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【摘要】我国工程地质勘察专业经过近二十年的努力,已实现了向岩土工程勘察方向发展,技术人员的知识得到了更新换代,岩土工程技术不管从勘探手段、测试设备、试验仪器、计算机技术的应用还是技术人员知识的广度和深度都有了很大的提高,促进了地质学和岩土力学理论为基础的近代工程地质的发展。
【关键词】地质分析；工程地质勘察
前言
目前工程地质勘查行业在我国还处于起步阶段,岩土工程勘察中存在一些问题亦难免,为此岩土工程的发展应注意如下方面:(1)要大力采用新技术、新设备及新方法,以保证岩土工程的质量和进度,使之能在激烈的市场竞争中取胜。(2)加强与建筑设计单位及施工单位的合作,力求做到勘察、设计及施工一体化。(3)加强技术上和体制上的立法工作,使岩土工程逐步规范化、系统化。(4)加强计算机技术在岩土工程中的应用研究,当前岩土工程正朝规范化、标准化方向发展。岩土工程问题日趋复杂,传统的岩土工程方法,已难以适应发展的需要,因此,利用计算机技术对岩土工程的各项工作进行科学、系统的管理,以提高工作的效率而且还可以节省大量人力和物力。
1、原则
1.1岩土参数问题:主要是那些难于取到原状岩土样和难于进行室、内外试验的岩土层即粗颗粒土、残积土和风化岩等。其岩土设计参数难于确定。应采用整理后的试验值作为标准值,再根据水工建筑物地基或围岩的工程地质条件进行调整,提出地质建议值,当采用结构可靠度分项系数及极限状态设计方法时,岩土性能的标准值宜根据岩土试验性能的概率分布的某一分位值来确定。
1.2土的物理力学性质参数地基渗漏系数采用室内试验或抽水试验的大值平均值作为标准值;用于水位降落、排水计算宜用小平均值,供水工程计算可用平均值。粘性土地基,f/可采用室内饱和固结快剪90％,c可取20～30％,对于砂性土,f采用85％～90％,不计c值;土的抗剪强度宜采用试验峰值的小平均值作为标准值;软土宜用流变值。
1.3岩体的物理力学性质参数当试件呈脆性破坏时,坝基抗剪强度取值。拱坝应采用峰值强度的平均值作为标准值;重力坝应采用概率分布的0.2分位值作为标准值或采用峰值强度的小值平均值,或采用优定斜率法的下限作为标准值。抗剪强度采用比例极限强度作为标准值。当试件呈塑性破坏时,以其屈服强度作为标准值,并考虑时间效应,并按流变影响进行折减。
总体变形指标应根据岩体实际承受工程作用力方向和大小进行原位试验,并采用压力——变形曲线上建筑物最大荷载下相应的变形关系选取标准值。
1.4结构面的抗剪强度当结构面试件的凸起部分被啃断或胶结充填物被剪断时,采用峰值强度的小平均值作为标准值。当结构面试件呈磨擦破坏时,应采用屈服强度或流变强度作为标准值。
1.5软弱层、断层的抗剪强度,当试件呈塑性破坏时,应采用屈服强度或流变强度为标准值当试件粘粉含量大于30％或有泥化镜面或粘土矿物的蒙脱石为主时,应采用流变强度作为标准值。在固结剪切中,峰值与流变折减系数为0.8,屈服值与流变折减系数为0.93,其剪切带屈服值相当于峰值60％～70％。
1.6斜坡稳定计算参数岩质边坡潜在的滑动面的抗剪强度可取峰值强度;古滑坡或多次滑动面的抗剪强度可取残余强度。
2、方法
2.1抗剪断强度试验资料整理分析方法
(1)检查原始试验资料,论证各试点峰值抗剪强度;(2)点绘原始资料水平位移—剪应力—垂直位移曲线;(3)确定抗剪强度特征值;对于脆性破坏型的砼／基岩抗剪,采用前端剪胀点作为砼／基岩胶结面不开裂的控制点,确定为近似比例极限。(4)依据大剪试验剪面地质素描图,分析多试点情况,确定剪切类型,点绘σ-τ关系曲线,分别整理单组及分类的抗剪强度指标。
2.2岩体变形特征试验资料分析整理方法
(1)检查原始资料,判断多级压力下变形是否稳定;(2)对最后一级压力下变形值进行修正,确定变形稳定值;(3)采用某级荷载下回弹线延长近似计算弹性模量,解决部分试点由于卸荷至零点荷载扳脱离而造成的弹性变形不确切的问题。
2.3优定斜率法
(1)优定斜率法的基本思路。尊重岩体的结构特征,不搞机械式的分解和装配,对组成岩体抗剪强度参数的两个随机变量f、c,利用其稳定性的差异和相关性,按先易后难的原则,先优定f,再求其c,建立参数取值较科学程度,习题减少主观随意性。其内容和步骤包括以下几个方面。
①岩体力学测试研究,成果整理分析和参数选取均建立在岩体工程地质分级基础上;②加强现场试验点和剪切面具体结构条件的调查、统计和分析;③注意岩体变形、破坏机理的研究,重视测试成果与试点地质条件对应关系的分析;④通过分析后,先优定各岩级摩擦系数;⑤在此基础上分别求出多各级相应斜率的凝聚力值。
(2)斜率优定的方法。①综合分析法:首先分析岩石在三維状态下的强度特征,探索内摩擦角的变化规律,再根据各岩级试验成果绘制τ-δ关系图,从其点群分布的总趋势和,并注意岩级试点应力——应变关系所显示的特点,以及个别离散度试点的代表性,大致确定出点群上、下包线的斜率,最后参考工程实践经验,综合分析确定各岩级的斜率;②公式计算法(岩体破坏经验准则推求法)大量资料表明:库伦强度准则中的摩擦系数应理解为:在最大正应力下的瞬时摩擦系数综合值,因此,根据坝基岩体可能达到的应力水平,确定此应力区段骨的全部瞬时摩擦系数的平均值,以此作为摩擦系数的优定值,并按经验破坏准则导出各岩级的优定内摩擦角。
2.4统计和概率方法
统计和概率方法是建立在足够有效的数据采集的基础上,根据这些数据样本求得统计学特征和经验概率分布,再由统计推断获得参数的理论概率分布函数的一种方法。
3、岩土力学参数的内容
3.1地下洞室岩体物理力学参数内容
中小型水利水电工程地质勘察经验汇编提出围岩主要物理力学参数有:密度γ、凝聚力c、内摩擦角φ、变形模量E0、泊桑比μ。
各个地勘报告提出一下洞室岩体力学参数内容是不一致的,而不同功能的隧洞设计使用指标是不一致的,大跨度地下厂房、地下洞室合作的指标也有不同。因此,地下洞室岩体力学参数必须根据水工建筑物结构、功能提出满足设计使用的指标。
3.2大坝地基岩体物理力学参数的内容
在阅读我们的地勘报告中,大坝地基岩体物理力学参数的内容也存在一定差异,但总的内容是一致的。其主要指标、岩体抗剪强度、地基承载力、变形指标、软弱夹层抗剪指标,但这些指标有个共同特点,指标基本相同,没有根据地质环境分析评价,特别是软弱夹层指标,很多是无试验资料,都是所谓的“类比”。
4、结语
随着现代各种勘察测试技术的应用的日益推广,促进了地质学和岩土力学理论为基础的近代工程地质的发展。在地质勘察工作中要根据具体的地质环境,进行认真细致的地质分析,并与岩土力学理论和实践紧密结合加以分析,得出可靠的可供设计使用的岩土力学参数
【关键词】地质分析；工程地质勘察
前言
目前工程地质勘查行业在我国还处于起步阶段,岩土工程勘察中存在一些问题亦难免,为此岩土工程的发展应注意如下方面:(1)要大力采用新技术、新设备及新方法,以保证岩土工程的质量和进度,使之能在激烈的市场竞争中取胜。(2)加强与建筑设计单位及施工单位的合作,力求做到勘察、设计及施工一体化。(3)加强技术上和体制上的立法工作,使岩土工程逐步规范化、系统化。(4)加强计算机技术在岩土工程中的应用研究,当前岩土工程正朝规范化、标准化方向发展。岩土工程问题日趋复杂,传统的岩土工程方法,已难以适应发展的需要,因此,利用计算机技术对岩土工程的各项工作进行科学、系统的管理,以提高工作的效率而且还可以节省大量人力和物力。
1、原则
1.1岩土参数问题:主要是那些难于取到原状岩土样和难于进行室、内外试验的岩土层即粗颗粒土、残积土和风化岩等。其岩土设计参数难于确定。应采用整理后的试验值作为标准值,再根据水工建筑物地基或围岩的工程地质条件进行调整,提出地质建议值,当采用结构可靠度分项系数及极限状态设计方法时,岩土性能的标准值宜根据岩土试验性能的概率分布的某一分位值来确定。
1.2土的物理力学性质参数地基渗漏系数采用室内试验或抽水试验的大值平均值作为标准值;用于水位降落、排水计算宜用小平均值,供水工程计算可用平均值。粘性土地基,f/可采用室内饱和固结快剪90％,c可取20～30％,对于砂性土,f采用85％～90％,不计c值;土的抗剪强度宜采用试验峰值的小平均值作为标准值;软土宜用流变值。
1.3岩体的物理力学性质参数当试件呈脆性破坏时,坝基抗剪强度取值。拱坝应采用峰值强度的平均值作为标准值;重力坝应采用概率分布的0.2分位值作为标准值或采用峰值强度的小值平均值,或采用优定斜率法的下限作为标准值。抗剪强度采用比例极限强度作为标准值。当试件呈塑性破坏时,以其屈服强度作为标准值,并考虑时间效应,并按流变影响进行折减。
总体变形指标应根据岩体实际承受工程作用力方向和大小进行原位试验,并采用压力——变形曲线上建筑物最大荷载下相应的变形关系选取标准值。
1.4结构面的抗剪强度当结构面试件的凸起部分被啃断或胶结充填物被剪断时,采用峰值强度的小平均值作为标准值。当结构面试件呈磨擦破坏时,应采用屈服强度或流变强度作为标准值。
1.5软弱层、断层的抗剪强度,当试件呈塑性破坏时,应采用屈服强度或流变强度为标准值当试件粘粉含量大于30％或有泥化镜面或粘土矿物的蒙脱石为主时,应采用流变强度作为标准值。在固结剪切中,峰值与流变折减系数为0.8,屈服值与流变折减系数为0.93,其剪切带屈服值相当于峰值60％～70％。
1.6斜坡稳定计算参数岩质边坡潜在的滑动面的抗剪强度可取峰值强度;古滑坡或多次滑动面的抗剪强度可取残余强度。
2、方法
2.1抗剪断强度试验资料整理分析方法
(1)检查原始试验资料,论证各试点峰值抗剪强度;(2)点绘原始资料水平位移—剪应力—垂直位移曲线;(3)确定抗剪强度特征值;对于脆性破坏型的砼／基岩抗剪,采用前端剪胀点作为砼／基岩胶结面不开裂的控制点,确定为近似比例极限。(4)依据大剪试验剪面地质素描图,分析多试点情况,确定剪切类型,点绘σ-τ关系曲线,分别整理单组及分类的抗剪强度指标。
2.2岩体变形特征试验资料分析整理方法
(1)检查原始资料,判断多级压力下变形是否稳定;(2)对最后一级压力下变形值进行修正,确定变形稳定值;(3)采用某级荷载下回弹线延长近似计算弹性模量,解决部分试点由于卸荷至零点荷载扳脱离而造成的弹性变形不确切的问题。
2.3优定斜率法
(1)优定斜率法的基本思路。尊重岩体的结构特征,不搞机械式的分解和装配,对组成岩体抗剪强度参数的两个随机变量f、c,利用其稳定性的差异和相关性,按先易后难的原则,先优定f,再求其c,建立参数取值较科学程度,习题减少主观随意性。其内容和步骤包括以下几个方面。
①岩体力学测试研究,成果整理分析和参数选取均建立在岩体工程地质分级基础上;②加强现场试验点和剪切面具体结构条件的调查、统计和分析;③注意岩体变形、破坏机理的研究,重视测试成果与试点地质条件对应关系的分析;④通过分析后,先优定各岩级摩擦系数;⑤在此基础上分别求出多各级相应斜率的凝聚力值。
(2)斜率优定的方法。①综合分析法:首先分析岩石在三維状态下的强度特征,探索内摩擦角的变化规律,再根据各岩级试验成果绘制τ-δ关系图,从其点群分布的总趋势和,并注意岩级试点应力——应变关系所显示的特点,以及个别离散度试点的代表性,大致确定出点群上、下包线的斜率,最后参考工程实践经验,综合分析确定各岩级的斜率;②公式计算法(岩体破坏经验准则推求法)大量资料表明:库伦强度准则中的摩擦系数应理解为:在最大正应力下的瞬时摩擦系数综合值,因此,根据坝基岩体可能达到的应力水平,确定此应力区段骨的全部瞬时摩擦系数的平均值,以此作为摩擦系数的优定值,并按经验破坏准则导出各岩级的优定内摩擦角。
2.4统计和概率方法
统计和概率方法是建立在足够有效的数据采集的基础上,根据这些数据样本求得统计学特征和经验概率分布,再由统计推断获得参数的理论概率分布函数的一种方法。
3、岩土力学参数的内容
3.1地下洞室岩体物理力学参数内容
中小型水利水电工程地质勘察经验汇编提出围岩主要物理力学参数有:密度γ、凝聚力c、内摩擦角φ、变形模量E0、泊桑比μ。
各个地勘报告提出一下洞室岩体力学参数内容是不一致的,而不同功能的隧洞设计使用指标是不一致的,大跨度地下厂房、地下洞室合作的指标也有不同。因此,地下洞室岩体力学参数必须根据水工建筑物结构、功能提出满足设计使用的指标。
3.2大坝地基岩体物理力学参数的内容
在阅读我们的地勘报告中,大坝地基岩体物理力学参数的内容也存在一定差异,但总的内容是一致的。其主要指标、岩体抗剪强度、地基承载力、变形指标、软弱夹层抗剪指标,但这些指标有个共同特点,指标基本相同,没有根据地质环境分析评价,特别是软弱夹层指标,很多是无试验资料,都是所谓的“类比”。
4、结语
随着现代各种勘察测试技术的应用的日益推广,促进了地质学和岩土力学理论为基础的近代工程地质的发展。在地质勘察工作中要根据具体的地质环境,进行认真细致的地质分析,并与岩土力学理论和实践紧密结合加以分析,得出可靠的可供设计使用的岩土力学参数