岩土工程主要内容(6篇)
时间:2024-11-10
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关键词:岩土力学本科教学教学大纲
引言
岩土力学(Geomechanics)是土木工程、水利工程以及交通工程等工程学科中一门重要的专业基础课[1]。在使学生获得有关岩土力学学科的基本理论、基本知识的和基本技能的同时,岩土力学课程还将为后续课程(如地基基础与地基处理、岩土工程设计、地下空间开发等专业课程)提供岩土力学基本知识,也为从事岩土科学技术的专门研究奠定必要的理论基础。教学大纲是教师编写教案以及教学的主要依据,同时也是检查和评定学生学业成绩和衡量教师教学质量的重要标准,其在整个课程体系建设及教学质量评价中都占据极为重要的地位[2]。本文第一作者曾在澳大利亚纽卡斯尔大学(TheUniversityofNewcastle,Australian,简称UoN)从事博士后研究,第二作者也曾作为访问教授在纽卡斯尔大学从事合作研究,有机会学习了该校在岩土力学课程教学大纲编制上的特色。[1]
本文首先介绍了纽卡斯尔大学岩土力学教学大纲,对教学目的、教学内容、先修课程及教学方法、考核方式等内容进行了重点阐述。随后,从教学内容的新颖性、计算机应用的广泛性、实验教学的深入性等三个方面对其教学大纲的特色进行了分析,并对我国岩土力学的教学大纲修订提出了借鉴意见。[2]
一、UoN本科岩土力学教学大纲简介
1.1教学目的
岩土力学-1的教学目的:从工程角度识别和理解土和岩石的物理、化学特性;理解工程地质的基本概念,并了解如何将其应用到土木工程实践中;理解有效应力原理及其在岩土力学和岩土工程设计中的应用;掌握利用达西定律和渗流理论计算水在饱和土体中的流速;理解软土的一维固结理论;掌握对土中应力及变形特性的评价,并能引入沉降和固结的概念;掌握利用室内和现场试验对土和岩石的基本特性进行阐述的能力;
岩土力学-2教学目的:理解摩擦性材料的摩尔-库伦破坏准则及其在岩土工程设计中的应用;理解土体的抗剪强度及强度参数;初步了解临界状态岩土力学理论;应用强度破坏准则来分析条形基础、垫式基础、重力式挡土墙以及边坡稳定性;通过室内试验进一步加强对土体强度的认识和理解。[3]
1.2教学内容
作为岩土力学和岩土工程的入门课程,岩土力学-1的主要教学内容包括:土和岩石的物理特性及分类方法;土和岩石的指标特性;岩体的性质;岩石的结构;场地测绘;土的分类;风化作用;粘土的胶结作用;土壤化学;土体内部的毛细作用、渗流及流网;有效应力原理;土体的沉降、固结及压实。
岩土力学-2的主要教学内容则包括:强度准则;应用有效应力原理对土或岩石的强度特性进行评估;土体的摩尔-库伦强度理论;土体的抗剪强度;临界状态岩土力学;基础及地下连续墙的设计;土的抗震性能;边坡稳定性。
1.3先修课程及教学方法
岩土力学-1的先修课程为工程力学基础和材料力学,其教学方法主要包括课堂讲授、室内试验及现场试验。岩土力学-2则是在岩土力学-1的基础上开设,与岩土力学-1相比,其教学方法中增加了课后辅导的环节,通过选聘优秀的博士研究生担任课程助教,提高对学生答疑的数量和质量。
1.4考核方式
岩土力学-1的成绩评定主要包括:课后大作业,即在整个教学过程中,要求学生完成3个关于岩土力学计算方面的大作业;室内试验的平时考核,即在每一节室内试验课上,对每一个学生的实验表现进行成绩评定;室内试验的期末考试,即在学期末要求学生能够独立完成主要土工试验的操作;现场试验报告,即在学期中开展的现场勘察与试验后,对学生完成的现场试验报告进行评价;期终考试,以闭卷形式进行,题型多样,全面考察学生对岩土力学-1课程中核心知识的掌握和理解。
相对而言,岩土力学-2的考核方式较为简单,包括室内试验报告和期终考试两部分,其中期终考试仍以闭卷形式进行。
二、UoN本科岩土力学教学大纲特色分析
2.1教学内容新颖
纽卡斯尔大学岩土力学课程在重视基础知识讲授的同时,还对学科前沿知识进行介绍,其中最突出的表现就是对临界状态土力学的讲授。作为现代土力学的基石,土的临界状态理论和剑桥模型由土力学中著名的剑桥学派提出并建立,其提供了一个统一的理论框架用于描述和预测土的变形和破坏行为,将土的弹性和塑性变形及土的强度有机地联系起来,建立了土的最基本的关系,即土的本构关系。临界状态的概念最早由Roscoe等于1958年[3]提出,随后,原始剑桥模型[4]于1963年建立,并在1968年建立了修正剑桥模型[5]。土的临界状态及剑桥模型,为现代土力学的诞生和发展奠定了基础。然而,在我国的本科岩土力学教学内容中,这一部分的内容则很少被提及,仅有极个别土力学教材单列篇章进行详细介绍[6]。因此,在今后的教学过程中,应加强对土的临界状态及剑桥模型的讲授,强化学生对土的本质特征的了解。
在讲授土的组成、结构及基本力学特性时,纽卡斯尔大学还对非饱和土力学做一些简单介绍。作为当前国际岩土力学界的一大研究热点问题,非饱和土力学近年来受到越来越多研究者的关注。而我国对非饱和土的研究起步相对较晚,目前尚未有独立的教材,在岩土力学的教学过程中也很少涉及。但随着理论研究的深入和实际工程的需要,非饱和土力学的重要性逐渐被相关教学工作者认识并接受。在今后的教学过程中,应逐步引入对非饱和土力学中一些基本概念的介绍。
此外,纽卡斯尔大学的岩土力学课程还包括了关于土壤化学的内容。近些年来,随着环境问题的日益突出,环境岩土问题也备受关注,例如城市垃圾填埋场建设与安全运营、高放核废料地质储存等工程中,都涉及到土壤化学的内容。岩土力学的教学也应紧跟科学和工程发展的前沿,将该部分内容逐渐纳入到教学内容中。
2.2重视计算机的应用
纽卡斯尔大学土木工程系建有澳大利亚岩土科学与工程国家研究中心(CGSE),其在计算岩土力学领域的研究一直处于世界领先水平。在岩土力学的教学环节中,纽卡斯尔大学也非常重视介绍计算机在岩土力学中的应用,鼓励学生尝试使用商业计算机软件或者开放的计算机程序进行一些土力学问题的计算。通过计算机强大的计算能力与传统经验公式计算的对比,激发学生的学习热情和科研兴趣,为他们以后进一步深造奠定基础。此外,在进行土力学室内试验教学时,纽卡斯尔大学还鼓励学生通过自行开发计算机控制程序,来对试验过程进行计算机控制,例如通过计算机程序实现对试验中材料特性、初始条件、边界条件以及应力路径的设定与控制。[4]
反观我国当今的土力学教材及教学内容,大都基于经验公式进行计算,对计算机在岩土力学中的应用介绍较少,在计算机快速发展的当今社会,应鼓励学生使用计算机来解决一些土力学中的问题。[5]
2.3实验教学比重大
岩土工程是一门实践性很强的学科,各种试验测试占据重要地位。在岩土力学课程中,无论是室内试验还是现场试验,都是整个课程体系建设的重要组成部分。纽卡斯尔大学的岩土力学课程教学大纲中,实验教学占有相当大的比重,其中室内试验涵盖了基本的土工试验。在教学手段上,室内试验实行小班教学,并由相关专业的博士研究生担任助教,在实验演示完毕后,每位学生都需要进行独立地操作,并且由助教对每位学生的表现进行打分,作为该门课程期末成绩的组成部分。在学期期末,还将针对室内试验部分进行专门的考试,考查学生对试验的掌握及动手操作能力,其成绩也将在期末总成绩中占有一定的比重。除了室内试验之外,纽卡斯尔大学的岩土力学教学大纲中还设置了现场试验环节,组织学生到现场开展土力学现场试验,从而增强学生对土性的认识以及对土的工程应用的了解。现场试验教学环节之后,每位学生都要求完成相应的实验报告,报告的完成质量与得分也将作为期末成绩的组成部分。[6]
三、结语
本文介绍了澳大利亚纽卡斯尔大学的本科岩土力学教学大纲,从教学目的、教学内容、先修课程及教学方法、考核方式等方面对其进行了阐述。基于此,对其对其教学大纲的特色进行了分析,着重探讨了其教学内容上的新颖性、计算机在教学中应用程度高以及实验教学比重大等几方面的特点。通过本文的阐述与分析,可为我国岩土力学的教学提供一些借鉴:(1)教学内容在重视基础知识的同时,应紧跟学科发展的前沿,引入学科热点问题;(2)逐步提高计算机在教学中的应用程度,通过使用计算机解决土力学问题,来启发学生的思维、增强学生的学习兴趣;(3)加强实验教学环节,不断培养、提高学生独立的动手实验能力,并注重对实验结果的分析和讨论。
参考文献:
[1].李大勇,崔煜,国外土力学本科教学探讨――以挪威科技大学为例,力学与实践,2010,32(5):99-101
[2].胡海岩.对力学教育的若干思考.力学与实践,2009,31(1):70-72
[3].Roscoe,K.H.,Schofield,A.N.andWroch,C.P.(1958),ontheyieldingofsoils,Geotechnigue,8(1),22-53
[4].Roscoe,K.H.andSchofield,A.N.(1963),Mechanicalbehaviourofanidealised‘wet’clay,Pro.EuropeonConf.onsoilMechanicsandFoundationEngineering,Wiesbaden,Vol1,pp47-54
关键词:工民建项目;岩土工程勘察;问题;措施
中图分类号:P624文献标识码:A文章编号:
引言:
岩土工程勘察工作作为我国基础建设工程的主要程序之一,必须要走在设计和实际施工的前面,有效地为设计和施工服务。建筑的基础是整个工程的关键,岩土参数的有效性和科学性关系到基础设计的合理性和安全性。岩土工程勘察的主要对象是建筑物所在的场地,不同地区具有不同的地理环境,地质与环境的这些变化,对当前的岩土工程勘察工作提出了新的挑战。
1.认识工民建项目中岩土工程勘察及其必要性
岩土工程勘察是指按照工程建设提出的要求,探查、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件,编制勘察文件的活动。根据岩土勘察可以分为预可行性阶段、工程可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、补充勘察、施工勘察等阶段。勘察岩土项目工作内容主要包含测绘和调研工程项目地质条件、对土质进行勘探和采样、原位进行测试、室内实施试验、工程场地实行的检测,最后根据以上手段,定量或是定性分析工程地质情况并进行测评,编制满足不同阶段所需的成果报告文件。
勘察岩土工程的对象主体是项目场地的岩土体,它是经过自然界长时间的风化沉积形成的产物,会受到人工活动和自然因素的影响。岩土工程勘察的主要目的是为了对场地的基本条件及信息进行调查和分析,确定地质条件,为工程建设提供地基承载力特征值、地基土物理力学指标以及桩基参数等,从而保证工程建设的安全与质量。在工民建项目勘察过程中,岩土勘察与工程地质之间具有十分密切的关系。由于岩土是自然产物,它是经过长时间的积累形成的,具有复杂性与多变性。我们要想弄清岩土的有关结构和性能,必须经过勘察。因此,在工民建项目中,对岩土进行勘察是十分必要的。
2.工民建项目岩土工程勘察工作中存在的问题
2.1有关的勘察工作的资料不足
为保证工程勘察方案的科学性,在进行岩土工程勘察前要搜集有关的资料信息。这是展开勘探工作的前提,也是帮助提供勘察方案、勘察手段的有效途径。就目前市场情况来看,工程中对于勘察工程的实施还有很多不合理的地方,这样就降低了勘察数据的科学性、准确性和合理性。例如:一些勘察单位仅凭借业主的叙述就下达勘察结果,不进行实地的勘察;一些勘察单位在进行实地的勘察时不结合施工标准操作,在最后提交的勘察报告中有不符合实际的内容。
2.2岩土工程勘察界面划分的问题
岩土工程勘察界面划分主要包括:岩石风化程度和岩土体的界面划分,软弱结构面和地质构造的判断及不良地质体的地质界面划分等,有的时候会出现划分的混淆,这样造成岩土工程勘察结果不合理。
2.3勘察报告内容失真
我们要在完成勘察之后制定详细的勘察报告,提交给工程单位研究、分析出最佳的施工方案。但是有一大部分的勘察报告的编写存在着信息失真的问题。勘察报告中没有任何的科学理论基础以及逻辑思维能力,有关设计施工的具体工作不是内容不全,就是有关内容不准确,这些都给建筑施工的后期工作带来了极大的不便。除此之外,勘察报告内容杂乱,缺失一些重要的勘察数据等等,这些都是勘察报告中常见的问题。
2.4岩土工程勘察人员技术素质和综合能力问题
岩土工程勘察人员知识结构和各勘察专业人员之间的技术沟通情况会影响勘察质量。如果勘察人员不了解技术服务对象和技术发展,这样一旦遇到复杂、重大工程项目时会束手无策,不清楚采取何种技术方法及手段解决技术问题。此外,由于一些勘察技术人员结构、建筑设计方面的知识不足,不具备对勘察各专业的野外和室内原始资料的分析和判断能力,造成勘察的目的不明,他们所提供的资料无法满足设计的要求。
2.5勘察效率、质量降低
在进行勘察工作中需要及时对户外和室内测试得的数据进行处理和分析,满足工程设计的需求,这方面的问题主要表现在:
2.5.1对勘察过程中用到的一些统计概念不清,对岩土参数的统计与研究时产生的异常值没有进行分析,采用传统的方法进行统计划算,使得后期得到的数据误差较大,失去了原有的作用。
2.5.2对勘察过程中涉及到的参数指标掌握不清,这对于工程后期作业的岩土参数的取值有很大的影响。对于岩土参数值的标准值控制不准确的话,就会使岩土参数的标准值与要求不符。各方面的数据质量下降,对于工程项目的正常进行有着非常不利的影响。
3.解决工民建项目岩土工程勘察工作问题的措施
3.1重视工程实地踏勘与资料收集工作
勘察技术人员应充分重视工程实地踏勘与资料收集工作。勘察人员应到工程现场了解场地地形、地貌、地质等条件,收集必要资料。主要应踏勘、收集如下方面资料:
3.1.1拟建筑的基础、结构形式以及设计±0.00标高等,有利于确定勘察方案以及对地基基础方案的正确评价。例如,一般轻型荷载建筑物,采用天然地基,勘探孔深度可按基底持力层以下5-8m考虑,若是框架结构高层建筑物,采用桩基,勘探孔深度则需要重新考虑确定。
3.1.2工程场地地质条件。例如,场地地层工程性质好、埋深浅、厚度大的地段勘探孔间距可适当增大、深度可适当减小(在满足勘察规范的前提下),相反勘探间距则应适当加密、深度适当加深。这样,通过实地踏勘与资料收集工作可以减少勘察工作的盲目性,使勘察成本合理,增强勘察单位竞争力。
3.2选择适当的勘察方法
勘探的方法有许多种,各自具有其优点和缺点,我们要根据现场的具体情况结合勘探装备、手段和取样方式等情况进行选择。不能因为要节省工程的成本,在勘察时就随意选用勘察设备,这会使得计划的勘察流程与现场的设备不搭配,不利于勘察工作的展开。再者,由于勘察场地的各种因素影响,如:地层条件、岩土特征等,对勘察方法及设备有相应的要求。只有选择了适当准确的勘察方法,在编制勘察报告时才能既可显出勘察的重点,也可保证编制内容与实际的情况相符合。
3.3科学合理的进行资料的编录与整理
在进行工程勘察过程中,对原始资料的编录与整理是一项非常关键的工作。原始编录资料、室内化验结果和现场测试、拍照,要逐一进行比对,这可以帮助发现信息问题,并及时进行处理,是保证资料信息准确无误的重要手段。技术人员还要根据勘察技术的标准对原始资料进行整理,整理完成后不但要经过技术员的审核,好要通过有关人员的二次审核。
3.4加强勘察技术人员的技术培训
目前,我国缺失岩土工程勘察相关方面的技术人才。技术人员缺乏对于基本的岩土工程内容、理论以及实践工作的学习,很难在此方面作出大的进步,影响了勘察的分析结果。今后,应加强勘察技术人员的技术培训和再教育并形成定期机制,使其知识得到不断更新。重视在勘察单位实行内部岗位轮换制度,使技术人员进行技术交流和知识渗透,组织技术人员参加各种讲座和学术交流活动,扩大其知识面,组织技术人员参加各类岩土场地勘察的现场交流学习实践,提高其现场技术能力。这些措施的施行可以使他们的技术综合能力得到很大的提高。
3.5加强勘察市场的管理监督,建立岩土工程监理体制
针对岩土工程勘察过程存在的问题,必须通过管理与监督,调高岩土工程勘察的质量。主要体现在以下几个方面:
3.5.1实施勘察纲要、勘察合同的管理、监督及审查,以避免盲目的勘察或者越级勘察;
3.5.2加强对于勘察现场的指导监督,及时的发现不规范的取样、编录以及实验现象的发生或者打假孔现象;
3.5.3评估勘察报告的工作量、资料数据和勘察质量,严格把关施工建议、场地稳定性评价内容,杜绝一味的定性分析以及浅显的分析。
4.结语
作为建筑工程当中的一项基础性工作,岩土工程勘察工作涉及的对象以及需要解决的问题都很多,其内容也是十分的复杂。它采用间接的非直观性的手段来表现工程的地质情况,只有全面的了解岩土工程的相关规定、规范以及施工规程,再加上自身的不断学习与交流,才能使岩土工程的勘察工作顺利地、有效地进行。
参考文献:
[1]周德泉.彭柏兴.岩土工程勘察技术与应用[M].北京:人民交通出版社,2008.
关键词:岩土工程;测试与检测;技术应用
中图分类号:TU41文献标识码:A
岩土工程是水利工程建设当中最为基础和重要的环节,直接影响到工程的质量、安全和经济,对此严格的围绕国家现行的测试和检测技术,保证其实验结果准确度的同时,制定完善的施工规划和安排是非常重要的;其测试和检测技术的应用,主要包括多种实验,像室内土工、岩石力学、原型实验,以及原位测试技术、检测措施等,从而更好的达到测试的目的,有效的保证岩土工程的质量。
1岩土工程分析
岩土工程主要是指对于岩土和混凝土的研究,是土木工程的一部分;由于岩体的形成发展,受到了繁琐的地质作用,加上其他的因素,导致岩体结构出现不同类型的情况,自身的岩土工程特性存在一定的差距,对此岩土工程施工,还要充分的考虑其岩石的区域性和复杂性。而通过测试和检测技术的应用,可以直接测定到岩石和土体的强度、变形性、渗透性等工程特性;从而更好的解决岩土工程问题,为工程施工奠定良好的基础。
2测试与检测技术应用探究
2.1岩体力学试验
对于一些特殊岩土类的工程地质的研究,加强对于岩土工程中的岩体力学实验是非常有必要的,其中岩体力学实验主要是指对于岩土的变形性、破坏性、抗压强度等特性的研究,通过指定的强度实验进行分析;其中单轴抗压强度实验,是目前常用的一种岩体力学实验,是通过对于岩体施压,记录破坏极限阶段的压力;但是岩土的含水量不同,要结合单轴压缩变形实验一同进行,使其更好的得到岩土的力学指标,最后利用得到的抗压强度指标以及计算,准确的确定岩土的工程特性。
2.2原位测试技术
原位测试技术,主要是对于岩土的物理以及化学性质的检测,也是目前常用到的一种测定技术。要应用此技术,则对岩土的工程特性要求非常高。但是现代水利工程常常存在一定的复杂性,用此传统的分析方法,对于岩土应力等方面规律的分析存在一定的差距,因此常常会利用具有反演分析作用的原位实验,结合准确得出实际参数的原位实验一同进行。但是原位实验的应用,具有一定的局限性。优点是减少地质破坏、保持土体应力、研究的岩体较大和提高工作效率等,但同时也存在实验受地质或环境影响较大、需利用统计方法进行分析,以及结果易出现误差等缺陷。
2.3实施监测举措
现场监测是基于岩土工程,对于岩土、混凝土、地质结构等应力变化规律的监测;首先进行监测点的布置、监测时间的设定,然后将工程施工对于岩土的荷载,以及岩土的反应进行检测;同时也要加强对于结构物、环境影响度以及地基加固性质的监测等。
2.4原型试验
原型试验是指对于工程中结构物的检测,主要包括荷载检测、桩基础检测、其中桩基础检测,主要包括对桩基的完善度以及孔洞、位移等方面的检测;因为桩基础对于工程的质量、经济、安全等性能有直接的关系,同时也直接影响工程的施工进度,所以加强对桩基低应变、静载、钻芯等方面的检测,是非常有必要的,从而使岩土工程施工更加的符合国家工程建设规范。其中对于桩基础的低应变检测,主要的流程,首先要准确的掌握土层结构、桩身参数、布局以及打桩工程性能;将桩身上的杂质清理后,在其桩头的表面安装指定的计量以及传感设备;然后连接好电源,预热测试仪后再将其调整到指定状态,并收集锤敲击后的信号。最后在设备屏幕上,选择合适的波形曲线;并根据存储的波形,进行反射性分析,得出合理的桩身质量评估;从而更好的制定施工规划。
3岩土工程测试与检测注意事项
3.1注重样品的选取
岩土层检测的目的,是为了更好的为水利工程基础建设提供数据参考,目前常用到的样品选取方法是原状土样采取法,主要是利用钻孔内加入的取土器,从而获得样品,同时也可以通过钻孔内泥浆护壁的回转获得样品,另外还可以直接从基坑内获取样品;只有这样选取的样品才能更具有代表性、有效性和适用性。
3.2注重样品存封
对于土壤样品:首先将采取好的样品,进行密封取土筒,并附上标签,并严格避免缝隙的出现;对于土壤样品的送样单,应当填明取土图纸资料的符号等一系列的标签说明;然后再送往实验室。对于岩石样品:同时做好为包装封闭处理的工作,从而更好的保持岩石样品原有的天然湿度;对于泥质岩样品,可用纱布包裹并用融蜡浇注;然后做好相应的岩石样品标注记号:并附上标签:最后将岩石样品试件,以及送样单同时运往实验室。对于样品的运输放置在具有防震动的箱子内,对存留的缝隙用软垫填充。
结语
综上所述,通过对于岩土工程测试与检测技术应用分析,发现对于水利工程中,岩土和混凝土的测试和检测是一项复杂且繁琐的过程,因为多种实验技术的应用,都有一定的局限性,对于测定的结果也常常存在一定的误差;对此施工企业要想有效的提高经济利益和市场竞争力,就要不断的提高相关水利工程岩土和混凝土测试与检测人员的专业素质,以及技能水平,使其灵活的运用多种岩土和混凝土的测试与检测技术,优化组合利用,从而更好避免岩土工程问题的发生,有效的保证水利工程的质量、进度、安全以及经济。
参考文献
[1]叶平华.论述岩土工程测试与检测技术的主要内容及其应用[J].科技创新与应用,2013(13):38.
关键词:岩土工程;工程勘察;水文地质;
Abstract:Thehydrogeologicalproblemsinengineeringinvestigation,designandconstructionprocessisalwaysaveryimportantandeasilyoverlookedproblems.Theengineeringresearchonhydrogeologicalproblemsisnotdeep,oftenhaveproblemscausedbygroundwaterhazardofallkindsofgeotechnicalengineering.Thispaperdiscussesthehydrogeologicalproblemsinengineeringexploration.
Keywords:geotechnicalengineering;engineeringexploration;hydrogeology;
中图分类号:F416.1文献标识码:文章编号
引言:
水文地质学主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。水文地质和工程地质二者关系极为密切,地下水既是岩士体的组成部分,直接影响岩十体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。所以在工程勘察、设计和施工过程中,水文地质是一个极为重要的问题。
为提高工程勘察的质和量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中查明有关的水文地质问题,并提出合理的预防及治理措施,为设计施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
1、岩土工程勘察中水文地质工作的内容
1.1岩土工程勘察中水文地质评价内容
地下水这部分内容与现行岩土工程勘察规范要求相比,存在相当大的差距。在很多勘察报告中,仅仅提供勘察期间的地下水稳定水位及其高程。其实在工程设计中,对地下水的评价将对工程安全与造价产生极大影响。
1.2地下水的变化幅度
这个问题在勘察报告中普遍存在,要么是不提供变化幅度,这肯定的不对的,要么是随便提供一个范围值就了事。此事马虎不得,地下水枯水期和丰水期的水位不同对设计和施工影响很大。
1.3渗透系数
现在高层建筑愈来愈多,很多深基坑开挖都需降水,渗透系数这一重要的水文地质参数用途越来越大,其数据的准确性愈来愈严格。在很多的勘察报告中对此不提,很多审查人员也未提出。渗透系数的重要性不言而喻,它的测定有现场试验和室内试验两种方法,一般室内试验误差较大,现场试验比较切合实际,但对一些弱透水地层可采用室内试验来确定,对重要工程和对降水有特殊要求的工程,应以现场试验结合室内试验和经验值综合确定。
2、岩土水理性质在工程勘察中的重要性
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质包括以下几方面:(1)容水性:指常压下岩土孔隙中能容纳一定水量的性能,以容水度表示即岩土孔隙中能容纳水量的体积与该岩土总体积之比。(2)持水性:指饱水岩土在重力作用下排水后仍能保持一定水量的性能,以持水度表示即饱水岩土在重力作用下释水后,所能持水量的体积与该岩土总体积之比。(3)给水性:指在重力作用下饱水岩土从孔隙中能自由流出一定水量的性能,以给水度表示即在常压下饱水岩土在重力作用下流出来的水体积与该岩土总体积之比。(4)毛细管性:以毛细管上升高度、速度和毛细管水压力来表示。(5)透水性:指在水的重力作用下,岩土容许水透过的能力,以渗透系数表示。(6)含水量:重量含水量与体积含水量:岩土中含水的重量与干燥岩土重量之比。
岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
3、地下水作用对岩土工程的影响
3.1潜水位上升引起的岩土工程危害
潜水位上升的原因很多,主要有:(1)含水层颗粒细小,其渗透性弱,直下径流差,尤其是上覆粗粒松散地层时,地表水容易下渗;(2)当包气带薄时,毛细带接近地表,土饱和差小;(3)地下水流梯度小或者平缓时,排泄不畅;(4)当含水层沿水流方向岩性突然变细、渗透性减弱或遇到隔水层时,潜水排泄困难;(5)河流、湖塘、水库、渠道等地表水体渗入补给等。潜水位上升在第四系全新统冲积、海积松散粉细砂层中,可导致粉细砂土层产生流砂、砂土液化;对已有的建筑物可能造成地下洞室充水淹没、基础上浮、建筑物失稳;在海积平源低洼地带可使土壤沼泽化、盐渍化;而在风化残积土及强风化岩区,可产生崩解性岩土软化、崩解以及滑移、崩塌等。
3.2地下水升降变化引起的岩土工程危害
地下水位变化可由天然因素或人为因素引起,但不管什么原因,当地下水位的变化达到一定程度时,都会对岩土工程造成危害,地下水位变化引起危害又可分为三种方式:
3.2.1水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的,其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状;水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响,有时往往是几种因素的综合结果。
由于潜水面上升对岩土工程可能造成:
①土壤沼泽化、盐渍化,岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。
②斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质现象。
③一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。
④引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。
⑤地下洞室充水淹没,基础上浮、建筑物失稳。
3.2.2地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的,如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降,常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题,对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。
3.2.3地下水频繁升降对岩土工程造成的危害。地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,当地下水升降频繁时,不仅使岩土的膨胀收缩变形往复,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大,进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替,会使土层中的胶结物———铁、铝成分流失,土层失去胶结物将造成土质变松、含水量孔隙比增大,压缩模量、承载力降低,给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。
3.3地下水动压力作用引起岩土工程危害
地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱,一般不会造成什么危害,但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在移动的动水压力作用下,往往会引起一些严重的岩土工程危害。
4、结语
岩土工程中的水文地质问题是不可忽视的重要问题,切实做好水文地质工作,可以有效地预防和减免岩土工程危害。因此,工程技术人员应该在工程勘察中做好水文地质丁工作的调查与分析,使岩土工程勘察成果更具实用性和预见性,真正保证工程的质量。
参考文献:
[关键词]工程勘察水文地质地质勘察影响
中图分类号:TV文献标识码:A文章编号:1009-914X(2016)13-0155-01
为提高工程勘察质量,在工程勘察中要查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,进一步提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
一、水文地质评价内容
工程地质勘察中,水文地质评估内容在以往的工程勘察报告中,由于缺少结合建筑物基础设计和施工需要,容易造成因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故,总结以往的经验和教训,在今后在工程勘察中,对水文地质问题的评价主要考虑以下内容:
(1)应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。
(2)工程勘查密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文质问题,提供选型所需的水文地质资料。
(3)应从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题,如:对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性,对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的的建筑场地,应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用,在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时,应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。
当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价;在地下水位以下开挖基坑,应进行渗透和富水性试验。并评价由于人工降水引起土冻沉降,边坡失稳进而影响物稳定性的可能。
二、岩土水理性质
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
既然岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质,首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响,然后再对岩土的几个重要的水理性质及研究测试方法进行简单的介绍。
地下水的赋存形式:地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种,其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。
岩土的主要的水理性质及其测试办法有五种:软化性、透水性、崩解性、给水性、胀缩性。软化性是指岩土体浸水后,力学强度降低的特性,一般用软化系数表示,它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时,在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性;透水性是指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀,其透水性便愈弱。
坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育,其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示,岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取;崩解性是指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大。
给水性是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数,也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。胀缩性是指岩土吸水后体积增大,失水后体积减小的特性,岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚,失水变薄造成的。
岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一,对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有:膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性,溶水性,毛细管性,可塑性等。
三、地下水引起的岩土工程危害
地下水引起的岩土工程危害,主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。
1、地下水升降变化引起的岩土工程危害
在工程勘察中要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性变化雨季水位水位上升旱季水位下降,地下水位的天然变化是区域性渐变的。而且变幅较小但是,人为因素引起的局部性地下水为升降变化的幅度往往大于天然变化所引起的岩土工程危害更为严重。
2、地下水位对岩土物理力学性质的影响
地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,严重若形成地裂,引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水升降频繁时或变化幅度大时。不仅使岩土的膨胀收缩变形往复,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度加大。因此,在膨胀性岩土地区进行工程勘察时应特别注意对场地水文地质条件的研究,特别地下水往往升降变化中高度和变化规律这对地基基础深度的选择(宜选在第下水位以上或地下水位以下,不宜选在地下水位变动带内)有主要的参考价值。
岩土特别是各类软质岩石、风化残积土、不同成因的粘性土等,其物理力学性质的变化规律,与地下水位有着密切的联系。因此,在分析研究岩土物理力学的变化规律时,应充分重视地下水位这一重要影响因素。
3、地下水动水压力作用引起的岩土工程危害
地下水在天然状态下,动水压力作用比较微弱,但是在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在一定的动水压力作用下,往往会引起一些严重的岩土工程危害。如流砂、管涌、基坑突涌等事故发生。
结语
在岩土工程施工出现问题时,地下水问题占有相当重要的位置,准确合理地查明地下水位,不仅使资料的可靠程度更高,而且可更好地利用岩土体的潜在能力,因此在工程勘察中不仅需要查明与岩土工程有关的水文地质问题,以消除下水对岩工程的危害随着工程勘察的发展,切实做好水文地质工作将对建筑物质量的提高起很大作用。
参考文献:
关键词:工程地质勘察水文地质作用
中图分类号:U442.2文献标识码:A文章编号:
一、工程地质概述
工程地质是调查、研究并解决各类建筑工程以及人类活动中涉及到的各种地质问题的科学。工程地质的目的是为了查明各种工程地区的地质条件,客观评价工程地区内的各种地质问题,预测建筑工程过程中可能出现的地质条件的变化以及对建筑工程的影响选择最优的施工地点,并对针对施工地区的不良地质问题提供解决方案,确保建筑工程的顺利施工以及正常使用。工程地质研究的主要内容有有确定岩土组分、物理化学与力学性质、组织结构以及对建筑工程稳定性等方面可能造成的影响。对岩土进行工程地质分类,在此基础上改善岩土的建筑性能。
水文地质勘察是工程地质中一个非常重要的方面。地下水作为岩土体的重要组成部分会直接影响到建筑工程地区基岩土体的工程特性。此外,地下水作为建筑物的环境条件还会影响到建筑工程基础的耐久性以及稳定性。但是在具体的勘察工作当中,因为水文参数的利用很少会直接涉及到,所以水文地质勘察往往被当做一种象征性的工作。在勘察过程当中仅仅局限于对天然状态下的水文地质条件作一些简单的概括性评价。
二、水文地质勘查的内容
在过去的工程勘察工作当中,工程地质中的水文地质勘察内容往往比较单调和孤立而没有结合施工需要以及基础设计综合评价地下水对岩土工程的具体影响甚至危害。因此因地下水问题造成的建筑基础下沉以及建筑物开裂的质量事故屡见不鲜。针对过去的经验和教训,在今后在水文地质勘查工作当中应当主要考虑岩土的水理性质对建筑工程施工地区的水文地质问题作出客观评价。岩土水理性质指的是岩土与地下水之间相互作用而显现出来的一些性质。与岩土的物理性质相类似,岩土的水理性质与也是岩土工程地质性质的重要标志。岩土的水理性质会直接影响到岩土的强度,进而可以影响到建筑工程的稳定性。过去的水文地质勘察工作当中往往比较重视岩土的物理力学性质,但对岩土水理性质的重要性认识不足,所以对岩土工程地质性质作出一些片面的评价。
三、工程地质勘察中水文地质评价内容
在工程勘察中,对水文地质问题的评价,主要应考虑以下内容:
1.1、应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。
1.2、工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文地质问题,提供选型所需的水文地质资料。
1.3、应从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题,如:①对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性。②对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的建筑场地,应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用。在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉上时,应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。③当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。④在地下水位以下开挖基坑,应进行渗透和富水试验,并评价由于人工降水引起土体沉降、边坡失稳进而影响周围建筑物稳定的可能性。
四、水文地质问题--地下水引起的岩土工程危害
(一)地下水位升降变化引起的岩土工程危害
在工程勘察中,我们要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性的变化,雨季水位上升,早季水位下降,最高水位与最低水位之间称为水位变动带。地下水位的天然变化是区域性、渐变的,而且变化幅度较小。但是,人为因素引起的局部性地下水位升降变化的幅度和速度往往大干天然变化,它所引起的岩土工程危害更为严重。为了正确评价地下水位升降变化对岩土工程的影响,在工程勘察中首先要准确地测定静水位。静水位是指天然状态下地下水稳定水位,在测定静水位时应符合下列要求:
1、上部为潜水、下部为承压水或多层含水层地区,均应分层测定水位。
2、静水位的测定应有一定的稳定时间,钻进过程中的初见水位不一定是静水位。一般地区每小时测定一次,三次所侧水位值相同或孔内水位差不超过2--3cm可作为静水位。
3、工程勘察需要时,宜在勘察结束后,统一测一次静水位。因为静水位是相对的,它也随若地下水补给或排泄条件的变化而变化。当采用泥浆钻进时,为了避免孔内泥浆对含水层的封闭影响,测定静水位前应将测水管打入含水层20cm或钻孔洗清后,再测静水位。
(二)潜水位上升引起的岩土工程危害
潜水位上升的原因很多,主要有:
1、含水层颖拉细小,其渗透性弱,地下逸流差,尤其是上班粗粒松散地层时,地表水容易下渗;
2、当包气带薄时,毛细带接近地表,土饱和差小;
3、地下水流梯度小或者平缓时,排泄不畅;
4、当含水层沿水流方向岩性突然变细、渗透性减弱或遇到隔水层时,潜水排泄困难。
(三)地下水位过大下降引起的岩土工程危害
地下水位局部过大下降的原因,主要是人为因素改变了水文地质条件造成的,如集中过量的抽取地下水,使地下水的开采量大于补给量,导致地下水位过大而持续下降,降落漏斗亦相应的不断扩大另外,工程活动如矿床疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位过大下降。地下水位局部过大下降引起的主要岩土工程问题是地面塌陷、地面沉降、地裂,破坏岩土体的稳定性,危害建筑物的稳定性。在广东一些隐伏岩溶地区,由于供水、排水造成地下水位过大下降,引起严重的地面塌陷、地裂。
五、结语
地下水问题是岩土工程问题的重点,做好水文地质勘察工作,准确查明地下水位,提高资料的可靠性,对于建筑工程的基础设计、持力层选择以及防治工程地质灾害等诸多方面都有着举足轻重的意义。随着我国建筑工程行业的迅猛发展,工程勘察的发展,其必将受到越来越广泛的重视,切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起着极大的推动作用。
参考文献:
[1]陈雁,水文地质之路[J],中煤地质报,2009。
[2]许兆义、王连俊,工程地质基础,中国铁道出版社,2003。
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