透系数的试验 达西定律 Darcy s law 土体中水的渗流呈层流状态时, 其流速与作用水力梯度成正比的规律 水力梯度 hydraulic gradient 水流沿流程单位长度上的水头损失 临界水力梯度 critical hydraulic gradient 渗流出逸面处开始发生流土或管涌时的水力梯度 渗流 seepage 重力水通过土体孔隙或岩石裂隙的水流运动 渗透力 seepage force 水流流经土孔隙时, 作用于土骨架上的体积力 压缩性 compressibility 土在压力作用下体积缩小的特性 固结 consolidation 饱和粘性土承受压力后, 土体积随孔隙水逐渐排出而减小的过程 单向固结 unidirectional consolidation 饱和土体中孔隙水只沿一个方向排出, 土的压缩也只在一个方向 ( 通常为竖直方向 ) 的固结 主固结 primary consolidation 饱和粘性土受压力后, 随孔隙水的排出孔隙水压力逐渐消散至零, 有效应力相应增加, 体积逐渐减小的过程 25

32 次固结 secondary consolidation 饱和粘性土在完成主固结后, 土体积仍随时间减小的过程 K 0 固结 K 0 -consolidation 土体在不允许侧向变形条件下的固结 固结试验 consolidation test 测定饱和粘性土试样受荷载排水时, 稳定孔隙比和压力关系 孔隙比和时间关系的方法 压缩系数 coefficient of compressibility 在 K 0 固结试验中, 土试样的孔隙比减小量与有效压力增产量的比值, 即 e~p 压缩曲线上某压力段的割线斜率, 以绝对值表示 体积压缩系数 coefficient of volume compressibility 在 K 0 固结试验中, 土样的体积应变增量与有效压力增量的比值 压缩指数 compression index 压缩试验所得土孔隙比与有效压力对数值关系曲线上直线段的斜率 压缩模量 constrained modulus 土在侧限条件下受压时, 竖向有效压力与竖向应变的比值 回弹指数 swelling index 在压缩试验中, 土样受压后卸荷回弹时, 近似为直线的孔隙比与有效压力对数值关系曲线的平均斜率 回弹模量 rebound modulus 岩体和土体应力 应变关系曲线上卸载 再加载两个端点连线的斜率 固结度 degree of consolidation 饱和土层或土样在某一荷载下的固结过程中, 某一时刻的孔隙水压力平均消散值或压缩量与初始孔隙水压力或最终压缩量的比值, 以百分率表示 固结系数 coefficient of consolidation 与土的渗透系数 体积压缩系数和水的容重有关的反映土固结速率的指标 次固结系数 coefficient of secondary consolidation 数值等于土体主固结完成后, 固结曲线后段的斜率的反映土体次固结速率的指标 固结压力 consolidation pressure 能够使土体产生固结或压缩的应力 先期固结压力 preconsolidation pressure 26

33 土在地质历史上曾受过的最大有效竖向压力 超固结比 overconsolidation ratio(ocr) 土体曾受的先期固结压力与现有土层有效覆盖压力的比值 正常固结土 normally consolidated soil 现有的土层有效覆盖压力等于其先期固结压力的土 超固结土 over consolidated soil 现有的土层有效覆盖压力小于其先期固结压力的土 欠固结土 underconsolidated soil 在自重下尚未完成固结的土 湿陷性 collapsibility 黄土类土在上部压力或自重作用下, 浸水后产生显著附加沉陷变形的性状 湿陷变形 collapse deformation 黄土类土在荷重和浸水共同作用下, 由于结构遭破坏产生显著的变形 黄土湿陷试验 collapsibility test of loess 测定黄土在压力和水作用下湿陷变形的试验 湿陷系数 coefficient of collapsibility 黄土试样在一定的压力作用下, 浸水湿陷的下沉量与试样原高度的比值 湿陷起始压力 initial collapse pressure 对给定种类和状态的湿陷性黄土, 在某压力下浸水才会发生湿陷变形的压力 抗剪强度 shear strength 土体和岩体在剪切面上所能承受的极限剪应力 灵敏度 sensitivity 原状粘性土试样与含水率不变时该土的重塑试样的无侧限抗压强度的比值 剪切试验 shear test 测定土抗剪强度指标的室内或现场试验 直剪试验 direct shear test 一般取三至四个相同的试样, 在直剪仪中施加不同竖向压力, 再分别对它们施加剪切力直至破坏, 以直接测定固定剪切面上土的抗剪强度的方法 快剪试验 quick shear test 在试样上施加竖向压力和增加剪切力直至破坏过程中均不允许试样排水的直剪试验 27

34 固结快剪试验 consolidated quick shear test 试样在竖向压力作用下充分排水固结后, 继续对其施加剪切力直至破坏过程中, 不允许试样排水的直剪试验 慢剪试验 slow shear test 试样在竖向压力作用下充分排水固结后, 继续对其施加剪切力直至破坏的过程中允许试样充分排水的直剪试验 无侧限抗压强度 unconfined compressive strength 土体在无侧限条件下, 抵抗轴向压力的极限强度 无侧限抗压强度试验 unconfined compressive strength test 确定土试样在无侧限条件下, 抵抗轴向压力的极限强度的试验 三轴压缩试验 triaxial compression test 通常用 3~4 个相同的圆柱形土试样, 分别在不同的小主应力 σ 3 围压下, 施加轴向应力, 即主应力差 (σ 1 -σ 3 ) 直至试样破坏的一种求取土的抗剪强度参数 (c,φ) 和确定土的应力 应变关系的试验 不固结不排水三轴试验 unconsolidated-undrained triaxial test 对试样施加围压和增加轴向压力直至破坏的过程中均不允许试样排水的三轴剪切试验 固结不排水三轴试验 consolidated-undrained triaxial test 试样在围压作用下充分排水固结后, 继续在对其增加轴向压力直至破坏过程中不允许试样排水的三轴剪切试验 固结排水三轴试验 consolidated-drained triaxial test 试样先在围压作用下充分排水固结, 继续对其增加轴向压力直至破坏的整个过程中允许试样充分排水的三轴剪切试验 三轴伸长试验 triaxial extension test 利用三轴仪, 使施加在试样上的围压 (σ 2 =σ 3 ) 大于轴向压力 σ 1, 直至试样发生伸长破坏的试验 强度包线 strength envelope 土样受剪切破坏时, 剪切面上的法向压力与抗剪强度的关系曲线 粘聚力 cohesion 粘性土的结构联结产生的抗剪强度, 其数值等于强度包线在剪应力轴上的截距 内摩擦角 internal friction angle 28

35 强度包线与法向压力轴的交角 它反映颗粒间的相互移动和咬合作用形成的摩擦特性 天然休止角 natural angle of repose 无粘性土松散或自然堆积时, 其坡面与水平面形成的最大夹角 触变性 thixotropy 粘性土受到扰动作用导致结构破坏, 强度丧失, 扰动停止后, 强度逐渐恢复的性质 剪胀性 dilatancy 土样在剪切过程中体积产生膨胀或收缩的性状 应变软化 strain softening 土试样在加荷过程中, 随着应变或剪切位移增大, 剪切阻力先增高, 达峰值后又逐渐下降趋于稳定的特性 应变硬化 strain hardening 土试样在加荷过程中, 剪切阻力随应变或剪切位移增大而逐渐增大的特性 破坏强度 failure strength 物体在外力作用下达到破坏时的极限应力 塑性破坏 plastic failure 土体和岩体在外力作用下, 出现明显塑性变形后的破坏 脆性破坏 brittle failure 土体和岩体在外力作用下, 应变量很小时即发生的破坏 峰值强度 peak strength 土体和岩石试样应力 应变关系曲线上最高点对应的应力值 残余强度 residual strength 土体和岩体应力 应变关系曲线过峰值点后下降达到的最终稳定应力值 孔隙水压力系数 pore pressure parameter 表示不排水条件下土中孔隙水压力增量与应力增量关系的系数 应力路径 stress path 加载于岩体和土体过程中, 体内一点应力状态变化过程在应力空间内形成的轨迹 应力路径试验 stress path test 采用不同手段和加荷 ( 或卸荷 ) 方法, 确定岩土体在加载 ( 或卸载 ) 过程中某点的应力状态变化在应力空间或平面中移动轨迹的试验 真三轴试验 true triaxial test 29

36 受三个相互独立的主应力作用的三轴压缩试验 平面应变试验 plane strain test 模拟平面应变应力状态, 即控制立方体试样的一个方向的变形为零的三轴试验 单剪试验 simple shear test 试样剪切时不产生竖向和水平向的线应变, 仅产生剪应变的一种纯剪试验 扭剪试验 torsional shear test 在圆柱形或圆环形试样的上 下面上施加扭力的剪切试验 动三轴试验 dynamic triaxial test 在试验仪器压力室内, 以一定围压或偏压使土样固结后施加动荷载以确定土的动强度 动弹性模量与阻尼以及液化势的试验 动单剪试验 dynamic simple shear test 测定土的动剪模量 动强度和阻尼系数等动力参数的一种室内试验 共振柱试验 resonant column test 将圆柱形土试样作为一个弹性杆件, 利用共振方法测出其自振频率, 然后确定其动弹性模量和阻尼比的试验 土工离心模型试验 geotechnical centrifugal model test 利用离心机提供的离心力模拟重力, 将原型土按比例缩小的模型置于该离心力场中, 使模型与原型相应点应力状态一致的一种研究土的工程性状的模型试验 4.3 岩体结构 岩体结构 structure of rock mass 结构面的发育程度及其组合关系, 或结构体的规模 形态及其排列形式所表现的空间形态 岩块 block 脱离天然状态母岩的块体, 如钻取的岩芯 爆破得到的石块 岩石分类 rock classification 根据岩石 ( 体 ) 的坚硬程度 完整程度 风化程度 结构面类型 卸荷带类型 裂隙率等物理力学性质指标将其区分成各种类别 工程岩体 engineering rock mass 岩石工程影响范围内的岩体, 包括地下工程岩体 工业与民用建筑地基 大坝基岩 边坡岩体等 岩体结构面 ( 不连续面 ) structural plane(discontinuity) 30

37 岩体内开裂的和易开裂的面, 如层理 节理 断层 片理等, 又称不连续面 结构面迹长 trace of structural plane 表示结构面延伸长度的参数, 指结构面与露头面的交线 结构面密度 density of structural plane 单位长度结构面的条数 原生结构面 primary structure plane 岩体成岩过程中形成的, 特征与岩体的成因密切相关的结构面 构造结构面 constructive structure plane 构造过程中形成的破裂面, 包括断层 节理 劈理和层间错动面等结构面 次生结构面 secondary structure plane 岩体形成后, 在外营力作用下产生的, 包括卸荷裂隙 风化裂隙 次生夹泥层及泥化夹层等结构面 结构面分级 classification of structure plane 一定规模的岩体内发育的结构面按照其规模 力学效应及其对岩体的稳定性所起作用的分级 不连续岩体 discontinuous rock mass 因结构面的存在而使其具有不连续性的岩体 延续性 continuity 表征结构面的展布范围和延伸长度 粗糙度 roughness 结构面侧壁的粗糙程度, 用起伏度和起伏差来表征 张开度 ( 开度 ) aperture 结构面两壁间的平均距离, 分布函数服从负指数分布 充填物 filling substance 充填于结构面相邻岩壁间的物质 4.4 岩石的基本特性与试验 岩石物理性质 physical properties of rock 由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的容量 比重 孔隙率等基本属性 岩石力学性质 mechanical properties of rock 岩石在外力作用下的强度 刚度 压缩性等综合性质 岩石颗粒密度 particle density of rock 31

38 岩石固体物质的质量与其体积的比值 岩石块体密度 block density of rock 岩石试件质量与其体积的比值 岩石含水率 water content of rock 岩石试件在 105~110 下烘至恒量时所失去的水的质量与试件干质量的比值, 以百分数表示 岩石吸水率 water-absorption of rock 岩石试件在大气压力和室温条件下吸入水的质量与试件固体质量的比值, 以百分数表示 岩石饱和吸水率 saturated water-absorption of rock 岩石试件在强制状态下的最大吸水量与试件固体质量的比值, 以百分数表示 节理连通率 joint persistence ratio 岩体沿某一剪切方向发生剪切破坏所形成的破坏路径中结构面所占的比例 岩体体积节理数 volumetric joint count of rock mass 单位岩体体积内的节理 ( 结构面 ) 数目 抗压强度 compressive strength 岩石试样抵抗单轴压力时保持自身不被破坏的极限应力 单轴抗压强度 single axis compressive strength 岩石试件在无侧限的条件下, 受轴向压力作用破坏时单位面积上所承受的荷载 单轴抗压强度试验 single axis compressive strength test 将符合一定尺寸要求的岩体试件, 置于带有上 下块承压板的试验机内, 按每秒 0.5~1.0MPa 的速度加压直至试件破坏, 记录破坏负荷及加载过程中出现的现象, 以求得岩体试件单轴抗压强度的试验 单轴压缩变形试验 single axis compression deformation test 测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的纵向及横向应变值, 据此计算岩石弹性模量和泊松比的试验 三轴抗压强度 triaxial compressive strength 岩石试件在三个轴向压应力作用下试件破坏的最大轴向应力 三轴压缩强度试验 triaxial compressive strength test 测定一组岩石试件在不同侧压条件下的三向压缩强度, 据此计算岩石在三轴压缩条件下强度参数的试验 压剪试验 compressive shear test 32

39 通过岩石在垂直荷载作用下受剪力方向荷载而发生断裂, 确定岩石剪断破坏时作用在剪切面上的正应力和剪应力之间关系的剪切试验 岩体直剪试验 direct shear test of rock mass 将同由一类型岩体的一组试件, 在不同的法向荷载下进行剪切, 根据库仑表达式确定岩体本身的抗剪强度参数的试验 对于完整坚硬的岩体, 宜采用室内三轴试验 岩体结构面直剪试验 direct shear test of structural plane 将同一类型岩体结构面的试件, 在不同的方向荷载下进行剪切, 根据库仑表达式确定岩体结构面的抗剪强度参数 抗剪断强度 shearing strength 岩块试件在一定法向应力作用下, 沿剪切面剪断时的最大剪应力 抗剪试验 anti-shear test 将岩石试件置于另一试件之上, 在垂直荷载作用下, 加水平荷载产生水平位移, 因其间无黏聚力, 剪应力只取决于试件间的摩擦力, 以此求得岩石摩擦系数的剪切试验 抗切强度 anti-cut strength 岩石试件在法向应力 ( 垂直荷载 ) 为零时沿剪切面剪断时的最大剪应力 抗切试验 anti-cut test 在法向应力 ( 垂直荷载 ) 为零的状态下向岩石试样加水平荷载产生水平方向断裂, 校核压剪试验求得的黏聚力 ( 抗切强度 ) 的剪切试验 摩擦强度 friction strength 岩石试件在一定的法向应力作用下, 沿已破裂面再次剪切破坏时的最大剪应力 结构面的面摩擦强度 surface friction strength of structure plane 平整或光滑的结构面在正压力和剪切力的作用下, 所表现出的表面的摩擦特性 抗拉强度 tensile strength 岩体和土试样抵抗增大的单轴拉力时保持自身不被破坏的极限应力 岩石抗拉强度试验 tensile strength test of rock 在岩石试件直径方向上, 施加一对线性荷载, 使试件沿直径方向破坏, 间接测定岩石的抗拉强度的试验 抗弯试验 bending test 利用结构试验中梁的三点或四点加载的方法, 使梁的下沿产生纯拉应力的作用而使岩石试件产生拉断裂破坏, 间接的求出岩石的抗拉强度的试验 33

40 劈裂试验 ( 巴西试验 ) split test 用圆柱形岩样在直径方向上对称施加沿纵轴向均匀分布的压力使之破坏, 以间接确定岩样抗拉强度的一种试验方法 点荷载强度试验 point load strength test 将岩石试样置于上下一堆对端圆锥之间, 施加集中荷载直至破坏, 据此求得岩石点荷载强度和其各向异性指数的试验方法 岩石膨胀压力 swelling pressure of rock 岩石试件浸水后使保持原形体积不变所需的压力 岩石自由膨胀率 free swelling ratio of rock 岩石试件在浸水后产生的径向和轴向变形分别与试件直径和高度之比, 以百分数表示 岩石侧向约束膨胀率 lateral restraint swelling ratio of rock 岩石试件在有侧限条件下, 轴向受有限荷载时, 浸水后产生的轴向变形与试件原高度之比, 以百分数表示 岩石膨胀性试验 swelling test of rock 测定天然状态下含易吸水膨胀矿物岩石的膨胀性质的试验 岩石耐崩解性试验 disintegration-resistance test of rock 测定岩石试件在经过干燥和浸水两个标准循环后, 试件残留的质量与原质量之比, 以百分数表示, 适用于粘土岩类岩石和风化岩石的试验 长期模量 long-term modulus 岩体和土体经长期受力以后, 应力与稳定应变的比值 长期强度 long-term strength 在长期荷载作用下, 岩石的强度随着时间推移而减小的特性 抗冻性系数岩体冻融后的饱和单轴抗压强度与其冻融前的饱和单轴抗压强度间的比值, 以百分率表示 软化系数 softening coefficient 岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态的单轴抗压强度的比值 疲劳强度 fatigue strength 岩体和土体抵抗重复荷载破坏作用的能力 弹性后效 delayed elasticity 岩石加载 ( 或卸载 ) 后经过一段时间, 岩石的应变才增加 ( 或减小 ) 到一定数值的现象 34

41 应力松弛 stress relaxation 粘弹性材料在恒定应变下, 应力随时间衰减的现象 松弛时间 relaxation time 粘弹性固体材料作松弛试验时应力从初始值降到其 1/e, 即 倍所需的时间 流动特性 flow behavior 岩石的应变速率随着应力逐渐增长的现象 蠕变 creep 岩石等固体材料在恒定荷载作用下, 变形 ( 应变 ) 随时间缓慢增长的现象 剪胀 shear dilatation 粗糙起伏结构面剪切过程中, 在发生剪位移的同时, 垂向上发生扩张变形的现象 风化 weathering 地表及接近地表的岩石或矿物由于温度变化 大气 水溶液和生物作用, 使其发生的一系列物理 化学变化 泥化 mudding 粘土岩类因其天然物理状态处在泥塑状态 ( 即含水量在塑限与流限之间 ), 其性状结构发生显著变异 泥化夹层 siltized intercalation/muddy intercalation 岩体中受物理化学作用影响, 其原状结构发生显著变异且含有大量黏粒的软弱夹层 卸荷变形 unloading deformation 地表岩体由于天然地质作用或人类工程活动减载卸荷, 内部应力调整而引起的变形 粘滞系数 coefficient of viscosity 线性粘性材料受剪流动时与温度有关的剪应力与流速梯度成正比的比例系数 微裂纹 micro crack 岩石受力后矿物本身及岩石中产生的肉眼看不见的裂纹 岩爆 rock burst 岩石被挤压到弹性限度, 岩体内积聚的能量突然释放所造成的一种岩石破坏现象 岩体初始应力 ( 原岩应力 ) initial rock stress(geostress) 天然条件下, 由于受到自重和构造运动作用, 存在于岩体内部的应力, 是客观存在的物理量 初始应力场 initial stress field 在自然条件下, 由于受自重和构造运动作用, 在岩体中形成的应力场, 也称天然应力场 35

42 尺度效应 scale effect 岩体中存在不同尺度的不连续面导致不同尺度试样被测得的力学性质有差异的现象 岩石扩容 dilatancy of rock 岩石在应力偏量作用下由于内部产生微裂隙而出现的非弹性体积应变 岩石声发射 acoustic emission of rock 岩石破裂时以脉冲波形式释放应变能的现象 应力解除法 stress-relief method 把原始岩体视为处于一定应力状态下的理想弹性体, 此时岩体已有一定的弹性变形, 套取岩芯的方法解除测量点的应力, 通过测试解除应力前后的变形反算原岩应力的实测方法 应力恢复法 stress restoration method 利用液压盒和扁千斤顶在测量槽中施加压力恢复原岩变形从而测得原岩应力的实测方法 高压压水试验 high pressre water test 根据建筑物工作水头确定, 最高试验压力高于常规压水试验的压力, 以测定岩体在高水头作用下的渗透特性 渗透稳定性及其结构面张开压力的现场压水试验 其最高压力不宜小于建筑物工作水头的 1.2 倍 岩体原位应力测试 in-situ rock stress test 对无水 完整或较完整的岩体, 采用孔壁应变法 孔径变形法或孔底应变法测求岩体空间应力和平面应力的原位测试 承压板法试验 bearing plate test 通过刚性或柔性承压板施力于半无限空间岩体表面, 量测岩体变形, 按弹性理论公式计算岩体变形参数的现场测试试验 钻孔变形试验 borehole deformation test 通过放入岩体钻孔中的压力计或膨胀计, 施加径向压力与钻孔孔壁, 量测钻孔径向岩体变形, 按弹性理论公式计算岩体变形参数的现场测试试验 狭缝法试验 slit method test 在巷道的两帮或底板开一条狭缝, 槽内放置钢枕, 当钢枕加压时岩体变形, 利用传感器测量岩体各标点的绝对位移和相对位移, 或根据钢枕体积变化求岩体的位移, 利用弹性理论求出岩体弹性模型的现场测试试验 岩体声波速度测试 acoustic speed test of rock mass 利用电脉冲 电火花 锤击等方式激发声波, 测试声波在岩体中地方传播时间, 据此计算声波 36

43 在岩体中的传播速度的测试试验 岩石坚硬程度 hardness degree of rock 按饱和单轴抗压强度或工程地质类比法划分的岩石等级 岩石质量指标 rock quality designation (RQD) 用直径为 75mm 的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进, 连续取芯, 回次钻进所取岩芯中, 长度大于 10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值, 是表征岩体的节理 裂隙等发育程度的指标, 以百分数表示 岩体基本质量 rock mass basic quality(bq) 岩体所固有的, 由岩石坚硬程度和岩石完整程度所决定的影响工程岩体稳定性的最基本属性 岩体基本质量分级 classification of rock mass basic quality 根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标 (BQ) 两者相结合的岩体分级方法 37

44 5 基本理论与计算分析 5.1 基本理论 半无限弹性体 semi-infinite elastic body 具有水平边界面, 界面下的任一方向都是无边界的弹性体 中心荷载 ( 轴心荷载 ) central load 合力作用点通过作用面积形心的荷载 偏心荷载 eccentric load 合力作用点不通过作用面积形心的荷载 集中荷载 ( 点荷载 ) concentrated load 作用在很小面积上的荷载 均布荷载 uniformly distributed load 均匀分布于单位面积上的荷载 条形荷载 strip load 荷载面的长度比宽度大得多 (10 倍以上 ), 且任一横断面宽度上分布相同的荷载 线荷载 line load 条形荷载面的宽度趋于零的荷载 交变荷载 alternating load 作用方向正反相间的荷载 周期荷载 cyclic load 多次有规律地重复作用的荷载 瞬时荷载 transient load 作用历时很短的荷载 动荷载 dynamic load 大小 位置和方向随时间变化的荷载 体积力 body force 连续分布在岩体 土体整个体积内的重力 惯性力 渗流力等 表面力 surface force 作用在岩土体表面上的力 38

45 覆盖压力 overburden pressure 覆盖层自重对下卧岩土体的竖向压力 超载 surcharge 建筑物地基计算中需要考虑的近旁地面的堆载和邻近建筑物荷载, 也指挡土墙墙顶高程面以上的荷载 应力分布 stress distribution 岩土体受自重和外力作用时, 在其体内各点引起的应力 应力集中 stress concentration 岩土体中应力分布所出现的局部升高现象 自重应力 geostatic stress,self-weight stress 岩土体内由自身重量所引起的应力 基底压力 ( 接触压力 ) contact pressure 作用于建筑物基础底面与地基土接触面上的压力 附加应力 additional stress,superimposed stress 荷载在地基内引起的应力增量 基底附加压力 additional stress on the base 基底压力扣除因基础埋深所开挖土石的自重应力之后再基底处施加于地基上的单位面积压力 剪应变 shear strain 两个互相垂直的面在受力变形后以弧度表示的夹角的改变量 体应变 volumetrics strain 材料在外力作用下产生的体积变化与原体积的比值 弹性应变 elastic strain 应变与作用应力呈正比, 应力去除后可恢复的应变 塑性应变 plastic strain 作用应力去除后不能恢复的应变 弹性模量 ( 杨氏模量 ) modulus of elasticity 岩土体在弹性限度内应力与应变的比值 变形模量 modulus of deformation 兼有弹性和非弹性性状岩土体在受力过程中应力与相应应变的比值 剪切模量 shear modulus 39

46 岩土体在弹性限度内剪应力与相应剪应变的比值 泊松比 Poisson s ratio 岩土试样在弹性限度内受轴向荷载时横向应变与轴向应变的比值 体积模量 bulk modulus 土体在三向应力作用下平均正应力与相应的体积应变的比值 文克勒假定 Winkler s assumption 捷克文克勒工程师提出的地基表面任何一点的压力强度与该点的沉降成正比, 其比例系数称地基反力系数的假定 沉降 settlement 地基土或填土表面向下的位移 沉降计算深度 settlement calculation depth 附加应力对地基引起较明显的压缩变形, 即沉降计算中需要考虑到的可压缩土层的深度 最终沉降 final settlement 土体在荷载作用下压缩稳定时所产生的总沉降量 初始沉降 ( 瞬时沉降 ) immediate settlement 地基受到荷重作用时, 几乎与加荷同时发生的沉降 主固结沉降 primary consolidation settlement 荷载作用下随时间的增加饱和土体中孔隙水的排出导致孔隙水应力逐渐消散, 有效应力逐渐增加至稳定值时孔隙水应力消散为零, 主固结完成过程中产生的沉降 次固结沉降 secondary consolidation settlement 土体主固结沉降完成后在有效应力不变的情况下随时间增长继续发生的沉降 固结沉降 consolidation settlement 地基土由固结产生的沉降 不均匀沉降 non-uniform settlement 基础底面各点的下沉量不相等的沉降, 或相邻基础的沉降差 容许沉降 allowable settlement 结构物能承受而不至于产生损害或影响使用所容许的沉降 工后沉降 settlement after construction 建筑物竣工以后至大修或报废为止一段时间 ( 简称工后 ) 内地基土体发生的沉降 沉降速率 rate of settlement 40

47 单位时间的沉降增量 太沙基固结理论 Terzaghi s consolidation theory 由太沙基导得的 反映饱和粘性土体在侧限情况下受荷载作用后超静水压力消散规律的理论 比奥固结理论 Biot s consolidation theory 由比奥导得的 反映饱和粘性土体受荷载作用后, 发生的三维孔隙水流动和土骨架变形规律的理论 地基回弹 rebound of foundation 地基在卸荷时变形的回复现象 基坑底隆胀 heaving of the bottom 开挖工程中因覆盖压力减小, 坑底产生的向上隆胀 塑流 plastic flow 土体中应力达屈服值后, 塑性变形持续发展的现象 屈服 yield 岩土体中某点在应力状态下由弹性状态转变到塑性状态的现象 屈服面 yield surface 塑性理论认为应力空间中存在一个屈服面, 应力点到达该面时就可能产生塑性应变, 假定该屈服面与应力路径无关 应力空间 stress space 以三个相互垂直的应力主轴构成的三维坐标系统的空间 应变空间 strain space 以三个相互垂直的应变主轴构成的三维坐标系统的空间 应力历史 stress history 土体在历史上曾经受到过的应力状态 临塑荷载 critical edge pressure 条形基础边缘处地基土开始产生塑性平衡区时的荷载强度 塑性平衡状态 state of plastic equilibrium 岩体和土体某一范围内的作用剪应力达到其抗剪强度发生破坏时的应力状态 塑性区 plastic zone 土体承受荷载时, 土中剪应力达到其抗剪强度的区域 整体剪切破坏 general shear failure 41

48 地基土发生连续贯通的滑动面的破坏形式 局部剪切破坏 local shear failure 地基土未能形成连续贯通的滑动面的破坏形式 冲剪破坏 punching shear failure 基础下的地基土与周围土体发生竖向剪切, 基础切入土中, 产生下沉的破坏形式 容许承载力 allowable bearing capacity 确保地基不产生剪切破坏而失稳, 同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的最大荷载 承载力因数 bearing capacity factors 地基极限承载力理论公式中和土的内摩擦角有关的系数 极限承载力 ultimate bearing capacity 地基能承受的最大荷载强度 块体理论 block theory 对被结构面分割的岩体进行工程稳定性分析的理论 岩石的强度理论 strength theory of rock 在分析 归纳大量试验的基础上, 建立的描述岩石强度特性, 判别在某种应力或应力组合的作用下岩石破坏的依据或基本思想 摩尔 - 库仑定律 Mohr-Coulomb Law 由摩尔和库仑提出的判别岩土体剪切破坏条件的强度理论 极限平衡状态 limit equilibrium 刚塑性体的一部分或全部在荷载作用下从静力平衡转向运动的临界状态 极限平衡条件 limit equilibrium condition 根据摩尔 - 库仑破坏准则研究某一土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大小主应力之间的关系 有效应力原理 principle of effective stress 阐明在力系作用下, 土体的力学效应皆决定于其所受有效应力, 和饱和土体内一点的总应力等于该点的有效应力与孔隙水压力之和的原理 总应力 total stress 作用在土体内单位面积上的总力, 即孔隙压力和有效应力之和 有效应力 effective stress 土体内单位面积上固体颗粒承受的平均法向应力 42

49 孔隙压力 pore pressure 由于荷载变化等原因在土孔隙水与气体中引起的压力, 即孔隙水压力与孔隙气压力二者之和 孔隙水压力 pore water pressure 土中某点孔隙水承受的压力 孔隙气压力 pore air pressure 土中某点孔隙气体承受的压力 孔隙压力比 pore pressure ratio 现场土体中一点的孔隙压力与其上土层覆盖压力的比值, 或室内试验试样中的孔隙压力与围压的比值 静水压力 hydrostatic pressure 给定点与自由水位高程差引起的水压力 超静水压力 excess pore water pressure 饱和土体内一点的孔隙水压力中超过静水压力的那部分水压力 扬压力 uplift pressure 地基中渗透水流作用于基底或计算截面上向上的等于浮托力和渗流压力之和的水压力 浮托力 buoyancy 地下建筑物受静水位或下游水位作用, 在其底面所受的均布向上的静水压力 稳定渗流 steady seepage 液体通过土体时任何一处的任何运动要素, 如流速 压强等均不随时间而改变的稳定流动 流网 flow net 由互相正交的流线族和等势线族组成的拉普拉斯渗流方程二维渗流解的一种图示形式 流线 flow line 同一瞬时渗流体不同质点的运动方向所描绘的曲线 等势线 equipotential line 渗流体中测压水头相等的各点的连线 浸润线 phreatic line 土堤土坝中渗流区水的自由表面的位置线, 在剖面上它为一条曲线 渗透稳定性 seepage stability 在渗透水流作用下, 岩土体内松散物质抵抗渗透变形的能力 长期稳定性 long-term stability 43

50 岩土体在荷载和环境因素长期作用下的稳定情况 临界高度 critical height(of slope) 安全系数等于 1 的土坡垂直高度或软土地基上的填土高度 土的液化 soil liquefaction 土体由固体状态转化为液体状态的作用或过程 液化势 liquefaction potential 土发生液化的潜在可能性 液化破坏理论 liquefaction failure theory 描述由于孔隙压力升高 抗剪强度趋于零而导致土体破坏, 反映复杂应力路径下变形规律的本构模型理论 渐近破坏 progressive failure 土体受剪力作用, 剪切面上各点不是同时, 而是依次达到破坏的现象 渐进破坏理论 progressive failure theory 描述荷载增加情况下土体依次真实破坏过程的理论 凯塞效应 Kaiser effect 凯塞发现材料在单向拉伸或压缩试验时, 只有当其应力达到历史上曾经受过的最大应力时才会突然产生明显声发射的现象 5.2 计算分析 布辛涅斯克理论 Boussinesq theory 布辛涅斯克针对均质半无限弹性体推导出在表面竖向集中荷载作用下, 体内任一点引起的应力和位移的数学解 明德林解 Mindlin s solution 明德林针对竖向或水平向集中荷载作用在半无限均质弹性体内部时, 推导得到的体内任一点的应力和位移的数学解 角点法 corner-point method 矩形荷载面上受均布荷载或三角形分布荷载时, 在一个角点下任意深度点利用布辛涅斯克竖向应力解, 来计算地基中任意一点竖向附加应力的方法 分层总和法 layerwise summation method 在地基可能产生压缩的土层深度内, 按图的特性和应力状态的变化将地基分为若干层, 假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布, 土体仅产生竖向压缩 无侧向变形, 分别计算每层的压 44

51 缩量, 然后求其总和得出地基表面最终沉降量的方法 沉降曲线 settlement curve 沉降量与时间的关系曲线 固结曲线 consolidation curve 在一定荷载下, 地基沉降量与相应历时的关系曲线 或室内固结试验中试样在一级荷载下的压缩量或孔隙比随时间的变化曲线 摩尔 - 库仑破坏准则 Mohr-Coulomb failure criterion 单元岩土体中有一对平面上的剪应力达到其抗剪强度, 将该岩土体处于濒临破坏的极限平衡状态 ( 即破坏状态 ) 作为岩土的破坏准则, 以判别岩土体所处状态 屈服准则 yield criteria 描述岩土体屈服时各应力分量或应变分量之间关系的数学表达式 屈列斯卡屈服准则 Tresca yield criteria 屈列斯卡认为当岩石中最大剪应力达到材料的特征值 1 2 σt 时, 岩石开始屈服, 进入塑性状态 米塞斯屈服准则 Mises yield criteria 米塞斯认为当应力强度达到一定值时, 岩石材料开始进入塑性状态, 中间主应力 σ 2 影响该屈服准则 格里菲斯强度准则 Griffith s strength criterion 格里菲斯认为脆性材料内部存在许多呈扁椭圆状的细微裂纹, 物体受力后, 裂纹尖端产生应力集中, 当最大拉应力达到拉伸强度极限时, 物体即发生断裂破坏, 据此提出的判别材料 ( 如岩石 ) 脆性破坏的准则 应力水平 stress level 作用在岩体或土体上的相对剪应力的大小或岩体或土体中一点实际所受剪应力与该点抗剪强度的比值 极限平衡法 limit equilibrium method 分析岩体和土体稳定性时假定一破坏面, 取破坏面内土体为脱离体, 计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡时所需的岩土的抗力或抗剪强度, 与破坏面实际所能提供的岩土的抗力或抗剪强度相比较, 以求得稳定性安全系数的方法 或根据所给定的安全系数求允许作用外荷载的方法 库尔曼图解法 Kuhlman Graphic 根据库仑土压力理论, 当挡土墙后填土达到极限平衡状态时, 土体将沿某一平面滑动, 此时作 45

52 用在滑动土体上的三个力 滑动土体重量 土体作用在破坏面上的反力和墙背面对滑动土体的反力构成力矢三角形, 其中滑动土体重量大小和破坏面上土体反力的方向与破坏面位置有关 若假定一系列的破坏面, 分别作出相应的力矢三角形, 可以直接通过作图确定出相应的墙背面反力, 其最大值就是总的主动土压力 安全系数 factor of safety 为评价结构物和岩土体的稳定性所采用的力或力矩等物理量的破坏值与它们的计算值的比值 稳定分析 stability analysis 对外荷载作用下地基岩土抵抗剪切破坏的稳定程度或对由于开挖和填方形成的土坡及自然斜坡的稳定性评价的计算和分析 总应力法 total stress analysis 用总应力和总应力抗剪强度指标分析土体稳定性的方法 有效应力法 effective stress analysis 用有效应力和有效应力抗剪强度指标分析土体稳定性的方法 主动土压力 active earth pressure 挡土结构物背离土体方向转动或移动时, 随着位移量的增加, 墙后土体收到的土压力逐渐减小, 当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值, 此时作用在挡土结构物上的土压力 静止土压力 earth pressure at rest 当挡土结构物为刚性不动时, 土体处于静止状态不产生位移和变形, 此时作用在挡土墙上的土压力 被动土压力 passive earth pressure 挡土结构物向填土方向转动或移动时, 随着位移量的逐渐增加, 结构物后土体受到挤压而引起土压力逐渐增加, 当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值, 此时作用在挡土结构物上的土压力 库仑土压力理论 Coulomb s earth pressure theory 库仑假定刚性挡土墙背面无粘性填土中产生破坏时滑动面为通过墙踵的某一斜平面, 该面以上的滑动土楔达到极限平衡状态时, 作用于墙背的力为土压力的挡土墙古典土压力理论 朗肯土压力理论 Rankine s earth pressure theory 朗肯假定挡土墙是刚性的, 墙背垂直 光滑, 墙后填土面水平, 墙背后土体达到极限平衡状态时, 作用于墙背的水平力为土压力的挡土墙古典土压力理论 条分法 method of slice 46

53 进行土坡稳定分析时, 将假定的滑动土体横断面按一定宽度划分成若干竖条, 求各竖条上各力对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩, 然后求各力矩的总和, 称前者与后者的比值为稳定性系数的方法 瑞典圆弧法 Swedish circle method 瑞典人彼得森 (Petterson) 首先提出的在分析粘性土土坡稳定性时, 以一个圆弧面来代替真正的滑动面, 以简化计算的方法 毕肖普简化条分法 Bishop s simplified method of slice 在稳定分析条分法的基础上, 毕肖普假定土条间的剪应力总和为零, 只考虑条间水平力的计算土坡稳定性的方法 稳定数 stability number 评价土坡稳定性时, 土坡高度和坡土容重的乘积对土的粘聚力的无量纲比值 邓肯 - 张模型 Duncan-Chang Model 邓肯等人在康纳 (Knonder) 根据大量土的三轴试验应力 - 应变关系曲线提出可以用双曲线拟合一般土的三轴试验 (σ 1 -σ 3 )~ε a 曲线的基础上, 根据该双曲线应力 - 应变关系, 提出的一种广泛使用的非线性弹性模型 剑桥模型 ( 临界状态模型 ) Cam-Clay model 剑桥大学罗斯柯 (Roscoe) 等在正常固结和弱超固结土的试验基础上, 提出完全状态边界面, 假定土体为硬化材料, 采用帽子型屈服面和相适应的流动规则, 以塑性体应变为硬化参数, 建立的土的弹塑性模型, 后推广到强超固结土及其他土类 有限元法 Finite Element Method(FEM) 把实际结构物或连续体用由多个彼此相联系的单元体所组成的近似等价物理模型代替, 通过结构及连续体力学的基本原理及单元的物理特性建立表征力和位移关系的方程组, 解方程组求解其基本未知物理量, 由此求得各单元的应力 应变以及其他辅助量值的数值计算方法 有限差分法 Finite Difference Method(FDM) 从实际结构物或连续体的物理现象出发建立相应的微分方程, 经离散后得到差分方程, 再进行求解的数值计算方法 边界元法 Boundary Element Method(BEM) 将有限或无限的研究区域看作大的单元或场变量自动满足无穷边界条件及自然表面状态, 把基本方程转化为边界积分方程, 只对边界离散化建立相应的方程组进行求解的数值计算方法 离散元法 Distinct Element Method(DEM) 47

54 由康德尔建立的应用于不连续岩体的数值求解方法, 将含不连续面的岩体看作若干块刚体组 成, 块体之间靠角点作用力维持平衡, 角点接触力用弹簧和黏性元件描述, 并服从牛顿第二定律, 块体的位移和转动根据牛顿定律用动力松弛法按时步进行迭代求解 48

55 6 岩土体加固与处理 6.1 处理方法 地基处理 ground treatment,soil improvement 用各种排水 换料 掺合料 化学剂 电热等方法或机械手段来提高地基土强度, 改善土的强度 变形特性或渗透性的处理技术 置换法 replacement 指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体, 以提高地基承载力 减小沉降的地基处理方法 振密 挤密法 vibro-densification,compacting 采用一定的手段, 通过振动 挤压使地基土体孔隙比减小, 强度提高, 达到地基加固目的的一类地基处理方法的总称 排水固结法 consolidation,preloading 在地基中设置排水通道, 然后通过预压使软粘土地基中孔隙水排出, 孔隙体积逐渐减小, 土体发生固结, 抗剪强度提高, 达到解决建筑物地基稳定和变形问题的地基处理方法, 又称预压法 灌入固化物法 grouting curing material method 用气压 液压或电化学原理把某些能固化的浆液注入岩土体的裂缝或孔隙, 以达到改善地基的物理力学性质的地基处理方法 加筋法 reinforced method 通过在地基土层中埋设强度较高, 摩擦系数较大的土工聚合物或金属材料制成的拉筋 格栅以及其它受力杆件等, 使加筋体与周围土体共同作用达到提高地基承载力 减小地基沉降量, 或维持建筑物稳定的一类地基处理方法的总称 托换法 underpinning 为满足建筑物增层 纠偏 既有建筑物下地下空间开发等需要, 或解决新建工程影响邻近既有建筑物的安全问题, 对既有建筑物的地基进行处理 基础进行加固或进行基础和荷载转换等技术总称为托换法 复合地基 composite ground,composite subgrade,composite foundation 部分土体被增强或被置换形成增强体, 由增强体和周围地基土共同承担荷载的人工地基 土工合成材料 geosynthetics 49

56 在工程建设中应用, 以人工合成的聚合物为原料制造的土工织物 土工膜 土工复合材料和土工特种材料的统称 岩土锚固 ground anchors, anchorage 岩土锚杆技术的统称 锚杆是一种受拉构件, 一端与工程结构物联结, 另一端固定于深部岩土体, 之间是自由段 ( 非粘结段 ), 通过拉杆将外力作用在结构上的荷载传递到深部稳定岩土层 6.2 置换法 垫层 cushion 用砂 碎石或灰土铺填于软弱地基土上或置换地基表面一定厚度的软弱土的材料层 强夯置换法 dynamic replacement 采用边强夯, 夯坑内边填碎 ( 块 ) 石的方法在地基中形成碎 ( 块 ) 石墩体, 由碎 ( 块 ) 石墩 墩间土以及碎 ( 块 ) 石垫层形成复合地基 褥垫法 pillow 当建 ( 构 ) 筑物的地基一部分压缩性很小, 而另一部分压缩性较大时, 为了避免不均匀沉降, 在压缩性很小的部分, 通过换填法铺设一定厚度可压缩性的土料形成褥垫, 以减少沉降差 抛石挤淤法 rock filling replacement 在软基上抛填片石或块石, 依靠抛石体的重力使得部分或大部软土挤出抛石体的基底范围, 从而提高地基的强度和稳定性, 减少地基沉降的一种浅层软基强行置换方法 爆破挤淤法 blasting replacement 在抛石挤淤的过程中, 在堆石体前缘的软土层中埋置炸药包群, 通过爆炸扰动和排淤等效应, 使得堆石体向淤泥底部滑塌, 挤开淤泥形成抛石置换体的方法 海 ( 水 ) 域修建堤坝时, 该法常用于处理较深厚的软基 爆夯法 blasting compaction 在块石基床的表面或其上部布置药包, 起爆后产生的爆炸动荷载 ( 爆破震动和爆炸冲击波 ) 作用于基床块石体, 使之密实, 达到减少沉降和差异沉降的目的 轻量填土法 light weight filling 使用容重较小的材料代替填土, 在软基上减少填土荷载, 起到减小沉降增加稳定性的作用 6.3 振密 挤密法 碾压法 compaction by rolling 土方工程中利用碾压机械压实土体的填筑方法 强夯法 dynamic consolidation,dynamic compaction 50

57 反复将夯锤提到高处使其自由落下, 给地基土以冲击和振动能量, 将地基土夯实的地基处理方法 振冲法 vibro-flotation 利用振冲器在土层中振动和水流喷射的联合作用成孔, 然后填入碎石料或砂料并提拔振冲器逐段振实, 形成刚度较大的碎石桩或砂桩的地基处理方法 挤密砂 ( 碎石 ) 桩法 densification by sand pile 利用振动或锤击作用, 将桩管打入土中, 分段向桩管加砂 ( 碎石 ) 料, 不断提升并反复挤压而形成的砂 ( 碎石 ) 桩的方法 爆炸加密法 densification by explosion 利用爆炸的冲击和振动作用使饱和砂土密实的地基处理方法 振动压实法 vibro-compaction 用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散砂土, 使之孔隙比减小, 强度提高的一种地基处理方法 6.4 排水固结法 排水砂井 sand drain 在软土地基中成孔, 填以砂砾石, 形成的竖向排水通道 袋装砂井 packed drain,fabric-enclosed drain 以透水型土工织物长袋装砂, 设置在软土地基中形成的竖向排水通道 塑料排水板 ( 带 ) prefabricated strip drain,geodrain 将带槽的塑料板芯材外包透水良好的土工织物构成排水板 ( 带 ), 用插板机插入软土地基中, 形成的竖向排水通道 堆载预压法 preloading 在饱和软粘土地基设置竖向和水平向排水通道, 之后对地基进行堆载, 使地基土排水固结, 提高地基土强度, 减小建 ( 构 ) 筑物地基后期沉降 真空预压法 vacuum preloading 在饱和软粘土地基设置竖向和水平向排水通道, 通过覆盖在地基表面的不透气塑料膜内抽真空, 利用膜内外压力差作为预压荷载, 实现对地基土施加预压和加快固结的作用 真空堆载联合预压法 vacuum combined surcharge preloading 利用真空联合堆载压力, 使土体排水固结加固软土地基的方法 电渗法 electro-osmosis method 51

58 在土中插入金属电极, 并通以直流电, 在电场作用下, 土中水从阳极流向阴极, 产生电渗, 从而降低高粘性土的含水率或地下水位, 以改善土性的加固方法 砂垫层 sand cushion 铺设在饱和软粘土地基表面的填砂层, 采用预压法时, 作为水平排水体 6.5 灌入固化物法 水泥 ( 稳定 ) 土 cement stabilization 土中掺和水泥以改良土性的处理方法 灰土 lime treated soil 掺入石灰, 通过其放热 与土凝结及离子交换作用等使性质得到改良的土 高压喷射注浆法 jet grouting 采用注浆管和喷嘴, 借高压将水泥浆从喷嘴射出, 直接破坏地基土体, 并与之混和, 或者喷出高压水射流切割破坏土体, 掺加水泥浆与之混合形成水泥土加固体的一种地基处理方法 钻头旋转喷射的称旋喷法, 摆动和定向喷射的分别称为摆喷或定喷法 挤密注浆法 compaction grouting method 通过钻孔向土层压入浓水泥, 在土体内形成泡形空间, 使浆液对地基土起到挤压和硬化后形成加强体的加固方法 深层搅拌法 deep mixing method 以水泥 石灰或其它材料作为固化剂, 通过特制的深层搅拌机械, 将其与地基深层土体强制搅拌混合, 经物理 化学作用后形成具有整体性 水稳性和一定强度的桩体的地基处理方法 使用水泥浆作为固化剂的深层搅拌法称为浆液搅拌法, 即湿法 ; 使用水泥粉或石灰粉作为固化剂的深层搅拌法称为粉喷搅拌法, 即干法 灌浆 grouting 利用灌浆压力或浆液自重, 经钻孔将浆液压送到岩石 砂砾石层 混凝土或土体裂隙 接缝或空洞内的地层加固方法 固结灌浆 consolidation grouting 将具有粘结性能的浆液灌入基岩浅层裂缝和破碎带, 以提高岩土体的整体性, 改善岩土体力学性能的灌浆方法 帷幕灌浆 curtain grouting 在透水的岩土体中, 用深孔灌浆方法设置一道连续防渗帷幕的方法 化学灌浆 chemical grouting 52

59 将硅酸钠或高分子化合物浆液通过钻孔和导管灌注入岩土体孔隙 裂隙中, 起到胶结与堵塞的作用, 从而提高岩土体的强度, 减小其压缩性和渗透性的地基处理方法 劈裂灌浆 hydrofracture grouting 利用水力劈裂原理, 以灌浆压力劈开土体, 灌入水泥浆形成防渗帷幕或加固土体的方法 6.6 加筋法 土钉 soil nailing 土钉是用来加固原位土体的细长杆件, 通常采取土中钻孔置入钢筋, 并沿孔全长注浆的方法做成土钉, 靠与土体之间的粘结力在土体发生变形的条件下被动受力并主要承受拉力作用 土钉也可用钢管角钢等作为钉体, 采用直接击入的方法置入土坡中 铺网法 fabric sheet reinforced earth 在软基表面铺设高强度土工合成材料网, 如土工格栅 格室等, 以有利于填土的稳定, 起到类似于粗颗粒材料垫层作用的表面处理方法 加筋土 reinforced earth 在填土中铺设加筋带或土工格栅或土工织物等加筋材料或混入加筋材料以增加土体的抗拉 抗剪强度和整体稳定性的复合土 纤维土 textsol,fiber soil 以聚合物纤维 网片 或废料等加筋的土体 6.7 托换 纠倾法 纠倾托换 rectification underpinning 利用地基新的不均匀沉降来调整建筑物已存在的不均匀沉降, 以达到新的平衡和矫正建筑物的倾斜 坑式托换 pit underpinning 直接在被托换建筑物的基础边开挖竖坑, 再对竖坑横向扩展开挖基础下的横坑, 直至达到设计的持力层后, 再从坑底浇注混凝土到基底的托换加固方法, 也称墩式托换 桩基托换 piles underpinning 指在被托换的基础周边设置新桩, 桩顶上加设与基础正交的横梁, 或将原有基础加宽与桩顶浇成整体, 原基础废除或失效后上部荷载传递到新桩基础 灌浆托换 grouting underpinning 灌浆是用固化剂浆液注入地基土层, 以改善地基土的物理力学性质, 达到防渗 堵漏和加固的目的 53

60 6.7.5 锚杆静压桩托换 pressed pile underpinning 在基础承台或基础梁上设锚杆, 利用建筑物自身重量作为反力, 采用静压法施工托换桩, 以及转换荷载 顶升纠倾 jack-up leaning rectification 指在倾斜建筑物沉降较大的部位采用千斤顶顶升的措施, 通过调整建筑物各部分的顶升量, 使建筑物作整体平面转动以达到纠倾目的 堆载加压纠倾 surcharge learning rectification 指在沉降小的一侧施加临时荷载, 适当增加这个侧边的沉降, 用以减小不均匀沉降差和倾斜 掏土纠倾 digging-out soil leaning rectification 指在倾斜建筑物基础沉降小的部位采用掏土的迫降措施, 使基底下土体部分临空, 接触面减小, 接触应力增大, 从而产生一定侧向挤出变形, 迫使基础局部下沉, 使得原有的不均匀沉降得到调整和达到纠倾的目的 6.8 复合地基 柔性桩复合地基 flexible piles composite foundation 竖向增强体为柔性桩的桩体复合地基 碎石桩 水泥土桩 灰土桩和石灰桩等一般属于柔性桩 刚性桩复合地基 rigid piles composite foundation 竖向增强体为刚性桩的桩体复合地基 混凝土桩和钢管桩等一般属于刚性桩 散体材料桩复合地基 granular material piles composite foundation 以砂桩 砂石桩和碎石桩等散体材料桩作为竖向增强体的复合地基 长短桩复合地基 long-short piles composite foundation 由长桩和短桩共同形成的复合地基 长桩通常采用刚度比较大的桩, 短桩通常采用刚度比较小的桩 大直径现浇混凝土管桩复合地基 composite foundation of cast-in-place concrete large-diameter pipe pile 采用专用内外双层套管施工机械, 在地基中形成大直径的现浇混凝土管桩, 并与桩间土组成复合地基的地基处理方法 桩网地基 pile supported subgrade 在有较大后续沉降的地基中设置刚性桩, 并通常在桩顶设置桩帽 加筋体和必要厚度的填土层, 当桩间土下沉时通过桩顶结构的土拱作用, 将桩顶荷载传递至由桩承担的人工地基 灰土挤密桩法 compacted lime-soil pile 54

61 利用挤压成孔设备成孔, 使得桩间土得以挤密, 孔内填入灰土并分层夯实形成灰土桩, 并与桩间土组成复合地基的地基处理方法 石灰桩法 lime pile 在松软地基中成孔后, 填入生石灰, 或生石灰混以其它掺合料, 分层夯实形成竖向增强体, 并与桩间土组成复合地基的地基处理方法 砂石桩法 sand-gravel pile 采用振冲法或振动沉管法等工法在地基中设置砂石桩, 在成桩过程中砂石被挤密或振密形成密实的桩体, 并与被挤密的桩间土形成复合地基的地基处理方法 水泥土桩法 cement soil pile 以水泥土桩作为地基竖向增强体的复合地基处理方法 根据工法的不同分为水泥搅拌桩法和高压旋喷桩法 水泥粉煤灰碎石桩法 cement-flyash-gravel pile (CFG pile) 由水泥 粉煤灰 碎石 石屑或砂加水拌合, 用各种成桩机械就地形成具有一定强度的桩, 并由桩 桩间土通过褥垫层共同作用组成复合地基的地基处理方法 桩土应力比 stress ratio 复合地基中作用在增强体 ( 桩体 ) 上的应力与作用在桩间土上的应力之比 荷载分担比 bearing ratio 荷载分担比为复合地基中桩体承担的荷载与桩间土承担的荷载之比 复合地基置换率 replacement ratio 复合地基中, 一根桩体截面积与其所承担的加固面积的比值 6.9 土工合成材料 土工织物 geotextile 透水性土工合成材料, 按制造方法不同, 分为织造土工织物和非织造 ( 无纺 ) 土工织物 织造土工织物 woven geotextile 由纤维纱或长丝按一定方向排列机织的土工织物 非织造土工织物 nonwoven geotextile 高分子聚合物原料经过热熔, 挤压 喷丝 铺网再进行针刺 热粘或化学粘合而成的具有滤土和排水功能的土工织物 土工膜 geomenbrane 以聚合物或沥青作为防渗基材, 与土工织物复合而成的土工防渗材料 55

62 6.9.5 土工格栅 geogrid 由有规则的网状抗拉条带形成, 用于土体加筋的土工合成材料 土工格室 geocell 是由 HDPE 片状材料, 经焊接而形成的一种蜂窝状或网格状三维结构材料 土工模袋 geofabriform 由土工物织物缝制成的连续或单独的袋状材料, 其中充填混凝土或水泥砂浆, 凝固后形成板状防护块体 土工复合材料 geocomposite 由两种或两种以上土工聚合物材料复合成的土工合成材料 聚苯乙烯发泡材料 expanded polystyrene (EPS) 一种经过发泡 挤压或在模具内成型的, 可用作轻质填料以减小地基沉降, 或作为保温材料, 减轻土体冻胀的超轻量高分子聚合物材料 反滤 filtration 在使液体通过的同时, 保持受渗透力作用的土颗粒不流失 隔离 separation 防止相邻的不同介质混合 防护 protection 限制或防止岩土体受外界环境作用而破坏 等效孔径 equivalent opening size (EOS) 土工织物的最大表观孔径 老化 aging 土工合成材料在紫外线 温度 化学溶液 生物细菌作用下聚合物发生降解, 分子结构改变, 致使其性能逐渐衰化的现象 6.10 岩土锚固 锚杆 ( 索 ) anchor,anchorag tendon 由锚头 自由段和锚固段三部分组成, 锚头将结构荷载传递至拉杆, 通过锚固段将拉力传递至锚固地层 当拉杆采用钢绞线或高强钢丝束作杆体时, 也称为锚索 土层锚杆 anchored bar in soil 锚固于土层中的锚杆 岩石锚杆 rock anchor 56