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工程地质设计参数获取方法及应用

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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甲、设计参数及获取方法一、承载力(一)类型1、容许承载力:系指在保证地基稳定的条件下,建筑物不产生超允许的沉降的地基承载力2、基本承载力:系指其基础短边宽度 b≤2m ,埋藏深度 h≤3m 的地基容许承载力3、极限承载力:容许承载力乘以安全系数(2~3)即为极限承载力(采用概率理论为基础的极状态设计法时,按可靠度理论进行的工程设计,用极限承载力4、承载力标准值:多个,一般为 6 个以上试验单值经过概率理论进行统计,经过修的算术平均值。当修正中变异系数 δ>,应查明误差大的原因;当变异系数 δ>,变形指标标准值可取经验值极限承载力基本值乘以回归修正系数即为地基极限承载力标准值5、承载力特征值:由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值。其最大值为比例极限值6、承载力设计值:地基承载力标准值经深宽修正后的地基承载力值。地基承载力标准值乘以承载力分项系数 f=rs*于一级建筑物取 级取 级取 当于乘以 )承载力数值的取得:1、原位测试1)载荷试验(岩、土)2)动探(粗粒土) ,击数查表或密实度查表3)标贯(砂、细粒土) ,击数查表或密实度查表4)静探(软弱土) ,端阻查表5)其它,如旁压等2、室内试验1)粘性土:根据 e、I 粘土:根据含水比 塑比 土:根据 e、w (天然含水量)4)软土:根据 w(天然含水量)5)岩石(1)根据岩块天然单轴极限抗压强度折减①重庆市地基极限承载力标准值为 r*ψ p*f k—地基极限承载力标准值石在天然湿度下的单轴极限抗压强度ψ r—岩体裂隙影响系数,当裂隙不发育时取 1,发育时取 p—边坡影响系数,当岩质地基表面坡度 β≤10°时取1,β≤45°时取 β≥80°时取 筑地基基础设计规范对应于 线上起始直线段的终点为比例界限,符合终止加载条件的前一级荷载为极限荷载,将极限荷载除以 3 的安全系数,所得值与对应于比例界限的荷载相比较,取小值作为岩石地基承载力,岩石地基承载力不进行修正③铁路地基基础均采用容许承载力。基本承载力经深宽修正;岩石不修正采用采用承载力表查取,是根据岩块强度、破碎程度,以 72 份荷载试验(以比例界限作为基本承载力) ,并参考国内有关规范和建筑经验提出来的,未涉及岩块极限抗压强度与承载力的关系,工作中常采用(1/10~1/20)R 作为地基基本承载力,硬岩为 1/20R,软岩为 1/10R,只是根据经验而来。实际上,其它规范采用(1/3~1/6)R 作为承载力取值的标准较有根据(2)根据岩石的软硬程度、节理裂隙发育程度、风化程度查表,表中数值是根据大量试验资料结合工程实践而来二、岩石极限抗压强度(一)分类—一般由单轴进行,指岩石标准试样在单向受压状态下破坏时的极限强度。分:1、干燥状态下的极限抗压强度(干压)2、饱和状态下的极限抗压强度(湿压)—分天然饱和,干燥饱和3、天然状态下的极限抗压强度(天然压)(二)岩石的软化性是指岩石耐风化、耐水浸的能力,以软化系数来衡量b/ d—软化系数饱和状态下的极限抗压强度—燥状态下的极限抗压强—路指风干状态下岩石的极限抗压强度;工民建指在天然含水量或风干状态下岩石的极限抗压强度三、岩石极限抗拉、抗弯强度(一) 抗拉强度:指在瞬间荷载作用下导致岩石粘聚性破坏的极限力,是指岩石在单向拉伸条件下的极限应力,平均为抗压强度的 3~5%(二) 抗弯强度:又称抗折断强度,多采用简支梁中央受集中荷载作用下产生挠曲直至折断时的强度,平均为抗压强度的 7~12%四、岩土密度、重度(一) 颗粒密度(比重)(二) 土的密度 ρ—土的总质量与其体积之比,g/岩石的密度(视密度)ρ—岩石的总质量与其体积之比,g/(三) 重度(重力密度)—俗称容重 γ,岩或土的总重量与其体积之比,即质量密度乘以重力加速度 γ=g *ρ,KN/m 3(四) 数值的取得1、 细粒土:一般通过室内试验2、 粗粒土:有灌水法、灌砂法及核子密度仪法五、剪切强度 c、φ 值(一) 土的 c、φ 值—是指在外力作用下下抵抗剪切滑动的极限强度,以库仑定律表示:τ=σc ,表示在法向应力变化不大时,抗剪强度与法向应力的关系近近似为一条直线1、 直接剪切(直剪)试验—将试样置于一定的垂应力下,在水平方向陆续向试样施加剪应力进行剪切粘性土:τ=σ内摩擦角为主,τ=σ有三种剪切形式:1) 快剪—试样不排水不固结。试样在施加垂直压力后,立即施加水平剪切,控制在 3~5 分钟内完成2) 固结快剪—试样固结排水。试样在垂直压力下,使其充分排水固结后,控制在 3~5 分钟内完成(在剪切时不让孔隙水排出)3) 慢剪—试样固结排水。试样在垂直压力作用下,充分排水固结后,以很慢的速率完成2、 三轴压缩试验先在几个不同侧压力(周围压力,即小主应力 σ 3)条件下,逐渐增大垂直压力(即大主应力 σ 1)直至破坏,籍此求取试样的抗剪强度参数,它的特点是:仪器可以控制大小主应力及排水条件,受力状态明确,剪切面不固定,又能测定土的孔隙压力和体积变化。可求取c、 ) φ、孔隙水压力、地基水平垂直系数、压缩模量、泊松比、侧压力系数、无侧限抗压强度等。可分三种形式1) 不固结不排水(验,可求得总抗剪强度参数 u 值2) 固结不排水(验,可求得总抗剪强度参数 或者有效抗剪强度参数 c'、φ'固结排水(验,可求得有效抗剪强度参数 d 值3) 总应力法和有效应力法土体受到外力作用时,一部分是由孔隙的水所承受,称为孔隙水压力(u) ,一部分由土颗粒承受,称为有效应力(σ')二者与总法向应力(σ)的关系为 σ=σ'+u(1) 用 τ=σc 表示的为总应力法,其指标称总应力强度指标(2) 用 τ=(σ-u)c'表示的 E 有效应力法,式中 c'、φ'分别为土的有效凝聚力和有效内摩擦力,统称为有效应力强度指标(二)土的有效 c'、φ'值粘性土通过三轴固结不排水有效应力法计算砂性土因不好取样作试验,只好根据标贯值估算有效内摩擦角,φ'=(√20N+15°)(三)岩石的 c、φ 值岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力,它可分为抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度三种形式1、抗剪断强度—是指岩石在垂直荷载作用下,受剪切方向的荷载而产生断裂时的极限应力,由角膜剪断仪完成(40~65°之间的剪切面) ,τ=σ剪强度—是指岩石沿已有的软弱面或破裂面在垂直荷载作用下,在水平方向施加剪切力而产生破坏或剪切滑动时的指标,一般由直剪仪完成,主要测定岩石软弱面、砼与岩石胶结面、岩石与岩石的摩擦系数1)软弱面,τ=σc 2)已有破裂面(平滑,c=0)τ=σ3、抗切强度—是指岩石在垂直荷载为零时沿剪切方向抵抗剪断的强度,τ= 外剪切试验—直接取得软弱面的 c、φ 值六、边坡率土质路堑边坡应根据工程地质、水文地质条件、土的性质、边坡高度、排水措施、施工方法,并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。一般地,只要坡地稳定,无软弱面,地下水等,结合以往的实践经验,由查表确定石质路堑边坡应根据工程地质、水文地质、岩性、边坡高度、施工方法,并结合岩体结构、结构面产状、风化程度和地貌形态以及自然稳定边坡和人工边坡的调查综合确定。一般地,当无边坡可能切断外倾结构面的不稳定因素外,根据以往实践经验,可查表确定七、基底摩擦系数 f(一) 现场抗剪试验(二) 查表八、压缩模量、弹性模量、变形模量当土受压后,有弹性变形、塑性变形、压缩变形三种情况:土体受压后,移去外加应力,土体又能部分地恢复原来形状,称弹性变形;引起土体形状的不可逆变化,称为塑性变形;当土体受压后,孔隙中水与空气被挤出,土体呈现压缩状态称压缩变形(一) 土的压缩模量、变形模量1、 土的压缩模量—在无侧向膨胀条件下,压缩时垂直压力增量与垂直应变增量的比值。通常采用 土的压缩试验2) 静探,根据端阻 表( 细粒土)2、 土的变形模量—土在受压变形过程中,允许产生侧向膨胀条件下,竖向压应力与竖向压应变之比,它和材料力学中关于弹性材料的杨氏弹性模量的定义是一致的数值的取得1)静探:根据端阻 表(细粒土)2)动探:根据动探击数查表(粗粒土)3)标贯:根据标贯击数查表(细粒土、砂)4)变形模量 压缩模量 关系式1) * 或 1 2/1+ξ) * ξ=(u/1、 弹性模量—也称杨氏模量,软土的不排水杨氏模量 为 )岩石的弹性模量、变形模量弹性模量是指岩石在弹性范围内应力与应变的比值。一般规定用抗压强度的 50%作为应力和该应力下的纵向应变值进进行计算数值的取得—室内试验变形模量是指应力与总应变的比值,即 (ξ e+ξ p) ) ,式中:σ—正应力, ξ e—弹性正应变, ξ p—塑性正应变数值由室内试验取得九、泊松比与侧压力系数(一)土的侧压力系数与泊松比1、侧压力系数:在不允许有侧向变形的情况下,土样受到轴向压力增量△σ 1 将会引起侧向压力的相应增量△σ 3,比值△σ 3/△σ 1 称为土的侧压力系数ξ 或静止土压力系数 K 0=△σ 3/△σ 12、泊松比(又称侧膨胀系数):在不存在侧向应力的情况下,土样在产生轴向压缩应变的同时,会产生侧向膨胀应变,侧向应变和轴向应变的比值谓之。上述二者之间的关系为:ξ=u/(1 u=ξ/(1+ξ)4、 数值的取得1)试验:一般先测定土地的侧压力系数,然后再间接算得土的泊松比。侧压力系数可采用压缩仪法、三轴压缩仪法,二种方法都可以得出轴向压力与侧向压力的关系曲线,其平均斜率即为土地的侧压力系数2)根据土的性质查表3)原位测试—扁铲侧胀试验(二)岩石的泊松比及侧压力系数岩石的松比是在弹性模量相对应条件下的径向应变与轴向应变之比,是在岩石单轴压缩变形试验时测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值,据此算出岩石的弹性模量和泊松比。其值有平均弹性模量和平均泊松比;有在抗压强度 50%处的割线模量及相应的泊松比。根据需要也可计算任何压力下的弹性模量和泊松比。另外,其值可查表(一般为抗压强度 50%处的弹性模量)注:抗压强度 50%处的弹性模量,又称割线模量,割线模量对于任何一类岩石都具有平均值的含义十、土的无侧限抗压强度土在侧面不受限制的条件下,抵抗垂直压力的极限强度谓之数值的取得1) 试验(1) 应变控制式无侧限压力仪(2) 三轴剪切试验仪(3) 根据无侧限抗压强度测定土的不排水抗剪强度(假定 φ=0)2)根据十字板剪切强度 以 2 确定 据静探端阻查表十一、孔隙水压力系数在不排水条件下,土试样所受到的主应力发生变化时,土中孔隙水压力也将随之而发生变化。有初始孔隙水压力系数 B,等于施加周围压力产生的孔隙水压力 最小主应力 σ 3 之比,即 B= 3;有破坏时的孔隙水压力系数 于试样破坏时,主应力差产生的孔隙水压力 乘以应差( σ 1)之比,即 (σ 1)当以孔隙水压力为纵坐标,轴向应变为横坐标,绘制出孔隙水压力与员轴向应变关系曲线时,就可以得到任一应变值时的孔隙水压力数值取得:1) 固结不排水的三轴剪切试验() 静探—带测定孔隙水压力的探头3) 埋入土中的测压装置注:固结不排水试验在测定孔隙水压力的时候,若系饱和土,所测的孔隙压力就代表孔隙水压力 u ;若系非饱和土,则要分别测定孔隙气压力 负值) ,u=u a+如果土体不受外力作用,孔隙气压力与大气压力平衡,相对来说 零,则 u= 所以非饱和土中的孔隙水压力总是负值十二、波速、岩体完整性系数(一)波速体波1、纵波(,又称压缩波,表示质点的振动方向与波的传播方向一致2、横波(,又称剪切波,表示质点的振动方向垂直于波的传播方向面波—瑞利波数值的取得:弹性波勘探、测井,可用于围岩分级、划分风化程度、划分裂隙发育程度,以及测定岩体的动弹性模量、动泊松比等(二)岩体完整性系数亦称裂隙系数,表示岩体被裂隙切割后所反映出的完整或破碎程度,为岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方,即 岩体波速/岩块波速)21、岩体波速—野外测定2、岩块波速—试验室测定十三、岩石、岩体基本质量指标(一)岩石基本质量指标(反映岩体在裂隙切割下的完整性,为岩芯中大于 10累计长度与岩芯相对应的孔深之比,真实含义为:采用 75 型)双层岩芯管和金刚石钻头所采取的岩芯率,于 10岩芯长度/岩芯对应的钻孔深度(二)岩体质量指标综合反映岩体的一个特征值,与岩石强度、完整程度有关,其值为:0+350中:R c —岩石单轴饱和抗压强度,K v—岩体完整性系数十四、前期固结压力、压缩指数、回弹指数(一)前期固结压力 指该土层在地质历史上所曾经承受过的上覆土层自重压力或其它作用力,并在该力作用下,已固结稳定的最大压力。它与目前上覆土层自重压力 比值称为超固结比,用 示,P c> 超压密土; 正常压密土; 欠压密土取值方法1、在 e—线上作图选取2、根据测试及试验资料估算:q u/2)/p;P c=;P c=48N(二)压缩指数e—线上直线部分的斜率取值方法:1、作图计算2、查表3、通过含水量估算:C c= 通过天然孔隙比估算:C c=三)回弹指数e—线上回弹圈中圈之长轴方向端点连线的斜率十五、最佳含水量、最大干密度、承载比、回弹模量(一)最佳含水量、最大干密度通过扰动土的击实试验来达到。在一定的击实功能作用下,能使填筑土达到最大密度所需的含水量称为最佳含水量,与其相应的干密度称为最大干密度(二) 承载比也称加州承载比, 5)的单位压力,从而得出与标准荷载强度的比值(%)。采用不同含水量的扰动动土样(三) 回弹模量不同含水量不同密度扰动的细粒土样,单位压力下经修正后的变形量,通过室内压力仪法试验完成十六、渗透系数 映水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能数据的取得1) 水文地质试验2) 室内试验3) 查表十七、桩周土侧极限摩阻力、桩尖土的极限承载力(铁路桥规) 、桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值(桩基规范) 、嵌岩灌注桩岩石极限侧阻力、极限端阻力(高层建筑规范)桩的外侧与岩土体接触面之间的遭破坏时的摩擦力,以及柱尖土的遭破坏时的极限承载力数据的取得1) 试桩2) 根据土性指标查表(细粒土用 粒土用密实度)根据岩石的抗压强度及裂隙系数查表3) 不同行业有不同的标准,查表时一定要结合适用条件十八、地基系数与比例系数(一)地基系数:是地基土在外力作用下,产生单位变形时所需的压力,也称基床系数、弹性抗力系数、地基反力系数、地层抗力系数,单位时 m。定压力与沉降成正比而来。有的认为是一个常数;有的认为在土层中是随深度成正比增加的一个变数,由地基系数的比例系数与深度之积构成。一般地,在弹性桩设计时,土层中提比例系数。在隧道设计时,一般提地基系数。岩层中地基系数是一个常数。地基系数有水平、垂直之分注:地铁隧道提供地基系数,车站基坑弹性桩、连续墙设计时应在土中应提地基系数的比例系数(水平地基系数)(三) 数据的取得1、原位测试,常用方法有 压仪法1)K 30:直径 30载板下 对应的荷载强度 P(比值(m) 。一般求取垂直基床系数2)旁压:通过旁压腔压力与变形的关系求取。一般求取水平基床系数 3)标贯:通过经验公式估算:K=()内试验1)三轴试验:将土样经饱和处理后,在 态下固结,对一组土样分别做 σ 1= 3= n=△σ 3/△σ 1=0,同应力路径下的三轴慢切试验,得到△σ 1'~△h o 曲线,求得初始切线模量或某一割线模量,定义为基床系数 K(垂直、水平)(K 0 固结:天然土层在自重和无侧向变形条件下的固结)2) 固结试验根据固结试验中测得的应力与变形关系来确定基床系数(垂直、水平)K=[(σ 2)/(e 1- *[(1+ e m) )/h o]式中:(σ 2)—应力增量 (e 1- 相应的孔隙比减量 23、 根据土性、密实程度、塑性状态、标贯击数等查表4、 一般地,水平基床系数大于垂直基床系数(二)地基系数的比例系数单位深度上的地基系数,m 2 或 过试验取得某一深度的地基系数后,除以该深度;另外,可根据土性、I L、密实度查表十九、岩土的热物理指标通常由导温系数、导热系数、比热容组成,三者关系为:比热容 C= *ρ 式中: λ—导热系数;α—导温系数ρ—密度取样后,在试验室内测定。通常采用面热源法、热线比较法、热平衡法确定二十、砂砾土的不均匀系数、粘粒含量反映砂砾土颗粒均匀程度的量值,C u=中:d 60—制粒径,颗粒大小分布曲线上的某粒径小于该粒径的土含量占总质量的 60%效粒径,颗粒大小分布曲线上的某粒径小于该粒径的土含量占总质量的 10%通过筛分确定不均匀系数,用密度计或移液管法测定粘粒含量<坡稳定角保持坡面安全、稳定的极限坡度,一般采用 4 种方法综合确定1、自然边坡调查法2、岩体内摩擦角及结构面综合判定法3、自然边坡、岩体内摩擦角综合判定法:(i+φ)/24、尔玛)法:利用极限平衡理论,通过力学模拟程序公式计算二十二、移动盆地范围(一)地表移动与变形预测包括地表最大下沉值的预测,地表最大垂直变形值的预测,地表最大水平移动和变形的预测,地表最大下沉速度的预测,盆地内移动与变形值的预测等1、地表最大下沉值的预测水平矿层时:η o=qo* o=qo*m*式中:m—矿层的法线厚度, α—矿层倾角, 水平矿层时: 分采动情况下的下沉系数,可查表2、地表最大倾斜、最大曲率、最大水平移动值,最大水平变形值预测(铁手册 、移动盆地边界的预测(同上)4、地表最大下沉速度的预测(同上)二十三、水库坍岸范围库区坍岸预测,参见铁路不良地质勘察规程,一般采用外福线经验二十四、液化指数、抗液化指数注意行业标准,铁路、公路、工民建是不同的液化指数为建筑抗震设计规范特有,为划分液化等级用;抗液化指数为铁路抗震设计规范用(公路称液化抵抗系数) ,是指标贯或静探之实测值与临界值之比,是液化土力学指标确定折减系数的根据二十五、岩土施工工程分级、填料性质的确定查表二十六、膨胀岩土参数的确定(一)大气影响深度:由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度,影响特别显著的深度称大气影响急剧层深度。它通过土的湿度系数确定—按气象资料的降水量、蒸发量计算(二)膨胀岩土指标1、膨胀土:F s>40% ,蒙脱石含量≥7%,阳离子交换量 ≥1702、膨胀岩:F s>30% ,饱和吸水率≥10%,膨胀力≥ 100个指标中只要有两个指标符合就是膨胀岩、土二十七、高地应力指标一般认为:地层的最大主应力大于垂直地压力,即 σ h 时为高地应力;在以岩石强度判别硬质岩的标准为 R/σ ~7 时为高地应力;R/σ 时为极高地应力。软质岩的标准为 σ z/R>2 时就为高地应力,使围岩变形,式中:σ z—垂直地应力, R—岩石极限抗压强度地应力的测量方法:在勘察阶段,在钻孔中以水压致裂法较好,洞室中可用二次应力法等二十八、有害气体指标一般指瓦斯气,包括瓦斯含量、压力、涌出量、放散指数、坚固性系数,在相应的施工中应确定瓦斯工区长度是否采用防爆设备施工等1、瓦斯含量:煤层或岩层在自然条件下单位重量或单位体积所含有的瓦斯量,单位 m3/接在占孔中测,用密闭式或集气式岩芯采取器2)间接测定法:钻孔煤芯解吸法,根据瓦斯压力、吸附常数、煤的水分、灰分、挥发分计算2、瓦斯压力:煤层或岩层中瓦斯所具有的气体压力1)钻孔中直接测定2)根据瓦斯含量、瓦斯含量系数等方法推算3、瓦斯涌出量:从煤和岩石内涌向隧道或坑道的瓦斯数量,一般用单位时间内涌出的瓦斯量(绝对瓦斯涌出量)m 3/过相关公式预测,以及隧道中实测 4、放散指数:瓦斯从钻孔中单位时间内,单位长度涌出的最大流量 L/般最新鲜煤样试验室测定5、坚固系数:煤的各种性质所决定的抵抗外力破坏的能力。采样试验室确定。6、煤层突出危险判别指标D=(*(K=△P/斯工区长度:决定是否按瓦斯隧道施工的长度8、瓦斯隧道符合下列条件之一者,应采用防爆设备1)炮后半小时不能保证洞内瓦斯浓度降为 )有突出危险的煤层3)隧道长距离处于煤层煤系地层中4)瓦斯压力≥产 1t 煤瓦斯涌出量>5m 3二十九、放射性指标岩土中的放射性物质产生的射线年剂量当量不应超过 5 雷姆,琴,相当于 4000γ隧道勘测工作中,可测定岩土的 γ 值、水中的铀镭氡浓度来判别放射性是否超标:1、放射性测井,测自然伽玛,地面伽玛测量,<2800γ2、地下水中的铀浓度:<镭浓度: <氡浓度:<3、取岩样,测定岩石中的放射性物质含量,间接辅助判定三十、岩体性质指标标准值(重庆市地方标准,工程地质勘察规范)根据重庆市大量工程实践及有关规范,统一规定如下:(一)岩石物理指标标准值可视为岩体物理指标标值(二)岩体抗压强度标准值可由岩石抗压强度标准值乘以岩体裂隙影响系数确定,裂隙影响系数在裂隙不发育时取 发育时取 0. 54,者注:相当于地基极限承载力标准值)(三)折减系数;岩体粘聚力标准值可由岩石粘聚力标准值乘以 )岩体极限抗拉强度标准值可由岩石极限抗拉强度标准值乘以 )岩体变形模量或弹性模量标准值可由岩石变形模量或弹性模量标准值乘以 折减系数;岩石泊松比标准值可视为岩体泊松比标准值乙、铁路工程各专业所需的地质设计参数一、路基(一)路堤1、一般路堤:基底土承载力小于 200段土的沉降计算,设计参数为e、线2、高路堤(粗粒土>20m,细粒土>12m)1)填料的 γ、c、φ 值—稳定计算,最佳含水量—稳定分析,用于沉落加宽计算2)基底土的 γ、c、φ 值,e、线—沉降计算3、陡坡路堤(横坡>1: 22°)1) 填料的 γ、c、φ 值稳定计算2)基底土的 γ、c、φ、σ 0—稳定计算3)支挡建筑物基底与岩土的摩擦系数 水路堤1) 填料的 γ、c、φ 值—稳定计算2)防水措施所需的设计参数,如支挡的 σ 0、f 等(二)路堑1、土质路堑1)边坡土的 γ、c、φ 地下水位—稳定计算2)基底土的 σ 0、e、线—沉降计算3)边坡率4)支挡工程的设计参数(挡土墙、抗滑桩、锚杆等)2、石质路堑1)石质边坡的 γ、c、φ 或 φe(岩体,结构面)2)边坡率3)加固工程所需的设计参数(三)不良地质地段路基1、崩塌地段1)石块的弹跳高度、块度2)各类防护和支挡建筑所需的设计参数①遮挡建筑—棚洞、明洞(按隧道要求)②支挡建筑—按支挡建筑要求③拦截建筑—拦石墙等2、岩堆地段1)路堑边坡率2)路堑边坡土的 γ、c、φ、σ 0、f—稳定计算3)支挡建筑的设计参数3、岩溶及人工洞穴地段1)洞穴顶板的安全厚度:完整基岩厚跨比为 完整基岩,顶板厚度>5 倍洞高2)洞穴距路基的安全距离:坡脚距洞穴的水平距离必须满足路堤填料扩散角的要求3)处理工程的设计参数(视处理工程的种类而定)4、煤矿采空区地段1)确定移动盆地范围2)在路基范围内埋深<40m,宽度>2m 的坑道必须处理5、地震地区路基1)基底土计算沉降指标2)液化土指标:按铁路抗震设计规范,采用标贯及静探来判定3)软土的震陷指标:按软土层的承载力及平均剪切波速来判定,如 7 度区,f K<80s<90m/s,即能发生震陷(四)特殊岩土地段路基1、软土1)软土的 γ、c、φ—稳定计算,c、φ 值应采用三轴试验2)软土的压缩曲线 降计算,压缩指数法尚需 c、期固结压力,回弹指数3)抗滑建筑所需的设计参数2、膨胀岩土地段除同一般路堤、路堑外,增加1)膨胀性指标:膨胀土为自由膨胀率≥40%,蒙脱石含量≥7%,阳离子交换量≥170胀岩为自由膨胀率≥30%,饱和吸水率≥10%,膨胀力≥100气影响层深度:由降水、蒸发、地温等气候因素引起土的膨胀变形的有效深度;影响特别显著的深度称大气影响急剧层深度。(五)主要附属工程1、挡土墙1)墙背土的 γ、c、φ—稳定计算2)土与墙背的摩擦角—稳定计算3)基底摩擦系数—稳定计算4)基础承载力—承重计算2、抗滑桩1)岩土的 σ 0、γ、c、φ—推力计算2)地基系数—稳定计算(土按地基土比例系数提)。根据 定压力与沉降成正比而来,是地基土在外力作用下,产生单位变位时所需的压力,有的认为是一个常数,有的认为在土层中是随深度成正比增长的一个变数,由地基系数的比例系数与深度之积构成,一般地,在弹性桩设计时,土层中提地基系数的比例系数;在隧道设计中一般提地基系数。地基系数、基床系数、弹性抗力系数、地层抗力系数属同一概念。3、锚杆、锚索1)土的 γ、c、φ 孔隙率、渗透系数—强度及压浆计算2)岩石的剪切强度(抗剪、抗剪断、抗切),抗剪强度是沿已有的破裂面进行,τ=σ剪断强度是指在垂直压力作用下的岩石剪断强度,即 τ=σc;抗切强度是指应力等于零时的抗剪断强度即 τ=石与灌浆的结合力,一般查表4)地下水的腐蚀性4、深基坑1)坑壁及基底土的 σ 0、γ、c、φ、e、K。 、压缩模量,是支护设计和沉降计算的技术参数。c、φ 值应采用三轴试验的总应力法,有效应力法;基坑底有软粘土时,应进行抗隆起验算,有砂土时,特别是粉、细砂时,应进行抗渗流稳定性验算。2)渗透系数—降水截水设计3)基床系数—支护设计4)岩石的单轴极限抗压强度—支护设计5)孔隙水压力—支护设计;注意抗浮设防水位,进行抗浮验算,提供所采取的抗浮措施,如抗浮锚杆等所需的地质设计参数6)标贯击数—估算砂土的有效内摩擦角,用于支护设计二、桥梁、涵洞—按基础类型(一)明挖基础1、 σ 0—(有基本、标准、允许、极限)2、临时开挖边坡率3、 γ、c、φ—稳定计算4、颗分、I L—冲刷计算,公式中有 础底面与地基土间的摩擦系数 透系数(K、Q)7、压缩模量—沉降计算8、峡谷区岸坡安全角,一般采用 4 种方法综合确定:①自然边坡调查法;②岩体内摩擦角及结构面综合判定法;③自然边坡、岩体内摩擦角综合判定法(i+φ)/2;④尔玛)法利用极限平衡理论通过力学模拟程序公式计算(二)桩基1、摩擦桩1)打入、震动下沉、桩尖爆扩桩①桩周土极限摩阻力 尖土的极限承载力 R③土的 γ、c、φ④压缩模量 孔、挖孔灌注桩①f i、②σ 0、③γ、c、φ、④桩1)支承于岩石层上的打入、震动下沉桩①岩石试块单轴抗压极限强度 R②岩层破碎系数,可查表,一般为 承于岩石层上与嵌入岩石层内的钻(挖)孔灌注桩①R②岩层破碎系数3、管柱基础(钢筋混凝土、钢管柱)1) 层破碎系数 2,C 1为 1为 擦支承的设计参数须通过试桩确定4、沉井基础1) σ 02)压缩模量 地基系数—(土提地基系数的比例系数)4)岩石的单轴抗压极限强度(确定岩石的地基系数),可查表5)土对井壁的摩阻力,可查表三、隧道—按结构物类型(一)一般隧道明洞1、围岩分级(表法、波速法、裂隙系数法、岩体质量指标法() 、岩石质量指标法()分级表法(略) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ弹性波速法(km/s) > 1裂隙系数法 <>95% 8550525岩体质量指标法(>550 45050502502、洞口边坡及地基(同前)3、岩石裂隙率—压浆用4、洞身地下水及温度涌水量计算预测方法一般采用(1)水均衡法,(2)地下水动力学法,(3)比拟法(4)同位素氚(T)法,(5)水底隧道相关公式(苏联、日本);预测隧道涌水量的宽度有:(1)地质调查法—调查含水体与两侧隔水体的分界线;通过储水构造时采用其平均宽度等,(2) 地下水动力法,经验公式:潜水o+2s√水 o+10s√K 等, (3)比拟法—既有隧道、坑道资料、隧道温度通过地温梯度计算,有深孔时采用井温。5、竖井、斜井、平导、横洞的设计参数—同洞身(二)高地应力隧道1、地层最大、最小主应力 σ 方向—勘察期间测定地应力的最好方法是水压致裂法,在钻孔中进行。2、岩石单轴抗压极限强度 R—岩爆及变形判别3、侧压力系数—变形判别4、岩爆及大变形的判别:当 R/σ ,地应力极高;R/σ ~7 时,为高地应力,常采用 σ 式判别硬质岩的岩爆;大变形的判别是针对极软岩而言,当 σz/R>2,就可能出现大变形。(三)盾构隧道1、洞口—路堑边坡岩土的 γ、c、φ 值,边坡率及支挡建筑的地基承载力,基底摩擦系数2、洞身1)围岩分级—土质为表法、波速法,岩质可增加裂隙系数法、岩石、岩体质量指标法。2)地下水①地下水位、孔隙水压力—计算水压力、衬砌及盾构设计用。②地下水流向、流速—分析注浆法、冻结法的可行性③渗透系数—决定降水方法及抽水量;判定注浆难易,盾构造型。④水质分析—判定水体的侵蚀性3)土(岩)层的物理性质①重力密度—计算土压力②土的孔隙比、岩石的裂隙率—估算浆量③含水量—计算浆体充填量,施工稳定性分析(岩石为含水率)④土的液、塑限—推算土的稳定性;结合土的灵敏度,选择注入率⑤颗分—推算渗透系数,测算注入率,选择注浆材料及压注方式⑥热物理指标—通风设计用4)土(岩)层的力学性质①土的无侧限抗压强度—推算土的抗剪强度,等于其 1/2②岩石的最大极限抗压强度—盾构及刀具选择等③漂卵石的最大粒径及强度—盾构及刀具选择等④土的 c、φ 值—计算土压力、盾构选型等⑤土的变形模量、压缩模量—计算沉降,软土的压缩指数、回弹指数等⑥泊松比—计算侧压力系数,用于变形计算⑦基床系数—计算地层反力⑧标贯击数—盾构选型,液化判定(四)瓦斯隧道除一般隧道的设计参数外,尚需1、瓦斯含量 W—煤层或岩体单位重量所含的瓦斯量 m3/t—突出评价2、瓦斯压力 P—瓦斯所具有的气体压力 出评价3、瓦斯涌出量 Q—单位时间内涌出的瓦斯量 m3/出评价4、放散指数△P—瓦斯从钻孔中单位时间、单位长度涌出的最大流量L/m—突出评价5、岩石坚固性系数 f—岩体抗冲击破碎的能力—突出评价6、岩层视密度、空隙率—计算瓦斯含量7、瓦斯工区长度—防爆施工长度(五)膨胀岩隧道除一般隧道的设计参数外尚需1、岩土的膨胀率 f—衬砌设计用2、收缩系数—衬砌设计用3、含水量变化的平均值—预测膨胀量4、湿度系数—计算大气变化影响层5、膨胀压力—衬砌设计用6、锚杆设计所需的参数,同前卞国忠 2005圳公明
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