岩土工程概论

岩土工程的范围
南平武夷花园
岩土工程的范围
• 边坡支护 • 泥石流防治
岩土工程的范围
岩土工程的范围
经典问题
锚索 框架
边坡稳定
土压力
地基稳定
北峰泥石流灾后现场
岩土工程工作方法： 调查勘察 试验测定 分析计算 方案论证 监测控制 反演分析 修改定案
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3 ） 岩土工程的进展
岩、土的工程性质及测试技术的研发 在基础结构分析与设计方面 在地基方面 在材料领域 在基坑工程方面 地震岩土工程、环境岩土工程
三、土的液相 在自然条件下，土中总是含水的，土的液 相就是指水及各种离子的溶液。但土中水可以 处于液态、固态或气态。土中细粒愈多，即土 的分散度愈大．水对土的性质的影响也愈大。 土中水可分为下列各类：
(一)结晶水 存在于矿物的晶体格架内部或是参与到矿 物构造中的水称结晶水。从土的工程性质上分 析，可以把结晶水当作矿物颗粒的一部分。 (吸附水 ) (二)结合水 结合水( 吸附水) 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表 面的土中水。土的颗粒越细，结合和吸附水的 能力越强。
• 地壳表层的岩石长期受自然界的风化作用，因而 使大块岩体不断地破碎和分解，再经搬运、堆积 而成为大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集 合体—土。土是多孔、多相、松散的颗粒堆集体。 • 风化作用： ①物理风化（机械破碎）。其产物基本上保持与 母岩相同的成分，如砂、砾石和其他粗粒的土。
土力学
高等土力学
三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧 密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标。
一、土的三相草图
二.试验直接测定的物理性质指标 （一）土的密度 ρ与重度γ 土的密度定义为单位体积土的质量，用 ρ表示，单位为Mg/m3 (或g/cm3 )。 表达式如下：
土的重度亦称为容重，定义为单位体积 土的重量，用γ表示，单位为 kN kN kN/m /m33。表达 式如下：
岩土工程的进展
• 从土力学到高等土力学 经典的土力学理论解决的是满足工程 精度的近似解，高等土力学囊括了设计更 为完善的土工实验，在解决土的本构模型 上引入了弹塑性力学，形成了岩土弹塑性 力学，对土体的模拟更接近真实；对于无 法求得解析解的问题引进了有限元等数值 分析方法求取数值解，形成了计算土力学。 高等土力学手段更为丰富，可以解决传统 土力学所解决不了的更加广泛的问题。
1）岩土工程的定义
岩土工程的补充定义如下：
岩土工程是土木工程中涉及岩土体的整治 、改造和利用的科学技术。
岩土工程是工程地质 勘察、基础（或
绪
本章主要内容 •岩土工程的定义 •岩土工程的重要性 •岩土工程的进展 •岩土工程的内容
论
岩土勘察规范（ GBJ50021-94）定义： 岩土工程 （Geotechnical engineering ） 是以土力学、岩石力学、工程地质学和地基 基础工程学为理论基础，以解决和处理在工 程建设中出现的所有与岩土体有关的工程技 术问题的一门地质和工程紧密结合的新专业 学科。
第二节 土的组成
一、土的三相组成
土是由固相、液相和气相三相组成的松散颗
★如果土中的孔隙全部被水 所充满，称为饱和土； ★如果孔隙全部被气体所充 满时，称为干土； ★如果孔隙中同时存在水和 空气时，称为湿土。 饱和土和干土都是二相 系，湿土为三 相系。
粒集合体。 ★固相部分即为土粉，由矿物颗粒或有机质 组成，构成土的骨架，骨架之间有许多孔隙，而 孔隙可以被液体或气体或二者共同填充。 ★水及其溶解物为土中的液相。 ★空气及其他一些气体为土中的气相。
1．土粒粒组划分 粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组； 某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与 干土总质量之比
．粒径级配曲线 2 2．粒径级配曲线 土的颗粒级配是一多项数据的指标，其表示方法常用 粒径的对数值为横坐标，小于某一粒径以下的颗粒占总土 重的百分比称为累计百分含量为纵坐标，以此做出的曲线 称为级配曲线。下图为某种土的粒径级配曲线。
• 港口码头工程中的应用
岩土工程的应用
• 海洋工程中的应用
岩土工程的范围： 岩土工程勘察 岩土工程设计 岩土工程治理 岩土工程监测 岩土工程监理
岩土工程的范围
• 工程勘察 • 地基处理
岩土工程的范围
• 基础工程
岩土工程的范围
高真空击密法
Байду номын сангаас
岩土工程的范围
• 基坑开挖 • 隧洞开挖
岩土工程的范围
• 基坑支护
四、土的气相 土的气相且指充填在土的孔隙中的气体。 含气体的土称非饱和土，非饱和土的工程 性质是比较复杂的。
量)上的比例关系，作为反映土的物理性质的指 标。这类指标统称为土的三相比例指标，也称 土的物理性质指标。 可分为两类： 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密 度和土粒比重，称为直接指标； 另一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、 孔隙率、饱和度等，称为间接指标。
土动力学
②化学风化（化学变化）。改变其原来 岩石矿物成分，形成了次生矿物。各种组 成粘性土的粘土矿物 (蒙脱石、伊利石和高 )都是次生矿物。 岭石等 岭石等) ③生物风化（有机变化）。则是动物和 植物的活动对岩石的破坏。如有机土，肥 料土。
• 土的定义： 土是各种矿物颗粒的集合体，在天然状态 下，一般为三相系，即土系由固体颗粒、水和 空气三相所组成。三者之间的相互作用以及它 们之间的比例关系，反映出土的物理性质与构 造的物理状态指标。 土的物理性质指标，又都与土的力学性质 有关，同时还可以对土进行分类和鉴定。
Cc =
(d 30 )2
d10 d60
式中：d10 10 ，d30 30 和 d60 60 为粒径分布曲 线上小于某粒径 的土粒含量分别 为10％，30 ％和60 ％时所对应的粒径。 d10 10 称为 称为限制粒径。 有效粒径； d 60 60 岩土工程研究所
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指 标，即不均匀系数 Cu和曲率系数Cc，它们的 定义为： d 60
土具有成层性。物质组成、物理化学 状态基本一致，工程性质大体相仿的同一 层土称为土层。 由若干厚度不等、性质各异、以一定上 下层序组合在一起的土层集合体称为 土体 土的基本特性 ：松散性、孔隙性、多相 性及自然变异性
• 土和其它材料一样，受力后将发生变形。如 果这种变形超过了一定的限度，就会使建筑 物损坏或不能正常使用，这类问题在土力学 中叫做变形问题。 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便 要被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。 土体的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。 研究土体是否会破坏这一类问题称为 稳定问 题，土的稳定性取决于它的强度。
Cu =
岩土工程研究所
d10
土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和 粒 径分布曲线的形状 来决定，而土粒的均匀程度和曲 线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。 Cu小，曲线陡；Cu 大，易压密； Cc过大，台阶在d10 10 ~d30 30 间； Cc过小，台阶在 d 30 ~d60 60 间；
岩土工程研究所 岩土工程研究所
第三节 土的三相比例指标
(三)自由水 弱结合水离土粒表面愈远，其受到的电分 子引力愈小，并逐渐过渡到的自由水。自由水 的性质和普通水一样，能传递静水压力。冰点 为0℃，有溶解能力。自由水按其移动所受作用 力的不同，可分为重力水和毛细水。
土力学中使用各相之间在体积上和质量 (重
岩土工程的进展
• 目前的工程热点 目前的工程热点和难点是软土问题， 特殊土（包括高原冻土、湿陷性黄土）问 题。目前，仍是实践多理论少，未有比较 完善的解决方法。 • 常用的商业软件 理正、启明星、华宁、魔根。
4）岩土工程的内容
岩体和土体的工程性质及评价 土地基和岩石地基工程 深基坑的开挖与支护 岩石边坡工程 滑坡 岩土工程防护技术
固体力学
• 数学工具引入岩土工程形成土工数值分析与计算
土工数值分析与计算（计算土力学）
离散元
无穷元
补充一：土的物理性质
• 力学工具引入岩土工程形成岩土力学
岩土力学
岩石力学（岩体力学）
思考讨论题：
岩土工程方面的知识，你能说说与我们采矿 专业的关系吗？ 我们在矿山会在哪些方面遇到岩土工程方面 的问题？
第一节 土的定义
5）岩土工程与数学及力学的关系
• 力学
工程力学
材料力学、复合材料力学 理论力学 固体力学 流体力学（液体、气体、磁流） 计算力学（数值分析与计算） 实验力学（用实验的方法和手段） 损伤力学、断裂力学 结构力学 振动力学 边界元 弹性力学、塑性力学（引入有限元等数值方法） 有限元 （ANSYS, ADINA ,ABAQUS,FLAC,MARC,PLAXIS）
岩土工程的应用
• 电力工程中的应用
岩土工程的应用
• 通信工程中的应用
岩土工程的应用
• 矿业工程中的应用
岩土工程的应用
• 石油天然气工程中的应用
岩土工程的应用
• 水利水电工程中的应用
CONCRETE PLACING
THRE E GORGE S P ROJE CT（中国三峡水利水电项目）
岩土工程的应用
γ=
W m× g = = ρ×g V V
ρ =
m m s + mw + ma = V Vs + Vw + Va
式中：W 土的重量，单位为 kN W—— —— kN ； 重力加速度。 g —— g ——
二、土的固相
土的固相主要是矿物固体颗粒。颗粒的矿物
成分，粒径的大小及所占比例，颗粒的形状，这 三项参数对土的物理性质起着决定性的作用。 (一)矿物成分 土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿 物两大类。
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★原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形 成的矿物，如石英、长石、云母等。 ★次生矿物是由原生矿物经过风化作 ★ 用后形成的新矿物，如二氧化二铝、三氧 化二铁，次生二氧化硅、粘土矿物以及碳 酸盐等。 次生矿物的水溶性、亲水性对土的性 质有极其重要的影响。