给水管道设计之岩土力学基础.doc

给水管道设计之岩土力学基础岩土力学是岩石力学与土力学的合称。岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学，土力学则是一门研究土的物理、化学和力学性质，以及土体在外力、水流和温度等作用下的应力、变形和稳定性问题的科学。在给水管道设计中要与岩土力学打交道，需准确掌握岩土的物理、化学和力学性质。岩石一般以风化程度划分为未风化、微风化、弱风化、中风化、强风化和全风化等六类。给水管道在岩石地基上不宜直接铺设，应进行地基处理，一般铺垫厚200300mm中粗砂或级配砂石，以适应管道变形的需要，避免产生不均匀应力。土是岩石风化产物的松散集合体，是一种由固体颗粒、液体水和空气组成的三相体，具有强度低、压缩性大、变形不均匀等工程特点。根据土的固体颗粒间有无黏结力将土分为黏性土（如粉土、黏土等）和无黏性土（如碎石土、砂土等）。黏性土的工程性质不仅与土的密实度有关，更与含水量有关。标征黏性土的主要指标包括界限含水率（缩限、朔限、液限）、塑性指数和液性指数，其中塑性指数是一个全面反映黏性土的组成情况的指标。黏性土地基的工程条件往往较差，尤其是软黏土，含水量高，强度低，沉降大，因此在铺设给水管道时需进行地基处理，如采用换土、打浅木桩等。无黏性土的工程性质主要取决于土的密实度，其中碎石土的密实度常用重型圆锥动力触探锤击数来评价；砂土的密实度可用孔隙比、相对密实度或标准贯入试验锤击数来评价。无黏性土地基的工程条件一般较好，强度高，沉降小，适于铺设给水管道。但需注意地下水的埋藏条件，过高的地下水会对基坑开挖带来一定影响，如细砂、粉砂等易产生流砂及振动液化等失稳现象，必要时应采取降、排水（如深井、轻型井点）措施。土的压缩性是影响地基沉降的主要因素，其压缩性大小与土的固结程度有关，常用超固结比OCR来衡量，OCR越大，土的压缩性越低，强度越高。地基沉降量计算一般采用分层总和法。软土地基的沉降问题比较突出，就给水管道尤其是承插式管道而言，过大的不均匀沉降会使管道接口脱开，从而造成严重事故。土的强度是指抗剪强度，即土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力，其强度指标包括内摩擦角与黏聚力。无黏性土值较大，一般不计黏聚力，其抵抗剪切破坏的能力较强，故管沟回填宜采用无黏性土，如中粗砂，碎石土等。黏性土值较小，需考虑黏聚力，其抵抗剪切破坏的能力相对较弱，故管沟回填一般不宜采用黏性土，尤其是软弱黏土。当地基土相对较好时，如黏质粉土、硬黏土等，也可采用原状土进行回填，但应控制回填施工质量。 2