环境岩土工程学东南大学潘华良环境岩土工程学概论人类工程活动造成的环境岩土工程问题学习教案.pptx

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1、会计学1环境岩土工程学东南大学潘华良环境岩土工环境岩土工程学东南大学潘华良环境岩土工程学概论人类程学概论人类(rnli)工程活动造成的环境工程活动造成的环境岩土工程问题岩土工程问题第一页，共61页。8.1打打桩桩(d zhung)对对周周围围环环境境的的影响影响n n预制桩及沉管灌注桩等挤土桩，在沉桩过程中，桩周地表土体隆起(ln q)，桩周土体受到强烈挤压扰动，土体结构被破坏。n n探讨受打桩扰动后桩周土的工程特性，对合理进行桩基设计具有重要意义。第1页/共60页第二页，共61页。第2页/共60页第三页，共61页。桩挤土效应的理论桩挤土效应的理论(lln)分析分析n n1.小孔扩张(kuzh

2、ng)理论第3页/共60页第四页，共61页。塑性区的应力塑性区的应力(yngl)变化变化n n对饱和软土，其塑性(sxng)区任一点的应力两个方向(径向 、切向 )上的总应力增量：R-塑性(sxng)区半径；cu-土的不排水强度；-离桩心距离；第4页/共60页第五页，共61页。弹性区的应力弹性区的应力(yngl)变化变化R-塑性区半径；cu-土的不排水强度(qingd)；-离桩心距离；第5页/共60页第六页，共61页。塑塑性性区区边边界界(binji)上上径径向向位位移移、塑塑性性区区半半径径及及桩桩土土界界面面的的挤挤压力压力Pu-桩土界面径向挤压应力；cu-土的不排水强度；up-塑性区边界

3、(binji)上的径向位移；E-土的弹性模量；-土的泊松比。第6页/共60页第七页，共61页。2.强扰动强扰动(rodng)区的范围区的范围当土体确定(qudng)后，土的力学指标E、c、不变，塑性区半径与小孔直径呈线性关系。第7页/共60页第八页，共61页。沉沉 桩桩 对对 周周 围围 环环 境境 的的 影影 响响(yngxing)n n(1)噪音的影响。n n打桩时柴油锤产生的噪音可高达120dB以上，一根长桩至少要锤击几百次乃至几千次。这对附近的学校、医院、居民、机关等都具有一定的干扰作用，打桩产生的噪音影响人们学习、工作和休息。n n(2)振动的影响。n n打桩时会产生一定的振动波向四

4、周扩散。振动对人来说，较长时间处在一个周期性微振动作用下，会感到难受。特别是住在木结构房屋内的居民，地板、家具都会不停地摇晃，对年老有病的人影响尤大。n n在通常情况下，振动对建筑物不会造成(zo chn)破坏性的影响。点振源，迅速衰减,精密机床、仪器仪表的正常操作有影响第8页/共60页第九页，共61页。n n(3)挤土效应的影响。n n桩打入地下时，桩身将置换同体积的土。因此在打桩区内和打桩区外一定范围内的地面，会发生坚向和水平向的位移。n n大量土体的移动常导致邻近的建筑物发生裂缝、道路路面损坏、水管爆裂、煤气(miq)泄漏：边坡失稳等等一系列事故。第9页/共60页第十页，共61页。第10

5、页/共60页第十一页，共61页。第11页/共60页第十二页，共61页。上海外白渡桥立剖面图上海外白渡桥立剖面图第12页/共60页第十三页，共61页。按按桩桩的的挤挤土土效效应应(xioyng)，桩桩可分为：可分为：n n排挤土桩排挤土桩n n如如混混凝凝土土预预制制桩桩、木木桩桩等等；排排土土的的体体积积与与桩桩的的外外包包体体积积相等相等(xingdng)(xingdng)；n n非排挤土桩非排挤土桩n n排挤土的体积为零。如钻孔灌注桩、挖孔桩等；排挤土的体积为零。如钻孔灌注桩、挖孔桩等；n n低排挤土桩低排挤土桩n n排排挤挤土土的的体体积积小小于于桩桩的的外外包包体体积积，如如开开口口的

6、的钢钢管管桩桩，工工字钢桩等。字钢桩等。第13页/共60页第十四页，共61页。Y型沉管灌注桩第14页/共60页第十五页，共61页。减少减少(jinsho)挤土影响的措施：挤土影响的措施：n n(1)(1)预钻孔取土打桩。预钻孔取土打桩。n n先先在在打打桩桩的的位位置置上上用用螺螺旋旋钻钻钻钻成成一一直直径径不不大大于于桩桩径径2 23 3、深度不大于桩长深度不大于桩长2 23 3的孔，然后在孔位上打桩；的孔，然后在孔位上打桩；n n(2)(2)设置防挤孔。设置防挤孔。n n在在打打桩桩区区内内或或在在打打桩桩区区外外，打打设设若若干干个个出出土土的的孔孔。出出土土孔的数量可按挤土平衡孔的数量

7、可按挤土平衡(pnghng)(pnghng)的原理估算；的原理估算；n n(3)(3)合理安排打桩顺序和方向。合理安排打桩顺序和方向。n n对对着着建建筑筑物物打打桩桩比比背背着着建建筑筑物物打打桩桩的的挤挤土土效效应应要要不不利利得得多；多；第15页/共60页第十六页，共61页。n n(4)控制打桩速率。n n打桩速度越快，挤土效应越显著；n n(5)设置排水措施。n n促使(csh)由打桩挤压引起的超孔隙水应力消散；n n(6)其他。n n如设置防振沟等等。n n加强监测。第16页/共60页第十七页，共61页。8.2基基坑坑(j kn)开开挖挖造造成成地地面面移移动动或失稳或失稳n n随随

8、着着经经济济(jngj)(jngj)建建设设的的发发展展，高高层层建建筑筑的的基基坑坑面面积积越越来越大，深度也越来越深。来越大，深度也越来越深。n n开开挖挖基基坑坑，大大量量卸卸荷荷，由由于于应应力力释释放放，即即使使有有刚刚度度很很大大的的支支护护体体系系，坑坑周周土土体体仍仍难难于于避避免免会会发发生生水水平平方方向向和和竖竖直直方方向向的的位位移移。再再由由于于地地下下水水的的渗渗流流，基基坑坑施施工工期期长长，坑坑周周土土体体移移动动对对建建筑筑物物、道道路路交交通通、供供水水供供气气管管线线、通通讯等造成很大的威胁。讯等造成很大的威胁。第17页/共60页第十八页，共61页。第18

9、页/共60页第十九页，共61页。深深、大大 基基 坑坑 工工 程程 及及 其其 环环 境境(hunjng)土工问题土工问题n n地表沉降与土层(t cn)位移n n(1)墙体弹性变位；n n(2)基坑卸载回弹、塑性隆起、降水不当引起的管涌、翻砂；n n(3)墙外土层(t cn)固结沉降；n n(4)井点或深井降水带走土砂(也是一种地层损失)；n n(5)墙段接头处土砂漏失；n n(6)槽壁开挖，地层向槽内变形。第19页/共60页第二十页，共61页。第20页/共60页第二十一页，共61页。3.地地铁铁车车站站深深大大基基坑坑的的施施工工技技术术(jsh)要求要求(1)撑后挖，留土堤；(2)对支撑

10、施加设计轴力(3070)的预应力；(3)每步开挖及支撑的时限tr24h；(4)坑内井点降水以固结土体、改善(gishn)土性，减少土的流变发展。第21页/共60页第二十二页，共61页。第22页/共60页第二十三页，共61页。第23页/共60页第二十四页，共61页。5.变形变形(bin xng)监控监控(1)施工工况实施情况跟踪观察；(2)日夜不中断的现场监测与险情及时预测(yc)和预报；(3)定量反馈分析，信息化设计施工；(4)及时修改、调整施工工艺参数；(5)及时提出、检验、改进设计施工技术措施。第24页/共60页第二十五页，共61页。6.减少沉降减少沉降(chnjing)的措施的措施n n

11、(1)采取刚度较大的地下(dxi)连续结构；n n(2)分层分段开挖，并设置支撑；n n(3)基底土加固；n n(4)坑外注浆加固；第25页/共60页第二十六页，共61页。n n(5)增加维护结构入土(r t)深度和墙外帷幕；n n(6)尽量缩短基坑施工时间；n n(7)降水时，应合理选用井点类型，优选滤网，适当放缓降水漏斗线坡度，设置隔水帷幕；n n(8)在保护区内设置回灌系统；n n(9)尽量减少降水次数。第26页/共60页第二十七页，共61页。深深基基坑坑开开挖挖(ki w)对对临临近近地地下下管线的影响管线的影响n n1.地下管线位移计算(j sun)n n地下管线位移计算(j sun

12、)可按竖向和水平两个方向的位移分别计算(j sun)。第27页/共60页第二十八页，共61页。(2)地地下下(dxi)管管线线竖竖向向位位移移计计算算n n沉陷区的竖向位移(wiy)方程y(x)：第28页/共60页第二十九页，共61页。n n地下管线(gunxin)水平位移方程y(x)第29页/共60页第三十页，共61页。8.3软软土土隧隧道道推推进进(tujn)时时的的地地面面移动移动n n在软土地层中，地铁、污水隧道等常采用盾构法施工。盾构在地下推进时，地表会发生不同程度的变形。n n地表的变形与隧道的埋深、盾构的直径、软土的特性(txng)、盾构的施工方法、衬砌背面的压浆工艺等因素有关。

13、第30页/共60页第三十一页，共61页。第31页/共60页第三十二页，共61页。第32页/共60页第三十三页，共61页。盾盾构构掘掘进进中中的的环环境境(hunjng)问问题题n n由于盾构掘进引起地层扰动，诸如土体地表沉降和分层土体移动(ydng)、土体应力、含水量、孔隙水压力、弹性模量、泊松比、强度和承载力等物理力学参数的变化是不可避免的。第33页/共60页第三十四页，共61页。武警战士正用黄沙填堵(tin d)凹陷的地面 2003年7月2日凌晨，上海地铁四号线发生地面沉陷事故，楼房(lufng)倒塌，外滩防汛墙被破坏。第34页/共60页第三十五页，共61页。盾盾构构掘掘进进(jujn)引

14、引起起的的土土体体沉沉降机理降机理n n1.水和泥浆的扰动n n盾构经过的地区，可能引起地下水含量(hnling)和紊流运动状态的改变。n n2.对不良土层的影响n n盾构法施工刀盘的切削旋转振动引起饱和砂土或砂质粉土的部分液化。第35页/共60页第三十六页，共61页。3.周周围围土土体体应应力力状状态态(zhungti)的变化的变化第36页/共60页第三十七页，共61页。盾盾构构掘掘进进对对土土体体的的影影响响(yngxing)范围范围第37页/共60页第三十八页，共61页。8.4抽抽汲汲地地下下水水引引起起(ynq)的的地地面面沉降沉降n n地下水位上升引起的岩土工程问题n n1.浅基础地

15、基承载力降低n n2.砂土地震液化加剧n n3.建筑物震陷加剧n n4.土壤沼泽化、盐渍化n n5.岩土体产生变形(bin xng)、滑移、崩塌失稳等n n6.地下水位冻胀作用的影响n n7.对湿陷性黄土、崩解性岩土、盐渍岩土的影响n n8.膨胀性岩土产生胀缩变形(bin xng)第38页/共60页第三十九页，共61页。抽抽 汲汲 地地 下下 水水 产产 生生 的的 环环 境境(hunjng)问题问题n n1.地表塌陷n n2.地面沉降(d min chn jin)n n3.海(咸)水入侵n n4.地裂缝的复活与产生n n5.地下水源枯竭，水质恶化第39页/共60页第四十页，共61页。第40页

16、/共60页第四十一页，共61页。7.抽抽 汲汲 地地 下下 水水 出出 现现 环环 境境 问问 题题(wnt)的现状的现状n n据最新统计(中国日报，2004年7月23日)我国已有50多个(du)城市由于过量的抽汲地下水造成48655km2的地面沉降。第41页/共60页第四十二页，共61页。第42页/共60页第四十三页，共61页。人工人工(rngng)回灌与地面回弹回灌与地面回弹n n1.回灌对地面(dmin)沉降的影响n n抽汲地下水导致地面(dmin)沉降，是由于地下水位下降，导致孔隙水压力降低，土中有效应力增加，地层发生压密变形的外在表现。n n回灌，则有利于稳定地下水位，并促使地下水位

17、回升，使土中孔隙水压力增大，土颗粒间的接触应力减小，土层发生膨胀，从而导致地面(dmin)回弹可控制地面(dmin)沉降。第43页/共60页第四十四页，共61页。n n在地下水集中开采地区，如沪东工业区，回灌 前 1959年 10月 至 1966年 9月，地 面(dmin)累计下沉0.51m，回灌后1965年9月至1974年9月，地面(dmin)累计上升1836mm；同一时期，沪西工业区回灌前地面(dmin)累计下沉4359cm，回灌后地面(dmin)累计上升2644mm。第44页/共60页第四十五页，共61页。n n申昆毛纺厂位于昆山(kn shn)市区、长江三角洲冲积平原。n n境内水网密

18、集，水利资源丰富，主要河、湖有吴淞江、娄江、阳澄湖、淀山湖，水面占全市总面积22。n n申昆毛纺厂自1989年开始已连续6年采用深井回灌。第45页/共60页第四十六页，共61页。第46页/共60页第四十七页，共61页。如2号井剖面(pumin)，孔深68m以上为粉砂、粉细砂潜水、微承压水含水层，68m96m为第一承压水，细砂含水层厚度16m，滤水管位置73m89m，承压水位埋深7.5m，水温20，出水量56m3d 第47页/共60页第四十八页，共61页。n n申昆毛纺厂深井回灌量每年2万t左右(zuyu)，用水量1.6万t，回灌时问100d105d。n n夏灌冬用井一般从6、7月份自来水水温高

19、于25.6时开始回灌，到9月份水温低于25.6时停止。n n冬灌夏用井在12月份自来水水温低于12.6时开始回灌，到翌年3、4月水温升至12.6停灌。第48页/共60页第四十九页，共61页。n n2号井试验曲线，夏灌期回灌水量2.39万t，平均水温28.2，冬用期用水量0.44万t，平均水温25.4，9个月采灌期中在含水层中温差(wnch)3。n n3号井试验曲线可以看出：冬灌期回灌水量2.03万t，平均水温9.2，夏用期水量1.63万t，平均水温11.4，10个月采灌期中在含水层中温差(wnch)2.2。第49页/共60页第五十页，共61页。第50页/共60页第五十一页，共61页。第51页/

20、共60页第五十二页，共61页。第52页/共60页第五十三页，共61页。第53页/共60页第五十四页，共61页。第54页/共60页第五十五页，共61页。2.地地面面回回弹弹(hu dn)模模型型的的建建立立与求解与求解n n相对于含水层(组)的抽水压密过程而言，人工回灌导致的含水层(组)的回弹。(膨胀)过程是完全弹性(tnxng)的，即回灌引起的含水层(组)的竖向膨胀变形过程符合弹性(tnxng)虎克定律；n n 式中 (t)-土骨架的竖向膨胀应变；n n Se(t)-地下水位回升值。第55页/共60页第五十六页，共61页。8.5采采空空区区地地面面(dmin)变变形形与与地地面面(dmin)塌

21、陷塌陷n n由于地下开采强度和广度的扩大，地面变形和地面塌陷的危害(wihi)不断加剧。n n地下矿产开采以后，采空区上方的覆盖岩层和地表失去平衡而发生移动和变形，形成一个凹陷盆地。第56页/共60页第五十七页，共61页。山西省孝义市郝家寨煤矿第57页/共60页第五十八页，共61页。第58页/共60页第五十九页，共61页。n n建建筑筑物物遭遭受受釆釆空空区区地地表表(dbi(dbi o)o)移移动动损损坏坏的的程程度度与与建建筑筑物所处的位置和地表物所处的位置和地表(dbi(dbi o)o)变形的性质及其大小有关。变形的性质及其大小有关。n n经经验验表表明明，位位于于地地表表(dbi(dbi o)o)移移动动盆盆地地边边缘缘区区的的建建筑筑物物要比中间区不利得多。要比中间区不利得多。n n地地表表(dbi(dbi o)o)均均匀匀下下沉沉使使建建筑筑物物整整体体下下沉沉，对对建建筑筑物物本本身身影影响响较较小小，但但如如果果下下沉沉量量较较大大，地地下下水水位位又又较较浅浅时时，会会造造成成地地面面积积水水，不不但但影影响响使使用用，而而且且使使地地基基土土长长期期浸浸水，强度降低，严重的可使建筑物倒塌。水，强度降低，严重的可使建筑物倒塌。第59页/共60页第六十页，共61页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第60页/共60页第六十一页，共61页。