工程地质与地基基础华中科技大学土木工程学院陈洪江Tel：87541306 13476221724E-mail:Engineering geology and foundations1课程性质与教学目的课程性质与教学目的工程地质与地基基础工程地质与地基基础课程是土木工程管理专业课程是土木工程管理专业（工程项目管理方向）四年制本科生选修的一门（工程项目管理方向）四年制本科生选修的一门专专业核心基础课业核心基础课，它是由两门相互独立而相互交叉的，它是由两门相互独立而相互交叉的学科综合而成的。学科综合而成的。本课程的目的是通过教学使学生了解工程地质勘察本课程的目的是通过教学使学生了解工程地质勘察的基本内容和工作方法；学习土力学的基本知识；的基本内容和工作方法；学习土力学的基本知识；掌握一般地基基础的设计步骤、计算原理和构造要掌握一般地基基础的设计步骤、计算原理和构造要求；熟悉一般土工试验方法和常见的地基处理方法。求；熟悉一般土工试验方法和常见的地基处理方法。2绪 论主要内容9.1 本课程的研究内容9.2 地基基础的重要性9.3 本课程特点和学习方法31.工程地质 Engineering Geology2.土力学 Soil Mechanics3.岩土工程勘察 Geotechnical investgation4.基础设计 foundations design5.地基处理 ground treatment6.岩土工程概预算 budgetary estimate 一.课程内容4 基础 建筑物向地基传递荷 载的下部结构。天然地基人工地基浅基础：埋深5m 地基 承受建筑物荷载的岩土层。二地基基础的重要性 5基础工程图例6地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危的安危 !地基基础问题往往是影响投资和制约工期的主地基基础问题往往是影响投资和制约工期的主要因素，约占总造价和总工期的要因素，约占总造价和总工期的1/31/3。软土和复。软土和复杂情况要高于这个比例。桥梁占杂情况要高于这个比例。桥梁占50%50%70%70%。7 我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程 首当其冲首当其冲,因为是隐蔽工程，偷工减料容易。因为是隐蔽工程，偷工减料容易。18%以上以上新建工程为不合格工程，一般病害的新建工程为不合格工程，一般病害的 机率为机率为10%-30%基础工程中基础工程中设计失误设计失误40%,施工问题施工问题60%,包括包括 *勘探不清勘探不清 *地基基础方案不当，地基基础方案不当，*不均匀沉降不均匀沉降 *管理混乱：无照设计，偷工减料，层层转包管理混乱：无照设计，偷工减料，层层转包 回扣，技术力量不足回扣，技术力量不足8工程事故有三类：工程事故有三类：1)规范允许的破坏，如规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾自然灾害和地质灾害导致的超过设计标准的荷载害导致的超过设计标准的荷载2)对特殊情况的认识不足，对特殊情况的认识不足，基本概念不清基本概念不清楚楚3)违背违背勘察、设计、施工、管理勘察、设计、施工、管理规范规范9加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：建成后初次存放谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜27西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。工程事故工程事故101940年在软粘土地基上的某水泥仓库的倾覆地基破坏11比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m，塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，层，强度较低，变形较大变形较大。1590:1590:伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 121838-18391838-1839：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固19901990年年1 1月月:封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目目 前前:已向游人开放。处理措施比萨斜塔13三种方案都可以,要做方案的技术经济比较。杂填土杂填土软土软土天然地基Natural ground桩基 Pile好土好土地基处理地基处理Ground improvement如何设计地基基础如何设计地基基础?14地基基础设计必须满足几个条件地基基础设计必须满足几个条件：（1）强度条件强度条件(strength)：设计荷载不超过地基的承载力。（2）变形条件变形条件(deformation):地基变形量不超过规范允许值。(3)基础结构本身条件：基础结构本身条件：有足够的强度和刚度。15投资风险和效益的综合考虑投资风险和效益的综合考虑开挖是否支护,八十年代以来高层建筑大量修建，深基坑开挖比较普遍，开挖是否支护？这类问题通常是有风险有效益,因为是临时工程，投标较低，伴以事故发生，土钉支护事故率50%工程实例：1.兰旗营住宅开挖九米无支护，周围没有建筑物2.穆斯林大厦，采用地下连续墙和三排锚杆结合16穆斯林大厦基坑60cm北京外文书店穆斯林大厦17工期节约工期可以早收益。费用与效益综合考虑。王府井地区的改造，因为寸土寸金。预压固结 不做砂井，固结要2年；做砂井，只需要3个月 18 研究土体在工程建筑作用下的应力、变形和强度规律的一门学科。土力学是进行地基基础设计的理论基础。19土在工程上的作用：土在工程上的作用：作为建筑物的地基（foundationsfoundations）作为建筑材料(construct material)作为建筑物周围的介质环境(entironment)20土力学应用地基与基础土力学应用地基与基础21王府井京广广场王府井京广广场土力学应用基坑工程土力学应用基坑工程22土力学应用地铁工程土力学应用地铁工程23Hgsfjord crossing Tunnel held down by anchors and tethersLength:1400 mMax.water depth:155 mMax.depth to rock:350 m土力学应用海底隧道土力学应用海底隧道24土力学应用海洋平台土力学应用海洋平台25三.岩土工程(Geotechnical engineering)1岩土工程的定义：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。引自岩土工程勘察规范（GB50021-94）26概括为三个层次的含义：岩土工程是以岩土力学、工程地质学、地基基础工程学为基础，并与工程密切结合的综合性学科 岩土工程以岩土的利用、整治或改造作为研究内容 岩土工程贯穿于各类土木工程的勘察、设计与施工的全过程，是土木工程的组成部分 27工程地质是岩土工程分析的条件。岩土力学是定量评价的理论基础。地基基础工程设计与施工是土木工程专业的工作内容。2.岩土工程相关学科之间的关系28岩土地基工程 岩土边坡工程岩土支护工程岩土洞室工程岩土环境工程3.岩土工程类型294.岩土工程的工作内容岩土工程勘察 岩土工程设计岩土工程治理岩土工程监测岩土工程监理305.岩土工程的工作方法和手段：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数学模拟物理模拟原位测试31基础设计6.岩土工程工作的一般程序地质模型（平、剖面图）地基岩土体的地质特征、地层、岩性、地下水等条件岩土物理力学性质自重应力渗流应力地基岩土体的强度（承载力）地基岩土体变形量地基的稳定性评价与计算处理措施基底压力岩土体中的附加应力岩土体中应力强度变形稳定性评价处理设计的荷载（P）、基础形式327.与岩土相关的工程问题抗剪强度问题（稳定）变形问题渗透与渗透破坏33（1）强度问题:天然与人工边坡的滑坡地基破坏、液化 土压力与挡土结构破坏基坑与地下工程倒塌34挪威：高灵敏性土的破坏滑坡35香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，渗透力使滑动力增加，安全系数下进一步大大降低，渗透力使滑动力增加，安全系数下降。降。36香港香港香港香港19001900年建市，年建市，年建市，年建市，19771977年成立土力工程署年成立土力工程署年成立土力工程署年成立土力工程署港岛港岛港岛港岛1972 1972 Po Shan Po Shan 滑坡滑坡滑坡滑坡(20,000 (20,000 mm3 3)(67)(67 死、死、死、死、20 20 伤伤伤伤)Po Shan RoadPo Shan RoadConduit RoadConduit RoadNotewellNotewell Road Road37Early 1972 Early 1972 滑坡前滑坡前滑坡前滑坡前June 1972 June 1972 滑坡后滑坡后滑坡后滑坡后38 基坑失事的事例广州京光广场工程基本情况：长300m,宽34m,深15m。D=1.2m。悬臂式护坡桩。事故情况：先发生0.51.0m水平位移,凌晨1时,临时工棚倾入坑内,3人死亡,17人受伤。原因：悬臂太长,应加锚39广州京光广场基坑倒塌40京光广场基坑支护结构的破坏41 珠海祖国广场(与澳门相对)基坑深16.2m,地下连续墙,厚80cm.逆作法钢支撑1998年5月,墙内移,钢支撑变形过大而崩出;5月6号下午4:30,倒塌,两栋楼倒塌进基坑,5人受伤.原因:超挖及地下水42珠海祖国广场基坑垮塌淹水43广东环市东路土钉墙塌方44天河北土钉事故45液化引起的公路破坏461995年日本阪神地震中的房屋倾斜47阪神地震液化引起的储油罐倾斜48阪神地震液化引起的河道破裂49阪神地震液化引起道路塌陷50码头挡土墙之后地面由于液化而下沉51阪神地震中桩基上房屋周围填方地基液化后的沉降521999 年9月21日台湾大地震液化与地基破坏531999 年9月21日台湾大地震地表破坏541999 年9月21日台湾大地震引起山体滑坡55（2）变形问题沉降与不均匀沉降56关西机场 世界最大人工岛19861986年：年：开工开工19901990年：年：人工岛完成人工岛完成19941994年：年：机场运营机场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m57关西机场设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月