工程地质课程设计

1《工程地质分析原理》课程设计大纲资源与环境工程学院2011年5月AA2《工程地质分析原理》课程设计大纲一、目的及意义学习《工程地质分析理原理》课程后，以勘察工程实例进行工程地质分析和设计。用数理统计学中趋势面分析方法，求出曲面后则可计算滑坡推力、设计相应的加固方法。以现行规范和生产单位习用的方式表达出来。作设计说明书一份。二、要求边坡设计开始之前，除了应掌握有关整个边坡的资料，包括工程地质、水文条件、地震烈度及国家颁发的有关设计规范外，应注意相关工程资料的搜集和分析，如深基坑、公路边坡设计中应搜集路线平、纵、横断面设计资料及路基设计表，水工边坡中应搜集大坝、船闸等相关工程的有关资料。此外，还应重视土质调查试验资料，当地同类边坡工程的经验资料的搜集与分析。1)工程地质勘察报告这是对边坡进行稳定性分析与评价的主要资料，它包括边坡的地层结构，各地层的产状、构造、岩层的完整及破碎程度、风化程度等，覆盖层厚度及变化情况，可能破裂面(或滑动面)的位置、形态及潜在变化，地形变化及地貌特征等。2)水文条件边坡设计时，应掌握边坡地段处地表水及地下水的情况，包括雨季及枯水季节的地下水位情况，设计标准年限内的最大降雨量等资料。3)地震资料边坡设计时，应查阅国家地震烈度区划图，当地震烈度低于6度时，可不考虑地震荷载；当地震烈度达到6度以上(含6度)时，应计算地震荷载的影响。4)土质调查试验报告在进行边坡设汁时，应掌握土层的类别及物理、力学性质，它是在进行工程地质勘测时通过调查、钻(挖)孔采集各土层(地层)的原状土(岩)样，并以室内或原位试验方法取得的。各层土的物理力学性质指标有粒径级配、塑液限、天然含水量、土体天然容重、饱和容重、抗剪强度指标、渗透系数水力坡体、岩石天然状态及饱和状态下的单轴(无侧限)抗压强度，以及土(岩)样柱状剖面图等。5)相关工程资料边坡工程的设计应与相关工程相适应，尽量不影响相关工程的使用功能，因此，在设计前应搜集相关工程的总体平面布置图、纵断面及横断面设计图，对于公路边坡工程，还应搜集路基设计表。6)同类边坡工程的经验资料边坡设计时，在对当地的地质条件及降雨情况缺乏把握的情况下，对当地同类边坡工程的经验资料，包括边坡断面设计形状、坡比、台阶高度、台阶宽度、防护结构形式等进行深入细致的分析研究显得尤为重要。7)边坡工程环境资料边坡工程设计应考虑边坡工程对周边环境的影响，以保护与美化环境，因此在边坡设计前必须收集与边坡工程有关的环境资料。3三、时间课程结束后一周内交说明书一份。(附中英文摘要、参考文献)。工程实例一、工程概况贵开公路K57+100～K57+300段左侧边坡位于开阳县南江乡关口镇东侧，由于修建贵开公路，开挖路基将使K57+100～K57+300段左侧均形成约200m长的路堑高边坡，拟建公路原始地面标高为939.36～954.22m，设计路面标高为933.88～940.10m，路基垂直开挖使左侧形成高5.46～14.40m的岩土质混合边坡，右侧形成高6.20～18.30m的岩土质混合边坡，该路段设计公路宽9.0m。二、地质灾害的危害程度该段公路拟开挖人工边坡位于关口镇东侧，边坡高度较大，地质环境条件较差，属地质灾害易发区，若发生滑坡，将对长为200m拟建公路的安全使用造成很大的危害。根据现场踏勘，场区的地形地貌、地质构造、岩土构成均较复杂；该边坡若发生滑坡，造成的危害较大，针对地质灾害工程的重要性及特殊性，本边坡工程等级为二级，场地及公路等级为二级，地基等级为二级，综合上述条件，该边坡工程勘察（详勘阶段）工程等级为乙级三、边坡特征及稳定性评价（一）边坡边界、规模、形态特征拟建公路的开挖将使K43+380～K43+540段两侧均形成人工边坡，南西侧将形成坡脚高程为933.88～940.10m，坡顶高程为939.343～951.60m，边坡高度5.46～14.40m的岩土混合边坡，该侧岩层呈顺向产出；北东侧将形成坡脚高程为933.88～940.10m，坡顶高程为940.056～955.794m，边坡高度6.2～18.3m的人工岩土质边坡，该侧岩层呈反向产出，拟建公路的开挖可能引起北东侧整个土层及强风层滑坡，可能导致滑坡的面积为10552m2，土层滑坡体积61760m3，土层及强风化层滑坡体积为88360m3。拟建公路的开挖可能引发表层土体内部的滑坡、土层沿强风化岩层的顺向滑坡及土层和强风化岩层沿弱风化岩层顶面的顺向滑坡，一旦滑坡形成，将对拟建公路的施工和正常使用及枇杷哨小镇人民的生命财产造成很大的危害。（二）边坡特征1、拟开挖边坡（南西侧），边坡高度为5.46～14.40m，边坡范围以砾砂土为主，仅Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ坡段坡脚切到强风化岩层，强风化岩石坡高在3.10m以内，岩层倾向与坡向相同，形成顺向坡。2、右侧拟开挖边坡（北东侧），边坡高度为6.2～18.3m，边坡范围以砾砂土和强风化岩层为主，其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅵ-Ⅵ坡段为全土质边坡；Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅷ-Ⅷ、Ⅸ-Ⅸ坡段为砾砂土和强风化岩石边坡，强风化岩石坡高分别2.60m、5.50m、2.0m、4.80m；Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅶ-Ⅶ坡段为砾砂土、强风化岩石和弱风化岩石边坡，弱风化岩石坡高分别为1.70m，2.40m，7.60m，岩层倾向与坡向相反，形成反向坡。（三）边坡影响因素随着公路的施工进度，人工边坡逐渐形成，当边坡高度超过临界值，土层及强风化层在重力作用下应力重新分布，由于土层与强风化层抗剪强度较差，自身将会不稳定。若遇雨季，土层及强风化层在雨水作用下，将使其抗剪强度指标降低，自重增加，水压力增大，加速边坡的下滑；在路基开挖过程中，岩石放炮，将增加地震水平力，也会加速边坡的下滑，故应及时对人工边坡进行治理。（四）试验成果分析及岩土参数41、岩土物理力学指标岩体及土体重度根据试验得出，砾砂土的抗剪强度指标根据室内原状土试验及现场直剪试验结果综合确定，强风化泥岩抗剪强度指标采用现场直剪试验提供参数。室内土体直剪试验，舍去1、2、3号土样和8、9号土样后，统计，其抗剪强度标准值为C=37.2KPa，φ=12.26°，重度为γ=18.84以上试验统计结果显示，二种试验土体内摩擦角很接近，考虑现场直剪试验样品数较少，直接影响统计结果，故建议土体内摩擦角采用原状土和直剪试验的平均值；内聚力离散，由于水对土质边坡稳定性影响较大，土质边坡在浸水状态时最不稳定，土体粘聚力较自然状态和干燥状态下降很大，故土体粘聚力应采用现场直剪试验数据，从现场直剪试验数据可见，其离散性很大，经统计其变异系数为0.42，属高变异，不能直接采用统计结果，接合现场土体特性和地区经验分析，建议粘聚力采用现场直剪试验数据平均值；由于勘察区土体粗颗粒含量较高，室内土体重度试验值偏低，场区土体重度建议提高使用。由于场区土体渗水性较好，按半渗水状态，土体力学参数最终取值建议为重度γ=20KN/m3，抗剪强度指标C=26KPa,φ=11°，基底摩擦系数μ=0.35；由于龙广滑坡下伏地层和本次勘察场区属同一类地层，强风化钙质泥岩在龙广滑坡工程中已经做现场直剪试验，且强风化钙质泥岩内均夹有粘土，故本工程强风化钙质泥岩力学参数采用龙广滑坡勘察报告提供的指标：重度γ=22KN/m3，抗剪强度指标C=21KPa,φ=10°，基底摩擦系数μ=0.35；弱～微风化钙质泥岩重度采用龙广滑坡试验值γ=26.8KPa，抗剪强度指标采用龙广滑坡审查通过值C=200KPa,φ=25°，基底摩擦系数μ=0.45；弱风化砂岩、石灰岩重度根据试验统计结果γ=26.9KPa，根据规范其抗剪强度指标C=1.0MPa，φ=40°。注：从以上岩土的力学参数可见，土层抗剪强度指标比强风化岩层抗剪强度指标高，就此进行分析，原因应为土层经过长时期的固结，比较密实，故指标较高；强风化岩层内夹粘土，且对于0.25m的试验体来说，节理裂隙贯通性较好，现场直剪试验是沿粘土内和节理裂隙面破坏，故指标较低。2、地基承载力⑴、土体地基承载力根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85规范表2.1.2-5取用：砾砂土容许承载力［σ0］=250KPa。⑵、由于龙广滑坡下伏地层和本次勘察场区属同一类地层，钙质泥岩在龙广滑坡工程中已经取样作室内抗压试验，故本工程未对该套岩石取样。⑴、作试验，钙质泥岩地基承载力采用龙广滑坡工程提供的指标：强风化钙质泥岩容许承载力［σ0］=350KPa，弱风化钙质泥岩容许承载力［σ0］=2500KPa。5⑵、边坡稳定性计算及评价勘察区内拟开挖人工边坡Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ、Ⅶ-Ⅶ、Ⅷ-Ⅷ、ⅨⅨ断面为土质边坡，土层为砾砂土，破坏模式按平面滑动型，计算时破裂角采用α=(45°+φ/2)，稳定性计算公式为WsinαCLtgφWcos下滑力抗滑力K，滑坡推力计算公式为F=W（Kssinα-cosαtgφ）-CL；Ⅲ-Ⅲ断面为岩土混合边坡，岩层呈顺向产出，土层为砾砂土，破坏模式有二种：①、土体内部的平面滑动型，②、岩土体折线滑动型，计算时土层破裂角采用α=(45°+φ/2)，滑动面倾角采用岩层视倾角，土体内部的平面滑动计算公式与上同，岩土体折线滑动破坏采用传递系数法计算滑坡推力，其计算公式为Fi=(Wisinαi+Qicosαi)-1/Ks［CiLi+(Wicosαi-Qisinαi)fi］＋Fi-1ψi-1以上计算公式中：K——稳定系数；Fi——条间推力（KN/m）；Fi-1——第i-1条块的剩余下滑力（KN/m）；Ks——抗滑安全系数；W、Wi——单位长度竖向力（条块自重）（KN/m）；α——土层破裂角；αi、αi-1——分别为第i块，第i-1块滑动面倾角；φ、Φi——岩土的内摩擦角（度）；C、Ci——条块滑动底面岩土的粘聚力（KPa）；L、Li——条块滑动底面的长度（m）；Qi——单位长度水平推力（KN/m）；fi——条块滑动底面岩土的摩擦系数fi=tgΦi；ψi——传递系数。Ψi-1=cos（αi-1－αi）－sin（αi-1－αi）fi/Ks计算采用岩土力学指标为：土层γ=20KN/m3，C=26Kpa，ф=11°；强风化岩面γ=22KN/m3，C=21Kpa，ф=10°；按二级公路抗滑安全系数为1.15～1.2，考虑若该边坡破坏对拟建公路和枇杷哨的危害较大，故采用1.2进行滑坡推力计算，由于该区地震峰值加速度小于0.05g，相应地震基本烈度小于Ⅵ度，故地震力取0，即Q=0。6滑坡计算断面（1：2000）