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1、岩土工程概念性问题的案例分析武汉 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望岩土工程典型案例述评岩土工程典型案例述评作者：顾宝和作者：顾宝和主审：高大钊、李广信主审：高大钊、李广信出版：中国建筑工业出版社出版：中国建筑工业出版社案例：案例：32个个附录附录(涉及术语释义涉及术语释义)：32个个内容概要内容概要32个典型案例，个典型案例，既有成功，也有失败。既有成功，也有失败。工程：工程：天然地基、桩基、基坑支护、基坑降水、围海天然地基、桩基、基坑支护、基坑降水
2、、围海造陆、堆山造景、造湖、高填方、铁路、机场跑道、造陆、堆山造景、造湖、高填方、铁路、机场跑道、溢洪道、核电厂、放射性废物处置、地质灾害治理溢洪道、核电厂、放射性废物处置、地质灾害治理等；等；岩土：岩土：一般第四纪土、淤泥、泥炭质土、残积土、盐一般第四纪土、淤泥、泥炭质土、残积土、盐渍土、多年冻土、第三纪软岩、风化岩渍土、多年冻土、第三纪软岩、风化岩等；等；问题：问题：断层、液化、渗透破环、岩溶塌陷、砂巷、高断层、液化、渗透破环、岩溶塌陷、砂巷、高陡边坡与破碎岩体陡边坡与破碎岩体等；等；技术方法技术方法：地震反应分析、面波探测、管波探测、地地震反应分析、面波探测、管波探测、地震波震波CT等，
3、等，反映了岩土工程丰富多彩的个性。反映了岩土工程丰富多彩的个性。案例导引，用通俗语言将问题提升到理论层面上评议。案例导引，用通俗语言将问题提升到理论层面上评议。分析了分析了土的孔隙水压力与有效应力原理、土的孔隙水压力与有效应力原理、软土挤土效应、土软土挤土效应、土的的结构强度、盐胀性原理、结构强度、盐胀性原理、地地下水动态与均衡、潜水渗出面、水动力弥散、下水动态与均衡、潜水渗出面、水动力弥散、岩石力学基本准则、断层活动性、变刚度调平设计、岩石力学基本准则、断层活动性、变刚度调平设计、地基基础与上部结构协同作用等问题地基基础与上部结构协同作用等问题，岩土工程师，岩土工程师必须深知现象背后的科学原
4、理，必须深知现象背后的科学原理，认识问题要深刻，处理问题要简洁、巧妙认识问题要深刻，处理问题要简洁、巧妙。强调强调概念概念，反对，反对盲目相信计算，盲目套用规范。盲目相信计算，盲目套用规范。目录目录1、案例的价值、案例的价值2、土的结构强度、土的结构强度3、基坑基底隆起与水患、基坑基底隆起与水患4、基坑降水、基坑降水5、地震地震液化液化6、岩溶探测和治理、岩溶探测和治理7、结束语、结束语1 案例的价值案例的价值典型案例的价值典型案例的价值太沙基：一个详尽太沙基：一个详尽的的案例应当受到案例应当受到10个具有创新个具有创新性理论一样的重视。性理论一样的重视。太沙基在实践中，从工程案例太沙基在实践
5、中，从工程案例中中吸取知识和经验吸取知识和经验，上升为理论，成为岩土工程宗师。上升为理论，成为岩土工程宗师。1成功的典范，失败的警示；成功的典范，失败的警示；2一比一的科学实验，计算不可能精确，一比一的科学实验，计算不可能精确，唯原型实测才能定量；唯原型实测才能定量；3新概念新方法的源泉。新概念新方法的源泉。1 成功的典范成功的典范 举例举例唐山体育场岩溶塌陷治理唐山体育场岩溶塌陷治理勘察、设计、施工、检验、监测的一条龙服务。勘察、设计、施工、检验、监测的一条龙服务。信息是成败的关键信息是成败的关键，采用最有效的手段：，采用最有效的手段：钻探取芯、标准贯入、钻探取芯、标准贯入、瞬态面波、地震瞬
6、态面波、地震CT、沉降观测、水位观测等。沉降观测、水位观测等。查明溶洞、土洞、塌陷分布、形态、机制、规律查明溶洞、土洞、塌陷分布、形态、机制、规律检测、监测检测、监测对症下药，标本兼治，一劳永逸对症下药，标本兼治，一劳永逸上段上段-加固地基；加固地基；中段中段-封堵天窗；封堵天窗；下段下段-截断岩溶水。截断岩溶水。认识问题准确而深刻认识问题准确而深刻-岩溶塌陷的科学规律；岩溶塌陷的科学规律；解决问题有效而经济解决问题有效而经济-巧妙巧妙就是一种艺术。就是一种艺术。失败的警示失败的警示 举例举例杭州地铁杭州地铁1号线湘湖路站号线湘湖路站2008年年11月月15日突然塌陷，连续墙断裂，日突然塌陷，
7、连续墙断裂，大幅内移，大幅内移，坑底升高，坑底升高，湖湖水灌入，水灌入，死亡死亡21人，重伤人，重伤1人，轻伤人，轻伤3人，直接经济人，直接经济损失损失巨大。巨大。基坑最大事故基坑最大事故，8人判刑，人判刑，11人处分。人处分。施工超挖施工超挖、监测缺失监测缺失-事故直接原因事故直接原因教训惨重，没齿难忘的警示。教训惨重，没齿难忘的警示。勘察设计角度勘察设计角度-土性和计算参数的测试土性和计算参数的测试和和选定选定；稳定分析应如何计算稳定分析应如何计算；内支撑整体稳定性等内支撑整体稳定性等。岩土工程典型案例述评岩土工程典型案例述评有有详细分析详细分析反面警示常比正面经验更生动，印象更深刻反面警
8、示常比正面经验更生动，印象更深刻2 一比一的科学实验一比一的科学实验计算预测不可能精确，计算预测不可能精确，唯原型监测才能真正定量。唯原型监测才能真正定量。日本关西国际机场人工岛日本关西国际机场人工岛上部为厚上部为厚20m吹填软土，砂井处理；吹填软土，砂井处理；下卧层为下卧层为厚厚120m洪积土，未处理。洪积土，未处理。勘探测试勘探测试、计算理论、计算理论先进先进。设计阶段，设计阶段，计算计算50年沉降年沉降：上部上部软土沉降软土沉降6.5m，机场开通时沉降结束，机场开通时沉降结束；洪积土沉降洪积土沉降1.5m，机场开通时预计，机场开通时预计几十几十厘米。厘米。填土达标高后填土达标高后6个月个
9、月实测实测，上部上部软软土沉降土沉降5.5m，小于计算值；，小于计算值；洪积土沉降洪积土沉降1.5m，远大于预计值。，远大于预计值。重新勘探试验和计算，调整为重新勘探试验和计算，调整为上部软土沉降上部软土沉降5.5m，洪积土沉降洪积土沉降5.5m，总沉降，总沉降11.0m。机玚开通时，机玚开通时，按按实测数据推算，实测数据推算，50年总沉降年总沉降10.34m，比调整计算小，比调整计算小0.66m。本案例条件不复杂，问题在于参数本案例条件不复杂，问题在于参数。缺乏经验情况下，即使工作认真细致，技术水缺乏经验情况下，即使工作认真细致，技术水平高，沉降计算还是没有把握平高，沉降计算还是没有把握，单
10、纯计算靠不住，单纯计算靠不住，原型监测多重要原型监测多重要！概念失误和预测偏差概念失误和预测偏差概念失误是原则性错误。概念失误是原则性错误。质的错误质的错误正常预测偏差一般由计算模式、计算参数与正常预测偏差一般由计算模式、计算参数与工程实际差别引起，与岩土工程特点有关。工程实际差别引起，与岩土工程特点有关。量的偏差。量的偏差。为减小偏差：为减小偏差：精心勘察设计；精心勘察设计；现场原型试验或试验性施工；现场原型试验或试验性施工；加强工程监测。加强工程监测。计算可靠性有限的原因计算可靠性有限的原因计算计算模式与实际条件的差别，模式与实际条件的差别，以地基承载力和基坑降水为例；以地基承载力和基坑降
11、水为例；计算参数的不确定性，计算参数的不确定性，以压缩系数和抗剪强度指标为例。以压缩系数和抗剪强度指标为例。地基承载力计算不如载荷试验推算；地基承载力计算不如载荷试验推算；基坑降水计算有时不如经验估计。基坑降水计算有时不如经验估计。3 新概念新方法的源泉新概念新方法的源泉苏联某钢铁基地与湿陷性土苏联某钢铁基地与湿陷性土北京彩电中心与扩底桩北京彩电中心与扩底桩南京造纸厂与水泥粉煤灰碎石桩南京造纸厂与水泥粉煤灰碎石桩正负电子对撞机工程与全新活动断裂正负电子对撞机工程与全新活动断裂 北京八宝山断裂北京八宝山断裂与与电子对撞机工程电子对撞机工程预测断裂活动性预测断裂活动性难度极大，曾长期困扰难度极大，
12、曾长期困扰工程界。工程界。八宝山断裂已有活动断裂定论，八宝山断裂已有活动断裂定论，1984年，年，因因正负电子对撞机工程深入研究正负电子对撞机工程深入研究，以以确凿证据作出确凿证据作出 工程使用期间不工程使用期间不会会发生浅表岩层错动的结论。发生浅表岩层错动的结论。赢得了时间，节省了投资，赢得了时间，节省了投资，为全新活动断裂新概念提供工程范例，为全新活动断裂新概念提供工程范例，打下理论基础打下理论基础。全新活动断裂新概念全新活动断裂新概念以地质历史观为分析依据，以地质历史观为分析依据，注意地质年代尺度与工程年代尺度巨大差别，注意地质年代尺度与工程年代尺度巨大差别，“回顾一万年，展望一百年回顾
13、一万年，展望一百年”。1%新概念得到业内专家普遍赞同，列入岩土工新概念得到业内专家普遍赞同，列入岩土工程勘察规范，建筑抗震设计规范程勘察规范，建筑抗震设计规范结束在断裂活动性面前束手无策的被动局面。结束在断裂活动性面前束手无策的被动局面。2 土的结构强度土的结构强度案例案例6 济南万科住宅群基础与残积土特性济南万科住宅群基础与残积土特性 工程概况工程概况7栋高层住宅，栋高层住宅，地上地上2834层，地下层，地下2层，层，高度近高度近100m，剪力墙结构，剪力墙结构，基底埋深基底埋深7.2m。地基土概况地基土概况地层：地层：填土、填土、黄土、黄土、粉质黏土、粉质黏土、卵石、卵石、闪长岩残积土、闪
14、长岩残积土、全风化闪长岩、全风化闪长岩、强风化闪强风化闪长岩、长岩、中等风化闪长岩。中等风化闪长岩。持力层：持力层：卵石卵石：局部夹硬塑局部夹硬塑坚硬粉质黏土和坚硬粉质黏土和黏土，部分胶结，层位稳定，未深宽修正承载力黏土，部分胶结，层位稳定，未深宽修正承载力特征值特征值400kPa，厚厚11.7014.30m；主要下卧层：主要下卧层：闪长岩残积土闪长岩残积土，土状土状-粉细砂状，普遍分布，粉细砂状，普遍分布，厚度厚度10m以上以上。指标平均值：指标平均值：含水量含水量43.8、孔隙比、孔隙比1.342、压缩模量压缩模量3.76MPa、N=15.7，未深宽修正承载力特征值未深宽修正承载力特征值2
15、20kPa。基础方案基础方案 天然地基天然地基2层地下窒，基础埋深层地下窒，基础埋深7.2m，持力层持力层卵石。卵石。基底压力基底压力530620 kPa，修正后满足，局部黏，修正后满足，局部黏性土夹层适当处理。性土夹层适当处理。下卧层残积土承载力验算通过。下卧层残积土承载力验算通过。主要问题主要问题：室内试验室内试验压缩模量低压缩模量低，高层建筑，高层建筑变形验算不能变形验算不能通过通过。基础方案基础方案 桩基础桩基础灌注桩，穿过灌注桩，穿过卵石、卵石、闪长岩残积土、闪长岩残积土、全风全风化闪长岩化闪长岩、强风化闪长岩，以强风化闪长岩，以中等风化闪长中等风化闪长岩为桩基持力层岩为桩基持力层，
16、嵌岩桩。嵌岩桩。桩端全断面嵌入中风化闪长岩不小于桩端全断面嵌入中风化闪长岩不小于2倍桩径。倍桩径。中风化岩顶面起伏大，应中风化岩顶面起伏大，应做做桩基施工勘察。桩基施工勘察。桩深桩深2741m，有效桩长，有效桩长2030m，需穿过巨需穿过巨厚、胶结卵石厚、胶结卵石及残积土、全风化、强风化岩。及残积土、全风化、强风化岩。补充测试和决策补充测试和决策残积土深层载荷试验，结果，残积土深层载荷试验，结果，承载力特征值承载力特征值500kPa，变形模量，变形模量28MPa。旁压试验结果旁压试验结果：承载力特征值承载力特征值432529kPa，压缩模量为压缩模量为2027MPa。采用天然地基采用天然地基，
17、补充原位测试数据补充原位测试数据。施工过程及施工后进行沉降观测，施工过程及施工后进行沉降观测，一般一般 12cm，最大最大22.5mm。残积土特点残积土特点沉积土：沉积土：长途搬运沉积，风化碎屑经撞击、摩长途搬运沉积，风化碎屑经撞击、摩擦、擦、氧化、氧化、溶解、分选，形成卵石、砾石、砂溶解、分选，形成卵石、砾石、砂，颗粒坚硬；黏性土蜂窝结构或絮状结构。颗粒坚硬；黏性土蜂窝结构或絮状结构。传统土力学只考虑孔隙比变化，不考虑土粒可传统土力学只考虑孔隙比变化，不考虑土粒可压缩性压缩性、可被压碎可被压碎，不研究土的结构强度。，不研究土的结构强度。残积土：残积土：原地残留，未搬运和分选，原地残留，未搬运
18、和分选，1 保留岩石残余凝聚力保留岩石残余凝聚力(结构强度结构强度)；2 颗粒组成颗粒组成不不明确，外力作用明确，外力作用“颗粒颗粒”可可压压缩或压碎，粒度变细。缩或压碎，粒度变细。残积土测试不同母岩和不同风化环境不同母岩和不同风化环境，残积土特性大不相同。残积土特性大不相同。试样小代表性不足试样小代表性不足，试验数据离散性大；，试验数据离散性大；取样易扰动取样易扰动，残余凝聚力或结构强度易破坏。，残余凝聚力或结构强度易破坏。原位测试为主原位测试为主，标准贯入、动力触探、，标准贯入、动力触探、旁压试验、载荷试验等，旁压试验、载荷试验等，以载荷试验以载荷试验为主为主确定地基承载力和变形参数。确定
19、地基承载力和变形参数。深圳经验值得借鉴深圳经验值得借鉴案例案例23 墨西哥墨西哥Texcoco抽水造湖与现场试验抽水造湖与现场试验 墨西哥软土：墨西哥软土：火山灰湖泊中沉积，火山灰湖泊中沉积，100%小于小于0.005mm，片状，含水量达片状，含水量达400%，塑限、液限以百计。，塑限、液限以百计。原状土十字板强度原状土十字板强度10kPa，灵敏度，灵敏度10以上。以上。原状土直立，摇晃几下即成稀泥。原状土直立，摇晃几下即成稀泥。抽取地下水，抽取地下水，70年代地面沉降累计最大年代地面沉降累计最大9m。砂层中井管高出地面数米。砂层中井管高出地面数米。端承桩成端承桩成“高桩承台高桩承台”，影响抗
20、震性能。，影响抗震性能。Texcoco改造项目改造项目软黏土软黏土两层两层，含水量，含水量约约300，孔隙比，孔隙比约约10，上层厚上层厚35m，下层厚，下层厚12 m，中夹砂层中夹砂层，50 m下是下是10 m厚的砂层。厚的砂层。现为现为荒滩荒滩，拟改，拟改造为大公园造为大公园。若干人工湖、排水渠道若干人工湖、排水渠道(总长总长18km，深，深5m)、高速公路、飞机场、污水处理场、植树种草等高速公路、飞机场、污水处理场、植树种草等大量原型大量原型试验研究试验研究厉时数年，工地成大实验室。项目：厉时数年，工地成大实验室。项目：抽水造湖；抽水造湖；补偿式基础补偿式基础；桩基工程桩基工程；堆方工程
21、堆方工程；机场跑道机场跑道；高速公路高速公路；渠道开挖；渠道开挖；土瓖改良，土瓖改良，植树种草植树种草。工程实施和使用过程中，继续长期观测工程实施和使用过程中，继续长期观测。常规勘察是设计前期工作的一小部分。常规勘察是设计前期工作的一小部分。抽水造湖抽水造湖井距井距l60m，深，深60m，进入进入下部砂层，井间设孔压计。下部砂层，井间设孔压计。自然水位接近地面，井水位深平均自然水位接近地面，井水位深平均30m，井井间间水位平均水位平均20m，深层沉降标，深层沉降标测分层测分层压缩。压缩。造造湖面积湖面积4.2km1.2km5年抽水，年抽水，体积压缩总量体积压缩总量l760万万m3。除边缘。除边
22、缘外，外，沉降量约沉降量约4 m，180口井总抽水量口井总抽水量700Ls。不用任何开挖设备不用任何开挖设备和和运输工具，运输工具，造价造价经济，现场文明经济，现场文明。天高不算高，人智高一超。天高不算高，人智高一超。平地沉作湖。不动土一锹。平地沉作湖。不动土一锹。堆方试验堆方试验为为湖堤湖堤、高速公路，确定堆方稳定性和沉降量，高速公路，确定堆方稳定性和沉降量，试段长试段长l00m，高，高3 m，顶宽，顶宽20m，底宽，底宽60m。经经7年观测，堆方中心沉降年观测，堆方中心沉降1.40m测斜仪量测深部水平位移，平均测斜仪量测深部水平位移，平均5cm。结结论论：堆方压力下竖向沉降堆方压力下竖向沉
23、降为主为主 水平位移很小，堆方稳定。水平位移很小，堆方稳定。渠道开挖试验渠道开挖试验按常规计算，稳定坡度按常规计算，稳定坡度1/12。灵敏度高灵敏度高，不扰动，利用其结构强度。不扰动，利用其结构强度。两个试验段，不用挖土机两个试验段，不用挖土机和和运输车，运输车，保持水位保持水位，用挖泥船水下开挖运输。用挖泥船水下开挖运输。挖深挖深4 m，坡度坡度1/3。设监测元件监测。设监测元件监测 开挖、放水、灌水开挖、放水、灌水时时水平水平、垂直位移，垂直位移，控制施工速度。控制施工速度。多次放水、灌水，四、五年观测，边坡稳定，多次放水、灌水，四、五年观测，边坡稳定，方法方法可行。可行。桩基试验桩基试验
24、 负摩擦试验负摩擦试验试验桩长试验桩长30m，三角形截面，边长，三角形截面，边长500mm。沿桩长设置观测沿桩长设置观测压力压力元件。元件。第一阶段无附加荷载，第一阶段无附加荷载，观测抽水地面沉降的负摩擦力；观测抽水地面沉降的负摩擦力；第二阶段第二阶段为加为加载试验载试验，考察时，考察时未开始。未开始。第一阶段随抽水和地面沉降，第一阶段随抽水和地面沉降，地表至地表至22m，轴力自上而下增加；，轴力自上而下增加；22m下自上而下减小，桩端最小。下自上而下减小，桩端最小。中性点中性点在在22 m，以上负摩擦，以下正摩擦。以上负摩擦，以下正摩擦。结构强度结构强度的普遍性的普遍性土的原状结构具有的强度
25、土的原状结构具有的强度，非压密固结形成。非压密固结形成。几乎所有土都有结构性，成因和表现各不相同：几乎所有土都有结构性，成因和表现各不相同：结晶岩残积土结晶岩残积土、黏黏性性土土、黄土黄土、红黏土红黏土、膨胀土膨胀土、盐渍土盐渍土、“硬壳层硬壳层”、砂砂土。土。灵敏度反映结构强度灵敏度反映结构强度，低灵敏黏土低灵敏黏土12，高灵敏黏土，高灵敏黏土10以上以上。结构强度结构强度 多数情况一旦破坏，很难恢复。多数情况一旦破坏，很难恢复。结构强度的多样性结构强度的多样性软土触变：软土触变：胶体摇晃，凝胶胶体摇晃，凝胶-溶胶，静止，溶胶溶胶，静止，溶胶-凝胶。凝胶。有结构有结构-无结构的可逆过程，时间
26、的函数。无结构的可逆过程，时间的函数。胶体颗粒小于胶体颗粒小于0.002mm。黏性土表面吸附胶体，黏性土表面吸附胶体，凝胶凝胶生成结构强度，生成结构强度，溶胶丧失结构强度。溶胶丧失结构强度。结构强度的多样性结构强度的多样性红土化：红土化：高温高湿氧化环境下，碱金属、碱土金属、硅高温高湿氧化环境下，碱金属、碱土金属、硅迁移；铁、铝氧化物积聚迁移；铁、铝氧化物积聚。黏粒聚集，负电荷与阳离子结合，黏粒聚集，负电荷与阳离子结合，形成水稳性好的结构。形成水稳性好的结构。盐酸盐红黏土，下接基岩，上硬下软，裂隙。盐酸盐红黏土，下接基岩，上硬下软，裂隙。孔隙比高，液限高，黏粒含量高，强度也高孔隙比高，液限高，
27、黏粒含量高，强度也高。强度形成不能用自重压密和固结状态解释。强度形成不能用自重压密和固结状态解释。结构强度的多样性结构强度的多样性黄土：黄土：干旱或半干旱环境生成，干旱或半干旱环境生成，粉土粒以点接触为主架空结构，少量盐晶和黏粉土粒以点接触为主架空结构，少量盐晶和黏粒胶结形成结构强度；粒胶结形成结构强度；水稳性差，产生湿陷。水稳性差，产生湿陷。盐渍土盐渍土：决定于：决定于阳离子阳离子、阴离子组分和含量；阴离子组分和含量；溶陷性、盐胀性。溶陷性、盐胀性。“硬壳层硬壳层”：干缩形成结构强度干缩形成结构强度。砂砂土土：粒状土，粒状土，不同排列有不同强度，不同排列有不同强度，实际实际黏聚力黏聚力有时有
28、时不一定是不一定是0。结构强度的多样性结构强度的多样性膨胀土：膨胀土：亲水黏土矿物亲水黏土矿物 胀缩性；胀缩性；随气候反复；随气候反复；超固结超固结性：性：反复胀缩形成，侧压力系数高；反复胀缩形成，侧压力系数高；裂隙性：裂隙性：密集镜面状剪切裂隙；密集镜面状剪切裂隙；强度特性：强度特性：随含水量增大衰减，随含水量增大衰减，勘察含水量不代表工程实况；勘察含水量不代表工程实况；放坡：放坡：自然稳定坡角；自然稳定坡角；挡土：挡土：静止土压力高，静止土压力高，土压力算不准，防止增湿强度降低，快速作业。土压力算不准，防止增湿强度降低，快速作业。地基：地基：大压力有利，大压力有利，无理论计算方法，按胀缩性
29、分级采取措施。无理论计算方法，按胀缩性分级采取措施。积累地方经验积累地方经验传统土力学的局限传统土力学的局限传统土力学是重塑土力学，饱和土力学。传统土力学是重塑土力学，饱和土力学。传统土力学未考虑结构性；非饱和土力学不成熟传统土力学未考虑结构性；非饱和土力学不成熟岩土工程用土力学应注意其局限。岩土工程用土力学应注意其局限。黏性土的状态黏性土的状态-原状土与重塑土不同原状土与重塑土不同；固结试验固结试验-理论上限于饱和土理论上限于饱和土；三轴试验固结和排水三轴试验固结和排水-理论上限于饱和土。理论上限于饱和土。土的结构性难以用传统土力学理论说明：土的结构性难以用传统土力学理论说明：孔隙水压力与有
30、效应力原理；孔隙水压力与有效应力原理；土的压密状态或固结状态；土的压密状态或固结状态；建立在有效应力基础上的建立在有效应力基础上的 强度理论和测试方法；强度理论和测试方法；沈珠江：土体结构性数学模型和相应理论沈珠江：土体结构性数学模型和相应理论用原位测试和原型试验补充不足用原位测试和原型试验补充不足，载荷试验、试桩、试验性施工、原型监测等。载荷试验、试桩、试验性施工、原型监测等。原型试验原型试验墨西哥墨西哥TEXCOCO；敦煌盐胀性土敦煌盐胀性土(案例案例30)；青藏铁路青藏铁路(案例案例32)；载荷试验、试桩：现场原型试验、试验性施工；载荷试验、试桩：现场原型试验、试验性施工；地基处理规范地
31、基处理规范：预压、强夯、强夯置换、注：预压、强夯、强夯置换、注浆、复合地基，均强调现场试验或试验性施工；浆、复合地基，均强调现场试验或试验性施工；新编新编高填方地基技术规范高填方地基技术规范机场岩土工程设机场岩土工程设计规范要求：计规范要求：高填方大面积施工前，在代表性场地进行现场试高填方大面积施工前，在代表性场地进行现场试验或试验性施工，确定或优化施工方法和参数。验或试验性施工，确定或优化施工方法和参数。3 基坑隆起和水患基坑隆起和水患广东某工程广东某工程工程概况工程概况地面以上地面以上27层，总高层，总高99.8m，地面以下，地面以下4层，层，基坑深度基坑深度16.5m。地下室平面尺寸为：
32、。地下室平面尺寸为：东西宽约东西宽约70m，南北长约，南北长约90m。土质概况土质概况海积、海陆交互沉积，厚度极不均匀，海陆交互海积、海陆交互沉积，厚度极不均匀，海陆交互沉积以沉积以下下为残积土，为残积土，顶面深顶面深约约23m。支护结构支护结构无嵌固深度的逆作挡墙无嵌固深度的逆作挡墙+钢结构内支撑；钢结构内支撑；搅拌桩加旋喷桩截水围幕。搅拌桩加旋喷桩截水围幕。钢筋混凝土直墙分钢筋混凝土直墙分6层，层，钢支撑钢支撑4层，层，分别支撑在第一、二、四、五层直墙上。分别支撑在第一、二、四、五层直墙上。标高为标高为-3m、-6.5m、-10m、-13.5m。每层直墙分每层直墙分35段，钢支撑段，钢支撑
33、13道，道，每角有每角有3道，道，45度角对撑，度角对撑，东西向水平支撑一道。东西向水平支撑一道。事故经过事故经过挡土墙从上至下逆作施工，挡土墙从上至下逆作施工，4月月10日第四层挡墙日第四层挡墙封闭，开挖深度应封闭，开挖深度应11.7m，但实测已达，但实测已达 15.0m，局部，局部16.8m，低于第四层钢支撑。低于第四层钢支撑。此时第四层钢支撑尚未安装，第三层还有此时第四层钢支撑尚未安装，第三层还有1号和号和13号未安装。号未安装。4月月28日测试，超过日测试，超过130MPa的已达的已达24个，超个，超过过150MPa的已达的已达20个。个。第一层支撑受压构件变成了受拉构件。第一层支撑受
34、压构件变成了受拉构件。4月月30日，发现挡墙下沉和倾斜明显增加。日，发现挡墙下沉和倾斜明显增加。5月月2、3日连续暴雨，加速险情。日连续暴雨，加速险情。5月月6日上午，坑外地表累计下沉日上午，坑外地表累计下沉176mm，下，下午午2时，基坑南面钢支撑连续爆裂、端部多处开时，基坑南面钢支撑连续爆裂、端部多处开裂、脱落、失稳，坑底土隆起裂、脱落、失稳，坑底土隆起200mm。4时全线撤离，居民疏散。时全线撤离，居民疏散。4点点30分，坑内频繁分，坑内频繁爆裂声响，东南角首先坍塌，墙体爆裂声响，东南角首先坍塌，墙体后仰后仰滑入坑内。滑入坑内。接着西南角也接着西南角也后仰后仰滑入坑内，坑外滑入坑内，坑外
35、3栋房屋整体栋房屋整体滑入坑内（滑距滑入坑内（滑距20余米）。余米）。晚上晚上8时许，整个基坑全部倒塌。时许，整个基坑全部倒塌。由于人员撤离由于人员撤离及时，未造成人员死亡。及时，未造成人员死亡。事故原因分析事故原因分析1 地质条件复杂地质条件复杂；2 严重超挖；严重超挖；3 设计方案重大失误设计方案重大失误。软土深基坑采用无嵌固深度的混凝土挡墙逆作围软土深基坑采用无嵌固深度的混凝土挡墙逆作围护，严重概念性错误。护，严重概念性错误。设计者仅考虑侧设计者仅考虑侧土土压力，忘记了竖向力的问题。压力，忘记了竖向力的问题。随基坑加深，基坑内外随基坑加深，基坑内外竖向竖向压力差越来越大，压力差越来越大，
36、如如土质好，可依靠承载力平衡；土质好，可依靠承载力平衡；如土质软，压力超过土的强度，必然产生塑性流如土质软，压力超过土的强度，必然产生塑性流动和破坏，动和破坏，表现在坑内隆起，护壁后仰，整体滑动。表现在坑内隆起，护壁后仰，整体滑动。无嵌固直墙基底隆起无嵌固直墙基底隆起土钉墙基底承载力不足土钉墙基底承载力不足引发隆起破坏引发隆起破坏某基坑某基坑水患水患案例案例15 北京郊区某工程的基坑渗透破坏北京郊区某工程的基坑渗透破坏 渗透破坏渗透破坏概况概况上部粉土和黏性土，厚约上部粉土和黏性土，厚约12m；下部巨厚新近系长辛店砾石层下部巨厚新近系长辛店砾石层(卵石，半胶结卵石，半胶结)。地下水位地下水位：
37、地面以下地面以下2m。基坑长基坑长76m，宽，宽38m，深，深9.1m，放坡开挖，放坡开挖，坑中坑。坑中坑。天然地基，粉土和粉黏为持力层。天然地基，粉土和粉黏为持力层。降水回灌结合降水回灌结合，36个降水井，井深个降水井，井深12m，到达，到达长辛店砾石层顶面长辛店砾石层顶面，回灌井在降水井外围回灌井在降水井外围。实施实施挖至挖至7m，再挖一铲发现地下水，水位深，再挖一铲发现地下水，水位深8.1m，水量较大。水量较大。认为认为上覆粉土和黏性土竖向上覆粉土和黏性土竖向渗透系数远大于水平渗透系数远大于水平渗透系数，估计为渗透系数，估计为2m/d。无法继续降水无法继续降水。基坑内侧周边强行挖至深度基
38、坑内侧周边强行挖至深度9.4m(深于基坑标高深于基坑标高300mm)，碎石回填成盲沟碎石回填成盲沟，集水坑抽出。，集水坑抽出。问题问题继续开挖，接近设计标高时冒水，似继续开挖，接近设计标高时冒水，似“泉眼泉眼”；盲沟顶部盲沟顶部“橡皮土橡皮土”，开挖较浅处情况正常。，开挖较浅处情况正常。坑内坑内4处载荷试验处载荷试验(实际实际完成完成2处处)。压板面积压板面积2m2，要求承载力特征值，要求承载力特征值250kPa。实际：实际：1号极限承载力号极限承载力350kPa；2号不正常，加载很小即大量沉降，未能完成。号不正常，加载很小即大量沉降，未能完成。地基土严重扰动，放弃天然地基，用桩基础。地基土严
39、重扰动，放弃天然地基，用桩基础。判断失误，方案失误判断失误，方案失误是渗透破坏，非是渗透破坏，非渗透系数垂直远大于水平渗透系数垂直远大于水平。自然自然水位水位2m，基坑深基坑深9.1m，降水井深，降水井深12m，砾石层顶，深于基坑底不到砾石层顶，深于基坑底不到3m，有回灌井。，有回灌井。含水层渗透含水层渗透性强性强、厚度大，降水井全深度在弱透、厚度大，降水井全深度在弱透水性土中，抽水只能井底进入，不能有效降低砾水性土中，抽水只能井底进入，不能有效降低砾石层水头石层水头。周边盲沟排水对上层滞水和降深不大潜水有效，周边盲沟排水对上层滞水和降深不大潜水有效，本案例强透水层水头高出坑底本案例强透水层水
40、头高出坑底7.1m，盲沟降，盲沟降水水不可能不可能。渗透破坏渗透破坏土体骨架由于渗透力作用而发生的破坏现象，主土体骨架由于渗透力作用而发生的破坏现象，主要包括流土和管涌。要包括流土和管涌。流土流土：向上渗流地下水流速超过临界状态，渗透向上渗流地下水流速超过临界状态，渗透力使水流逸出处的土粒处于悬浮状态，造成地面力使水流逸出处的土粒处于悬浮状态，造成地面隆起、水土流失的现象。隆起、水土流失的现象。管涌管涌：渗流作用下，土中的细粒通过骨架孔隙通渗流作用下，土中的细粒通过骨架孔隙通道随渗流水从内部逐渐向外流失，形成管状通道，道随渗流水从内部逐渐向外流失，形成管状通道，可使土体破坏的现象。可使土体破坏
41、的现象。流土与管涌的区別流土与管涌的区別流土流土：发生在颗粒较细而均匀的土中发生在颗粒较细而均匀的土中；管涌管涌：发生在颗粒粗细不均匀的土中发生在颗粒粗细不均匀的土中。流土流土：发生时土粒全面悬浮，迅速失去强度发生时土粒全面悬浮，迅速失去强度；管涌管涌：开始流失细颗粒，逐渐发展为管状通道，开始流失细颗粒，逐渐发展为管状通道，渐进式破坏。渐进式破坏。流土比管涌更危险。流土比管涌更危险。突涌突涌：力学平衡问题，开挖速度较快，承压水力学平衡问题，开挖速度较快，承压水头将黏性土拱破，形成裂缝，水土涌出，坑底头将黏性土拱破，形成裂缝，水土涌出，坑底隆起隆起、破坏、破坏。压力超越临界度，基坑顿成万泉湖。压
42、力超越临界度，基坑顿成万泉湖。强度尽失地基毁，一池泥水难排除。强度尽失地基毁，一池泥水难排除。4 基坑降水基坑降水案例18基坑降水设计与计算中的问题基坑降水设计与计算中的问题平面平面40m50m，深度，深度12.0m，水位深水位深2.5m，需降水至，需降水至13m。地层：地层：0.02.2m填土；填土；2.215.0m细中砂夹细中砂夹多层较簿黏性土；多层较簿黏性土；15.019.0m黏土；黏土；19.0m以下砂土与黏性土互层。以下砂土与黏性土互层。大口径管井降水，间距大口径管井降水，间距6.0m，沿沿基坑周边布置，基坑周边布置，共共32口口，封闭状。，封闭状。井深井深17.0m，深入黏土约，深
43、入黏土约2.0m，完整井，井结，完整井，井结构符合规定。构符合规定。按建筑基坑支护规程按建筑基坑支护规程“大井法大井法”计算计算因细中砂含黏性土薄夹层，因细中砂含黏性土薄夹层，概化后概化后渗透系渗透系数数取综合值取综合值0.8m/s。计算得总涌水量计算得总涌水量180m3/d，每井平均涌水，每井平均涌水量量5.6 m3/d，似符合一般经验。，似符合一般经验。实施基坑降水运行情况与计算结果相差甚大，基坑降水运行情况与计算结果相差甚大，初期出水情况尚可，接着越抽越少，再后初期出水情况尚可，接着越抽越少，再后来所有井都不能正常出水，来所有井都不能正常出水，一抽就干，一停有水，坑壁不断渗水，无一抽就干
44、，一停有水，坑壁不断渗水，无法正常开挖作业，法正常开挖作业，只得采用垒砂袋、明排等措施，勉强完成只得采用垒砂袋、明排等措施，勉强完成基坑开挖。基坑开挖。讨论讨论 计算假定与实际之间的差别计算假定与实际之间的差别“大井法大井法”源于裘布衣公式，实际与假源于裘布衣公式，实际与假定定基本符基本符合合时时虽然粗糙，但可用虽然粗糙，但可用；差别较大时，计算结果差别较大时，计算结果可能严重偏离实际。可能严重偏离实际。裘布衣公式裘布衣公式1863年导出年导出至至今今150年，从稳定流年，从稳定流到非稳定流，从解析法到数值法，认识水平有了到非稳定流，从解析法到数值法，认识水平有了很大提高，计算方法不断创新。很
45、大提高，计算方法不断创新。现仍现仍用裘布衣理论，用裘布衣理论，可能由于其可能由于其简单明了，计算简单明了，计算方便方便，基坑降水要求精度不高。基坑降水要求精度不高。但必须充分理解实际条件与理论假设之间的差别，但必须充分理解实际条件与理论假设之间的差别，提高自觉性，避免陷入误区。提高自觉性，避免陷入误区。1 假定稳定流，实际可能非稳定流假定稳定流，实际可能非稳定流补给和抽水平衡时，水位和水量才能稳定，抽补给和抽水平衡时，水位和水量才能稳定，抽水大于补给必继续疏干含水层，处于非稳定状水大于补给必继续疏干含水层，处于非稳定状态。态。基坑抽水初始抽水量较大，以迅速将水位降至基坑抽水初始抽水量较大，以迅
46、速将水位降至设计要求，疏干含水层，设计要求，疏干含水层，为为非稳定流阶段；非稳定流阶段；随着基坑周边疏干范围扩大，水力坡度降低，随着基坑周边疏干范围扩大，水力坡度降低，流量渐渐减少，抽水量与补给量平衡时达到稳流量渐渐减少，抽水量与补给量平衡时达到稳定，这是稳定流阶段。定，这是稳定流阶段。对富水性强，补给条件好，基坑面积和降水深度对富水性强，补给条件好，基坑面积和降水深度不大的工程，降水初期，基坑外侧为非稳定流，不大的工程，降水初期，基坑外侧为非稳定流，后期逐渐稳定，达到抽水与补给的平衡，成为稳后期逐渐稳定，达到抽水与补给的平衡，成为稳定流；定流；对富水性弱，补给条件差，基坑面积和降水深度对富水
47、性弱，补给条件差，基坑面积和降水深度大的工程，可能直到工程结束大的工程，可能直到工程结束仍为非稳定流。仍为非稳定流。基坑内侧处在封闭降水条件下，无补给，故自始基坑内侧处在封闭降水条件下，无补给，故自始至终都是非稳定流。至终都是非稳定流。对前者，用稳定流计算可能有一定价值；对前者，用稳定流计算可能有一定价值；对后者，用稳定流计算意义不大。对后者，用稳定流计算意义不大。2 假定潜水井降深不能过大，假定潜水井降深不能过大，实际一般为大降深实际一般为大降深裘布衣假定，流入完整井中的水为径向轴对称流，裘布衣假定，流入完整井中的水为径向轴对称流，忽略渗流矢量垂直分量。承压水流线水平，等势忽略渗流矢量垂直分
48、量。承压水流线水平，等势线垂直，符合假设，水力梯度为线垂直，符合假设，水力梯度为ds/dx。潜水有弯曲的潜水面，流线弯曲，等势面不垂直，潜水有弯曲的潜水面，流线弯曲，等势面不垂直，水力梯度为水力梯度为ds/dl（l为流线微分弧长）。裘布衣为流线微分弧长）。裘布衣假定意味着令假定意味着令ds/dx=ds/dl，即等势面垂直，等，即等势面垂直，等势面上不同深度的水力梯度均相等。势面上不同深度的水力梯度均相等。该该假设只有在水力梯度小假设只有在水力梯度小的的条件下才成立，即降条件下才成立，即降深与含水层厚度之比较小才基本符合实际。深与含水层厚度之比较小才基本符合实际。按裘布衣假定计算的水位低于实际自
49、由水位，偏按裘布衣假定计算的水位低于实际自由水位，偏不安全不安全。离抽水井越近，偏差越大。抽水井的降离抽水井越近，偏差越大。抽水井的降深越大，偏差越大。深越大，偏差越大。基坑降水无法限制抽水井降深，如水位降到离潜基坑降水无法限制抽水井降深，如水位降到离潜水层底面很近时仍用裘布衣公式水层底面很近时仍用裘布衣公式,无无实际意义。实际意义。本案例本案例含水层厚度仅为含水层厚度仅为12.5m，设计水位降深，设计水位降深达达10.5m，降水水位离含水层底板只剩，降水水位离含水层底板只剩2.0m，与裘布衣假定出入太大，计算结果与裘布衣假定出入太大，计算结果肯定肯定严重偏离严重偏离实际。实际。3 影响半径问
50、题影响半径问题裘布裘布衣衣影响半径、影响半径、经验公式计算影响半径、经验公式计算影响半径、抽水试验影响半径抽水试验影响半径、基坑降水影响半径基坑降水影响半径，实际上不是同一概念。实际上不是同一概念。裘布裘布衣衣影响半径影响半径-独立参数独立参数，虚拟的参数虚拟的参数，离抽水井离抽水井R的圆周断面上存在一个常水头的圆周断面上存在一个常水头影响半径经验公式影响半径经验公式承压水奚哈德公式承压水奚哈德公式潜水库萨金公式潜水库萨金公式与与s、k、h0有关有关，非独立参数，非独立参数潜水井裘布衣公式，潜水井裘布衣公式，R为独立参数为独立参数抽水试验影响半径抽水试验影响半径-不仅与不仅与s、k、h0有关，