岩土工程测试与监测技术 第00章 绪论.ppt

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1、岩土工程测试技术,石家庄铁道大学 土木学院 岩土系 刘伟超 交通楼811 15081110150,1,绪论 1.1 岩土工程测试的意义和内容 1.2岩土工程测试技术现状与发展,2,岩土工程的工作对象是什么？ 工程中会发生哪些工程问题或事故？ 岩土工程测试的作用是什么？,3,（1）强度问题:,天然与人工边坡的滑坡 液化 地基破坏 土压力与挡土结构 基坑与地下工程倒塌,山体滑坡,6,7,8,金丽温高速路,锚杆框架梁加固,2015年11月13日22:50，浙江省丽水市发生山体滑坡塌方量30余万立方米，导致27户房屋被埋，遇难人数38人。,9,陕西延安甘泉黄延高速扩能工程14标段山体滑坡19人遇难！,

2、10,2010.4.25，台湾“北二高”基汐段在晴天发生史上最大的山体大滑坡意外，造成3车被埋、4人罹难,11,2010.5.23，859次旅客列车，至江西省境内沪昆铁路余江至东乡间（699700米处），发生脱线事故，机车及机后第1至9节车辆脱线，中断上下行线路行车。已造成19人死亡71人受伤。 原因：由于事发地近日连降暴雨，造成山体突然边坡。K859次列车经过处铁路上方20米是一条公路，公路上方20米处山体发生坍塌，坍塌体约8000立方米。坍塌体经公路落下，致使列车发生脱线事故。,12,2004年西合铁路膨胀土挡墙降雨失稳，列车脱轨,13,西藏易贡巨型滑坡,时间：2000年4月9日 规模：坡

3、高3330 m, 堆积体2500m、宽约 2500m，总方量=280-300106 m3 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 106 m3 地质：风化残积土。 险情：湖水以每日0.5 m速度上升。,14,高程（m）,滑距（m）,滑坡堆积体,2210m,易 贡 藏 布,2264m,5530,2200,4000,0,8000,4000,易贡巨型高速滑坡剖面示意图,2000,6000,2340m,扎 木 弄 沟,15,易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图,易贡滑坡堰塞湖,堆积体,16,17,湖水每天上涨50cm！,18,香港宝城滑坡,1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山

4、坡上下滑，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塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,原因： 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，安全系数下降。,19,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,20,Early 1972 滑坡前,21,地基破坏,22,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,23,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月装谷物，

5、10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 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59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。,24,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,凌晨一时,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,25,广州京光广场基坑倒塌,26,京光广场基坑支护结构的破

6、坏,27,万亨大厦基坑倒塌,万亨大厦位于北京东二环，是一22层框剪结构商业办公楼， 坑壁附近有：地铁线路、高层塔楼、多层居民楼等，基础埋深17.72m，采用复合土钉墙支护。 2003年4月23日晚至24日晨倒塌。当时正值“非典”紧张时期，倒塌后，有关部门要求立即填满基坑，附近楼房清空，损失上亿元。,28,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,珠海祖国广场,29,珠海祖国广场,30,广东环市东路土钉墙塌方,31,土钉事故,32,

7、基坑护坡桩破坏,33,上海轨道交通四号线越江隧道工程 (一)工程概况,浦东南路站南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目轨道交通四号线工程的一个重要组成部分。浦东南路站到南浦大桥站区间隧道上行线长2001M，下行线长1987M，其中江中段440M。区间隧道顶最大埋深为37.7M，隧道中心线水平距离为10.984M，隧道最大坡度为3.2%。,34,盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防汛墙、外马路、文庙泵站、音像制品批发交易市场进入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行线逐渐由水平同向推进转为垂直同向推进直至浦西南浦大桥站。 图中用深颜色表示的就是本次事故的发生区域。,风井,35,工 程 地 质

8、,从地质报告中可知道在30M深度以下，地层为第七层(1层、2层)，该土层砂性重，透水性好，易液化。联络通道位于第七土层，同时该土层为上海第一承压水层，承压水最高水位为地面以下7.58M，最高水头为21.7M。,36,(一)险情情况,7月1日,凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。,6：00，音像楼发生明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。,7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加快。文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明显沉陷。,9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。,15：00以风井为中心的地面沉陷加快，并逐

9、步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩展到董家渡路、中山南路、外马路、防汛墙。,20:00，防汛墙也开始出现裂缝，沉降进一步发展。,37,7月2日-3日，隧道险情在进一步发展和扩大,隧道内继续大量进水，水位上涨速度较快。管片损坏程度进一步扩展，并有管片连接螺栓绷断，响声传出。,地面沉陷的范围和深度在进一步扩大，以风井为中心的地面从沉陷漏斗发展成塌陷区，最深达4m，临江大厦门口地面塌陷最深处约2m，董家渡路沉陷达1，中山南路明显下沉，地面开裂发展加快。,音像市场倾斜加剧，楼板断裂；文庙泵站发生突沉；临江花苑大厦沉降速率加快，沉降量达12.2mm，地下室出现裂缝。,河床严重扰动、下沉、滑移，近30m防汛墙倒塌

10、，近70m防汛墙结构严重破坏，黄浦江水冲向风井，并由风井进入地下隧道，加剧险情发展。,临江花苑门口地面塌陷,文庙泵站突沉,38,事故现场,39,工程事故调查结论,工程责任事故定性，直接经济损失1.5亿。 施工单位（北京中煤矿山工程公司）未经规定程序调整施工方案； 险情征兆出现以后未能采取及时有效措施； 现场管理人员违章指挥，擅自凿洞直接导致事故发生； 总包单位（上海隧道工程股份有限公司）管理失控； 监理单位（上海地铁咨询监理科技有限公司）现场监理失职,40,事故原因,（1）冻结法施工方案调整缺陷： 降低对冻土平均温度要求：10 C8 C 制冷量不足：未考虑夏季施工损失； 冻结管数量减少（242

11、2），长度缩短25m-16m),41,事故原因,（2）在冻结条件不太充分情况下进行开挖： 要求冻结时间50天，实际43天； 6月24日回路温差大于要求,42,事故原因,（3）施工单位对于险情征兆没有采取有效措施： 压力水流出 土温上升 水压力达到承压水压力没有紧急止水措施，没向隧道公司和监理公司汇报；,43,事故原因,（4）中煤上海分公司严重违章，擅自凿洞； （5）监理公司现场监理人员失职： 仅在6月25日、30日下井两次： 29、30日日记：“各项工作均正常” （6）隧道公司现场管理人员失职：247月1日，质量员一次也未到工作面，2830日记 “一切正常”,44,处理建议,中煤上海分公司：项

12、目经理、副经理移送司法机关；总工（副经理）行政撤职；上机单位主要负责人领导责任； 隧道公司：项目经理、技术负责人移送司法机关；质量员记大过；副总经理撤职；总经理撤销党内职务；上机机关领导责任（记大过） 地铁监理公司：总监代表、经理移送司法机关；上机机关领导责任（记大过）,45,(一)专家对抢险措施效果评估,1、隧道封堵墙和向隧道内灌水达到水土压力平衡，对防止隧道塌陷范围扩大起到了关键作用。,2、各项针对性的加固措施有效补充了地层损失，使地面变形趋于稳定。,3、在中山南路下隧道中加混凝土封堵塞，有效隔断沉降槽向西南方向发展。,46,4、风井封闭有效阻止了地表水进入隧道。,5、通过加强物探，基本摸

13、清隧道破坏程度和范围。,6、沉降槽的及时回填平整了场地，为后续注浆加固提供了场地条件。,47,地震与砂土的液化,48,砂土液化,49,液化引起的公路破坏,阪神地震中的液化引起的储油罐倾斜,阪神地震液化引起的河道破裂,道路由于液化而塌陷（阪神地震）,码头挡土墙之后地面由于液化而下沉,54,阪神地震中桩基上房屋周围填方地基液化后的沉降,55,1999 年9月21日台湾大地震,液化与地基破坏,56,57,58,59,挪威：高灵敏性土的破坏滑坡,60,（2） 变形问题 沉降与不均匀沉降,61,比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5 1360：再复

14、工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工,原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,62,比萨斜塔,1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。,处理措施,63,关西机场 世界最大人工岛,1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m

15、1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,64,关西机场,设计时预测沉降： 5.77.5 m 完成时实际沉降： 8.1 m，5cm/月 (1990年) 预测主固结完成： 20年后 比设计超填： 3m,问题： 沉降大且有不均匀沉降,65,墨西哥某宫殿， 左部分建于1709年； 右部分建于1622年。沉降达2.2米， 存在明显的沉降差。,66,由相邻建筑物引起的沉降破坏,67,膨胀土地基上建筑物的开裂,68,（3）渗透与渗透破坏,流土、管涌与其它,69,建于1989年 71米高 265米长 1993年8月7日垮坝 死亡300余人,渗透破坏: 青海沟后水库的溃口,Teton坝（美国）,

16、概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路,原因： 渗透破坏水力劈裂,71,Teton坝,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,72,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加,73,Teton坝,11:30 洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。,74,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton坝,75,11:5

17、7 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,76,12：00过后 坍塌口加宽,Teton坝,77,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,78,1998洪水,1998年洪水中各种险情6000余处,79,九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,80,1998年九江溃堤抢险,81,(a)管涌,(b)散浸,(e)塌坡,(g)漫顶,(c) 滑坡,(d) 空洞,(f)崩岸,隐患与险情,82,管涌,83,流土,8

18、4,路基路面破坏,85,崩岸,86,1998年石首崩岸,87,1.1 岩土工程测试的意义和内容,1.1.1 岩土工程测试的意义 岩土工程测试就是对岩土体的工程性质进行观测和度量，得到岩土体的各种物理力学指标的试验工作。 （1）岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要，而且在岩土工程理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用，测试处于基础地位。理论分析、室内外测试和工程实践是岩土工程分析三个重要的方面。理论分析指导工程实践，而测试又是理论分析的基础。 （2）岩土工程测试技术是保证岩土工程设计的合理性的重要手段。 材料性能测试 （3）岩土工程测试技术是大型岩土工程信息化施工的保障，现场测试已

19、经成为岩土工程施工不可分割的重要组成部分。 现场检测、监测 （4）岩土工程测试技术是保证大型重要岩土工程长期安全运行的重要手段。,88,1.1.2 岩土工程测试的内容,1.1.2.1室内试验技术 室内试验主要有土的物理力学指标室内测试试验、岩石的物理力学指标室内测试试验、利用相似材料完成的岩土工程模型试验和采用数值方法完成的数值仿真试验。 （1）土的室内实验在土力学和土动力学中进行讲解，主要试验有：土的含水率试验、土的密度试验、土粒比重试验、土的颗粒分析试验、土的界限含水率试验、砂的相对密度试验、击实试验、承载比试验、回弹模量试验、渗透试验、固结试验、黄土湿陷试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度

20、试验、直接剪切试验、反复直剪强度试验、土的动力特性试验、自由膨胀率试验、膨胀率试验、膨胀力试验、收缩试验、冻土密度试验、冻土温度试验、未冻含水率试验、冻土导热系数试验、冻胀量试验和冻土融化压缩试验。,89,（2）岩石的室内实验在岩石力学中进行讲解，主要试验有：含水率实验、 颗粒密度实验、块体密度实验、吸水性实验、渗透性实验、膨胀性实验、耐崩解性实验、冻融实验、岩石断裂韧度测试实验、单轴压缩强度和变形实验、三轴压缩强度和变形实验、抗拉强度实验、 直剪强度实验、点荷载强度实验。 （3）相似材料模型试验主要在模型试验中进行讲解。该试验采用相似理论，用与岩土工程原型力学性质相似的材料按照几何常数缩制成

21、室内模型，在模型上模拟各种加载和开挖过程，研究岩土工程的变形和破坏等力学现象。模型试验种类繁多，主要试验有：岩土工程开挖施工过程围岩破坏规律试验、岩土工程加固机理研究、地下工程开挖引起的地表损害规律研究、岩爆机理研究、地下洞室群支护设计优化分析、离心模型试验、光弹模型试验等。 (4)数值仿真试验主要在有限单元法等课程中进行讲解。数值仿真试验利用计算机进行岩土工程问题的研究,具有可以模拟大型岩土工程、模拟复杂边界条件、成本低、精度高等特点。岩土工程数值仿真试验主要的数值方法有：有限元法、离散元法、有限差分法、不连续变形法、颗粒流法、流形单元法、无单元法等,90,1.1.2.2原位测试试验技术,在

22、原位测试方面，地基中的位移场、应力场测试，地下结构表面的土压力测试，地基土的强度特性及变形特性测试等方面是研究的重点。原位测试技术可以分为土体的原位测试试验和岩体的原位测试试验两类。 （1）土体的原位测试试验。主要有：静载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、轻便触探试验、十字板剪切试验、现场直剪试验、地基土动力特性原位测试试验、场地土波速测试、场地地微震观测、循环荷载板试验、地基土刚度系数测试、振动衰减测试、旁压试验、扁铲侧胀试验等。 （2）岩体的原位测试试验主要有：地应力测试、弹性波测试、回弹试验、岩体变形试验、岩体强度试验等。,91,1.1.2.3 现场监测技术,现场监测技术在水电工程大型

23、地下厂房群、城市地铁建设中的车站及区间隧道、大型城市地下空间、复杂条件下矿山巷道、大断面隧道、高陡边坡加固等工程施工中，由于信息法施工的普及，现场监测成为保证上述工程安全施工的重要手段。 （1）岩土工程现场监测涉及的领域众多 （2）岩土工程现场监测的分类 按开展监测的时间：施工期监测和运营期监测。 按监测的建筑物类型：大坝监测、地下洞室监测、隧道监测、地铁监测、基坑监测、边坡监测、支档结构监测等。 按影响因素：对人类工程活动进行的监测、自然地质灾害监测，如滑坡、崩塌等。 按监测物理量的类型：变形监测、应力（压力）应变监测、渗流监测、温度监测和动态监测等。 按监测变量：原因量和效应量监测。原因量

24、即环境参量，由于它们的变化引起建筑物性态的变化；效应量是建筑物对原因量变化而产生的响应。,92,颗粒分析试验,93,土的密度试验,94,土的含水率试验,95,土粒比重试验,96,土的界限含水率试验,97,砂的相对密度试验,98,击实试验,99,承载比试验,100,压缩试验,101,渗透试验,102,三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验,103,直接剪切试验、反复直剪强度试验,104,单轴压缩强度、抗拉强度、点荷载强度实验,105,离心机模型试验,106,数值建模,107,静载荷试验,108,静力触探试验,109,标准贯入试验,110,十字板剪切试验,111,旁压试验试验,112,岩体弹性波测试,1

25、13,114,115,1.2岩土工程测试技术现状与发展,1.2.1 发展现状 （1）新的测试设备不断出现，如采用全站仪进行表面水平位移观测，梁式倾斜仪进行深层侧向位移观测，采用磁环式沉降仪进行分层沉降观测。 （2）大型工程的自动监测系统不断出现，如软基加固、公路路基、基坑支护等工程现场监测很多采用了先进的实时自动化监测 （3）一系列新兴技术用于岩土工程测试中，如光纤维传感技术在岩土工程现场监测 。,116,（4）监测数据的分析和反馈技术提高迅速。先进的三维地质建模软件、数据库系统，数据挖掘和专家系统等都在逐步应用。 （5）国内很多地方对实行“第三方监测”进行了探索和实践，实施城市地下工程施工“

26、第三方监测”是保证施工安全和工程质量十分重要的举措，有效地避免了施工过程中可能发生的事故。 （6）对于大型重要的岩土工程，监测不仅在施工过程中开展，而且在运营过程中也要进行，岩土工程的运营期间的长期健康监测系统的建立研究已经发展为岩土工程领域的重要课题之一。,117,1.2.2 发展趋势,（1）国产的岩土工程现场监测仪器的信息化程度较低，急需对先进的国外监测仪器进行消化吸收，提高国产化率，减低监测仪器的成本。 （2）发展岩土工程施工自动监测系统，提高监测的可靠性，同时应降低自动监测系统的造价，便于广泛使用。 （3）研制施工期监测信息预测预报系统软件。 （4）积极发展第三方监测，全面提高地下工程安全施工的水平。,118,课程安排,理论学时：24 实验学时：24 期末考试：闭卷考试 分值比例：理论：实验=7：3,119,