岩土工程设计计算理论(1~3章).doc

第1章 绪 论 岩土工程是各类土木工程如HYPERLINK /view/956866.htm \t _blank房屋建筑、桥梁、地下结构、路基、水坝、机场跑道中不可或缺的重要部分。由于岩土结构往往不是人们直接使用的对象，如地基之于上部的房屋建筑及桥梁结构，而使岩土工程的兴起和发展滞后于结构工程的发展，而随着建筑规模的增大和复杂程度（难度的提高），岩土工程的重要性越来越得到凸显，在理论及应用方面（技术、工程实践等方面）都得到了很大的发展和提高。 同其他工程一样，岩土工程的计算设计理论也经历了一个从经验到理论、从定性到定量的发展过程。 在土的方面，我们熟知的法国科学家Coulomb于1773年向法兰西科学院提交的论文 “最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用”中对土的强度及土压力问题进行了研究，这也是岩土工程领域中最早的理论研究工作及工程应用。之后，经过漫长的发展和积累，到1923年，以Terzaghi的专著《土力学》的出版为标志，土力学成为一门独立的学科，并形成了自己较为完整和稳定的结构体系。而对岩石的力学问题的研究可追溯到19世纪的下半叶岩块物理力学性质的试验、对地下洞室受天然水平应力作用的研究。1957年，法国的J.塔洛布尔《岩石力学》较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及在水电工程上的应用，标志着岩体力学形成了一门独立的学科。近几十年来，随着数学、力学理论及试验、计算等技术的进步及岩土工程实践的发展，对岩、土物理及力学特性的认识及相应的计算理论已有了极大的提高和发展。 土力学和岩体力学因解决土木工程中与土、岩相关的力学问题的需要而诞生，并服务于工程。 从工程的角度看，岩土工程包括地基与基础、地基处理、基坑工程、边坡工程、地下工程等类型。与上部结构的计算相比，岩土工程计算的特点是，既要考虑结构自身，还要考虑与之相联系的岩土体。 从几何方面看，地层是具有无限边界的三维体，其计算较柱、梁、板的复杂得多；从材料特性上看，土及岩石为种类繁多、物理及力学性质复杂的天然材料。因此，要想既准确又较简便地确定岩土体及岩土结构的力学行为并不容易。 目前，在对岩、土材料物理、力学特性的研究方面已有丰富的成果，有限元等数值计算方法强大的分析计算能力使我们可以求解各类复杂的岩土工程问题。但对一般工程的设计计算来说，使用这样的计算方法并不方便，而且就岩、土性质的复杂性及我们目前对它的认识水平而言，也难保证可得到很满意的计算结果，故设计者更愿意采用一些较为简便的方法进行计算分析。 岩土工程的类型很多，目前的课程和教材多按其工程类型进行划分，如基础工程、地基处理、基坑工程、边坡工程、地下工程等，这样的划分方法针对性较强，有助于学生较系统地了解和掌握某一类工程相关的计算设计理论及施工技术等，这样的处理方法适合于本科阶段的学习。但实际上，各种类型的岩土工程虽具体形式不同，但所涉及到的岩土工程的核心问题是共性的。首先，既要保证工程自身的安全，也要保证施工不会对周围环境产生不良影响。对应于相应的计算设计，则要求满足：（1）岩土结构自身强度和变形的要求；（2）地层在承载力、变形、稳定性等方面的要求。为确定结构及地层的受力及变形情况，并判断其是否满足强度、变形、稳定性等方面的要求，需通过计算得到：（1）地层的受力变形情况，涉及到岩土体的强度、变形、渗透等问题；（2）岩土结构的受力及变形情况；（3）岩土体与结构之间的相互作用情况，——这是确定结构及地层受力及变形的前提。 因此，我们可换一个角度，从地层的强度、变形、渗透、结构与岩土体之间的相互作用方面，统一地研究分析岩土工程的计算理论及方法，起到融会贯通的效果，有助于学生对计算理论及方法更深一步的了解，这更适用于研究生阶段的学习。 按照上述思路，本课程及讲义的主要内容如下： 第1章 绪论 简要介绍岩土工程设计计算的特点及本讲义的主要内容。 第2章 岩土工程的类型及计算特点 简要介绍主要的岩土工程类型如基础工程、地基处理、基坑工程、边坡工程、地下工程的基本形式及设计计算特点。 第3章 岩土工程中的强度问题 介绍岩土工程结构设计计算时所涉及到的与强度有关问题的计算方法，内容包括： （1）土及岩的强度特性；（2）浅基础及桩基础的承载力；（3）挡土结构上的土压力；（4）边坡及滑坡的稳定性分析；（5）地下结构的稳定性分析。 第4章 岩土工程中的变形问题 介绍岩土工程结构设计计算时所涉及的各类变形问题的计算方法，内容包括： （1）土（岩）的变形特性；（2）浅基础的沉降计算；（3）基坑开挖引起的变形计算；（4）地下结构开挖引起的沉降计算。 第5章 岩土工程中的渗流及渗透固结问题 介绍岩土工程结构设计计算时所涉及的各类渗透问题的计算方法，内容包括： （1）土（岩）的渗透特性；（2）基坑及地下结构的降水计算；（3