大坝基本力学知识
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重力坝一、重力坝的工作原理及特点1、重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足:A 、稳定要求:主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。
B 、强度要求:依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所产生的拉应力来满足。
2、重力坝的类型:(1)按构造不同分为:实体重力坝,宽缝重力坝,空腹重力坝和预应力重力坝。
(2)按作用可以分:溢流重力坝,非溢流重力坝。
(3)按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
二,重力坝的荷载组合基本组合1:正常蓄水位情况,作用包括:①②③④⑤基本组合2:防洪高水位情况,作用包括:①②③④⑤⑦基本组合3:冰冻情况,作用包括:①②③④⑥偶然组合1:校核洪水位情况,作用包括:①④⑧⑨⑩⑾偶然组合2:地震情况,作用包括:①②③④⑤⑿重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载能力极限状态:①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同部分坝基的深层抗滑稳定极限状态。
三 重力坝的抗滑稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析重力坝失稳破坏的机理:首先坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区,随后在坝址处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服,进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸,最后形成滑动通道,导致大坝的整体失稳。
(一)抗剪强度公式:(1)当接触面呈水平时,其抗滑稳定安全系数)(∑-=U W f K S S )(∑-=U W f K S S /∑P ∑P(2)当接触面倾向上游时,其抗滑稳定安全系数 ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S(二)抗剪断公式:∑∑'+-'=P A c U W f K S )(∑∑'+-'=P A c U W f K S )(深层抗滑稳定分析(1) 单斜面深层稳定计算:如图将软弱面以上的坝体和地基视为刚体,按下式计算:∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S(2) 双斜面深层抗滑稳定计算:提高抗滑稳定性的工程措施:1) 利用水重2) 采用有利的开挖轮廓线: ① 使坝基面倾向上游。
修建大坝知识点总结一、大坝的类型1. 按功能分类大坝按其功能可以分为防洪大坝、水利发电大坝、灌溉大坝等。
防洪大坝主要用于防洪护岸,保护人民生命财产安全;水利发电大坝主要用于水电站的建设,可以提供清洁能源并满足电力需求;灌溉大坝主要用于农田灌溉,提高农田的产量和效益。
2. 按材料分类大坝可以按其材料的不同分为土石坝、混凝土坝和重力坝等。
土石坝主要由土石料构成,易于修建但抗洪抗震能力较弱;混凝土坝以混凝土为主要材料,抗洪抗震能力强但施工难度大;重力坝则依靠自身重量来抵抗水压力,通常采用大坝的重心低于坝顶。
3. 按结构分类大坝可以按其结构形式分为重力坝、拱坝、引压拱坝、碾压混凝土坝等。
重力坝主要通过自身重量来抵抗水压力;拱坝通过坝顶和下游之间的拱形弯曲力来抵抗水压力;引压拱坝则结合了拱坝和重力坝的特点;碾压混凝土坝则是通过碾压混凝土来构建坝体。
二、大坝的设计1. 地质勘察大坝的设计需要进行详细的地质勘察,包括地质构造、地质岩性、地下水情况等,以确定大坝的基础和坝址选择。
2. 地震设计考虑大坝在地震作用下的抗震性能,包括确定地震动参数、地震动影响系数、抗震设防烈度等。
3. 洪水设计考虑大坝在各种设计洪水条件下的洪水承载能力和防洪安全度,确定大坝的溢流坝段等。
4. 库容设计结合水库的功能需求和水资源情况,确定水库的库容和调节性能,包括汛限水位、死水位、校核洪水位等。
5. 施工方案根据地质情况、工程特点和施工条件,确定大坝的施工方案,包括主体结构形式、坝型选择、坝体材料等。
三、大坝的施工1. 坝基处理对大坝的坝址进行开挖和处理,包括挖土、爆破、边坡治理等,使得坝址符合设计要求。
2. 围堰施工对大坝的围堰进行土石方开挖和填筑,包括土石方坡度、坡高、坡稳定性等工程。
3. 主体结构施工包括混凝土浇筑、碾压混凝土压实、钢筋架设和预应力张拉等,确保大坝主体结构的质量和安全。
4. 溢流坝段施工对大坝的溢流坝段进行溢流道、泄洪闸门等设施的施工,确保大坝的防洪功能。
大坝的四种基本类型
大坝的四种基本类型包括:
1. 重力坝:重力坝是指通过自身重力来抵抗水压力的一种坝体结构。
它通常由混凝土或石块等坚固的材料构成,具有较大的体积和重量,能够稳定地承受水压力。
2. 拱坝:拱坝是指通过拱形结构来抵抗水压力的坝体。
拱坝能够将水压力通过拱形结构传递到坝两侧的基岩上,从而实现稳定支撑。
它通常由混凝土或石块等材料构成,具有较大的强度和刚性。
3. 重力拱坝:重力拱坝是重力坝和拱坝的结合体,它既利用自身重力来抵抗水压力,又通过拱形结构来增加坝体的稳定性。
重力拱坝通常由混凝土或石块等材料构成,具有较大的体积和重量,并且能够有效地分散水压力。
4. 溢流坝:溢流坝是指通过设置溢流堰来控制水位并引导多余的水流溢出的一种坝体结构。
溢流坝通常由混凝土或土石材料构成,它的主要作用是防洪和调节水流。
溢流坝可以分为重力溢流坝和堆石溢流坝两种类型,具体结构形式各异。
土石坝知识点总结土石坝是一种利用土石材料修筑而成的水利工程建筑,用于储水、防洪和发电等各种目的。
历史上,土石坝是最早出现的一种水坝形式,它将土石材料紧密地堆积在一起,以形成一个可容水的大坝。
土石坝的结构简单,施工方便,因此在古代就被广泛使用。
而如今,土石坝依然是世界各地重要的水利设施之一。
土石坝的类型土石坝有多种类型,根据其结构和材料可以分为土石坝、重力坝、砂石坝、砼面板坝等。
其中,土石坝是一种用土石料垒积而成的坝体,通常是采用采用天然土石料修筑而成的坝体。
而重力坝则是靠坝体自身的重力来抵抗水压力和地基稳定力的作用。
砂石坝由砂石混凝土组成,砂石拦河坝体可以用于固体废物填埋库的防渗线坝体、陡岸坝体等。
而砼面板坝则是由混凝土面板构成,它采用筏板基础的坝体、抛筑或摊铺混凝土表面的坝体、在碾压式混凝土底板上施工板体的坝体等。
土石坝的设计和施工土石坝的设计和施工需要经过严格的规划和实施。
首先,工程师需要根据地质条件和水文特征等因素,选择合适的坝址和种类,然后进行地质勘察和水文勘测,确定坝址和参数。
接下来,设计人员需要考虑到土石坝的主要结构和功能,包括坝顶、坝体和坝基等要素,确定坝顶宽度、坝体高度、坝基宽度等参数。
最后,设计人员需要进行坝体开挖和土石料回填等工程实施。
土石坝的特点和优势土石坝相比于其他类型的水坝有着独特的特点和优势。
首先,土石坝有着灵活的建筑方式和廉价的建筑成本,能够利用周边丰富的土石料资源,节约了大量的成本和时间。
其次,土石坝的安全性和稳定性较高,可以经受较大规模的自然灾害,如地震和山崩等。
再者,土石坝的环境适应性强,能够适应各种地质和水文条件,不受周边环境的影响。
最后,土石坝的使用寿命长,能够满足长期的水利需求和发电需求。
土石坝的养护和管理土石坝的养护和管理是保证其安全性和稳定性的关键。
首先,需要加强对土石坝坝址地质环境的监测和评估,定期对坝址地质环境、地震状况、水文特性等进行检测和分析。
水坝工程的设计原理与力学分析水坝是一种人工构筑物,用于阻挡水流,以储存水源、调节水位及供水、发电等目的。
水坝工程设计和力学分析是保证水坝安全稳定运行的重要环节。
本文将介绍水坝工程的设计原理和力学分析的基本概念和方法。
1. 水坝工程设计原理水坝工程设计的原理主要包括以下几个方面:1.1 形状设计原理水坝的形状设计直接关系到水坝的稳定性和安全性。
通常,水坝的形状应该能够承受水压及其他负荷,并能够抵抗侧向力。
一般情况下,高坝的上游面应该较陡峭,以减少水压力;而下游面则应该较平缓,以增加对侧向力的抵抗能力。
1.2 基础设计原理水坝所靠的基础是承受水压和其他荷载的关键,因此基础的设计原则非常重要。
一般来说,基础应该有足够的承载力和稳定性。
基础的选择和设计应该考虑地质条件、坝体的重量和荷载,以及周围地面的压力等因素。
1.3 排水设计原理水坝排水设计是为了保证坝体内的水分从合适位置排出,以避免对坝体和地基的不利影响。
排水设计应该考虑到坝体内部的渗流、冲刷和泥浆流动等问题,并采取合适的措施来保持坝体的稳定性。
2. 水坝工程的力学分析水坝工程中的力学分析主要包括静力学和动力学两方面。
静力学分析主要是为了确定水坝在静止状态下的应力和变形情况;动力学分析则是为了研究水坝在波浪冲击、地震等动载荷作用下的响应。
2.1 静力学分析静力学分析是水坝工程设计的基础。
通过静力学分析可以确定水压、重力和地震等因素对水坝的荷载作用以及水坝内部应力和变形的情况。
通过静力平衡计算,可以确定水坝的稳定性和安全性。
2.2 动力学分析动力学分析是在静力学分析的基础上,考虑水坝在动态载荷作用下的响应。
动力学分析需要考虑到水波的传播和波浪冲击的力学特性,以及地震时水坝的振动和应力集中等问题。
动力学分析的结果可以为水坝的抗震设计提供依据。
总之,水坝工程的设计原理和力学分析是确保水坝安全稳定运行的重要环节。
形状设计、基础设计和排水设计是水坝工程设计的基本原则;静力学和动力学分析则是水坝工程力学分析的关键内容。
建设大坝知识点总结一、大坝的定义和分类1. 大坝的定义大坝是人工修筑的,主要用于蓄水、发电或灌溉等目的的堤坝工程。
大坝的主要功能是拦截河流水流,蓄水,调节水量,供水灌溉及发电。
2. 大坝的分类按照不同的分类标准,大坝可以分为多种类型,主要包括:- 挡水坝:主要是用来挡住河流的水流,以形成水库蓄水。
- 重力坝:以自重来抵抗水压力,是由混凝土或石块等材料堆砌而成的坝体。
主要应用于中小型水电站和灌溉工程中。
- 拱坝:利用弧形结构来承受水压力,可以减少水坝的材料消耗,适用于截流河道。
- 引水坝:用来引导水流,调节水流量的坝壁。
二、大坝的建设流程1. 选址及设计大坝的选址和设计是大坝建设的第一个步骤。
选址要考虑水源、地形地貌、地震、地质构造等因素,设计要满足大坝的功能和安全要求。
2. 原料采集建造大坝需要大量的材料,如混凝土、钢筋、石料等,这些原料需要从外界采集或购买。
3. 坝址准备坝址准备包括清理坝址、平整土地、修筑临时设施等工作。
4. 基础开挖大坝的基础是承受整个水坝的承载力,基础的施工决定了整个大坝的安全性。
5. 坝体施工根据设计要求,将混凝土或其他材料堆砌成坝体,同时加固加固大坝的构造。
6. 水电安装如果是水电站,还需要安装水轮机和发电设备。
7. 蓄水大坝完工后,需要进行蓄水实验及调水,以确保大坝的使用效果和安全性。
8. 运行调试完成大坝的全部施工后,还需要对设备进行调试和运行,以确保大坝的正常运转和安全使用。
三、大坝的建设要点1. 地质勘探在大坝建设前,需要对大坝选址的地质情况进行勘探,以确保大坝的地基条件和周边环境能够承受大坝的重量和水压。
2. 抗震设计地震是影响大坝安全的重要因素,对大坝的抗震设计是非常重要的,要根据地震烈度和坝址的地质条件进行设计。
3. 防渗措施大坝的防渗措施是保证大坝安全的关键,要采取合适的措施防止水坝受到渗漏侵蚀。
4. 安全监测大坝建成后,需要对大坝进行安全监测,包括地基变形、渗流情况、地震影响等,及时发现问题并采取措施保障大坝的安全。
大坝船闸物理知识点总结1. 静水压力在大坝船闸的设计和建造过程中,需要考虑水流的静水压力。
静水压力是由于水流的自身重力所产生的压力,它与水的深度呈线性关系。
在大坝船闸中,需要根据水流的静水压力设计坝体的强度,以确保其能够承受水压力的作用。
2. 流体力学大坝船闸中的水流是一个复杂的流体系统,需要利用流体力学的理论来进行建模和分析。
流体力学是研究流体运动规律和性质的学科,它可以帮助工程师们预测水流在船闸中的行为,从而指导船闸的设计和建造。
3. 浮力与重力在大坝船闸中,船只需要克服重力和水的阻力来通过船闸。
船只的重力是由于其质量所产生的,而浮力则是由水对船只的推力所产生的。
在设计船闸时,需要考虑船只的重力和浮力的平衡关系,以确保船只能够平稳通过船闸。
4. 力学在大坝船闸的运行过程中,需要考虑到门闸的开关、水流的阻力以及船只的运动等因素。
这涉及到了力学的知识,需要对力的合成、作用和分解等问题进行分析和计算。
5. 水位调节大坝船闸主要是为了调节水位,使得船只能够顺利通过水坝。
在设计船闸时,需要考虑如何通过控制水流,来实现水位的调节。
这涉及到了水的流动规律以及水位控制系统的设计原理。
6. 能量守恒在大坝船闸中,水流的能量是一个重要的物理量。
通过船闸时,水流的能量会发生变化,需要考虑能量守恒原理,以确保船只能够顺利通过船闸。
7. 热力学大坝船闸中的水流也涉及到了热力学的知识。
例如,水流的速度、流量以及水温等参数,都需要考虑到热力学的影响。
8. 材料力学在大坝船闸的设计和建造过程中,需要考虑到坝体的强度和稳定性。
这涉及到了材料力学的知识,需要选用合适的材料,并考虑到材料的应力、变形等问题。
总的来说,大坝船闸涉及到了多个物理学科的知识,包括静水压力、流体力学、浮力与重力、力学、水位调节、能量守恒、热力学以及材料力学等。
通过对这些知识点的深入理解和应用,可以更好地设计和运行大坝船闸,以满足船只通过水坝的需求,并保障水坝的安全和稳定。
重力坝知识点总结一、重力坝的分类根据不同的特点和用途,重力坝可以分为多种不同的类型。
常见的重力坝类型包括:1. 混凝土重力坝:这是最常见的重力坝类型,由混凝土块构成,能够承受水压力并抵抗地震力。
混凝土重力坝通常用于大型水利工程中,如水电站和灌溉工程。
2. 石块重力坝:这种重力坝由大块石头或石块构成,通过石块之间的摩擦力和重力来抵抗水压力。
石块重力坝通常用于较小规模的水利工程和防洪工程中。
3. 土坝:土坝是一种以土壤和岩石为主要材料构成的重力坝,具有一定的柔性和可塑性,能够适应地基变形和水压力的影响。
土坝常用于较低的水位和较小规模的水利工程中。
二、重力坝的结构特点1. 基础结构:重力坝的基础结构通常由混凝土块或大块石头构成,能够承受来自坝体的重力和水压力。
合理的基础结构设计是重力坝安全稳定运行的基础。
2. 坝体结构:重力坝的坝体由混凝土或石块构成,以抵御水压力和抗震力。
坝体结构的设计和施工质量对重力坝的安全运行至关重要。
3. 泄洪设施:重力坝通常需要配备泄洪设施,用于调节坝体和下游水位,保护坝体和下游地区免受洪水侵袭。
4. 式样结构:重力坝的式样结构包括坝头、坝身和坝尾三个部分,其中坝头通常设有溢流坝段,坝身是坝的主体部分,坝尾则通常设有泄洪设施。
5. 加强结构:为了提高重力坝的安全性和稳定性,通常需要在坝体和基础结构中设置加强措施,如锚杆、钢筋混凝土板等。
三、重力坝的设计原则1. 安全性原则:重力坝的设计必须以安全为首要考虑,保证其在水压力和地震力的作用下不发生破坏和滑坡。
2. 稳定性原则:重力坝的设计必须保证其稳定性,不受地基沉降和水压力的影响,能够长期安全运行。
3. 经济性原则:重力坝的设计必须兼顾成本和效益,尽可能降低建设和维护成本,提高水资源的综合利用效益。
4. 耐久性原则:重力坝的设计必须考虑其耐久性,能够在长期使用和恶劣环境的情况下保持良好的结构性能。
5. 灵活性原则:重力坝的设计必须具有一定的灵活性,能够适应地基变形和水位变化的影响,保证其安全稳定运行。
第三章
设计数据
3-1. 混凝土性能
a. 常规性。
特定的混凝土性能用于设计混凝土重力坝包括单位重力,抗压,抗拉和抗剪强度,弹性模数,蠕变,泊松比,热胀系数,热的传导性,特定的热和扩散率,这些相同的性能也是同样重要的在设计碾压混凝土大坝,调查已经大体上表明碾压混凝土将显示相同的性能同那些传统的混凝土。
上面提到的性能的值可被设计者利用在勘测和可行性设计阶段的工程项目是可以利用的在ACI 207.1R-87或者其它现存的资源信息有关相似的物质。
依据实验室的测试和地域调查提供必要的值在最终的设计。
温度的控制和混合设计包含在EM 1110-2-2000和EM 1110-0-2006。
b. 强度。
(1)混凝土强度不同由于年代,水泥的类型,集合体和其它使用的材料,它们在混合时的比例。
主要的因素影响混凝土强度是水和水泥的比例,更低的比例可提高强度和总体的质量,要求对于工作能力在布置,耐久性,最小温度涨幅和总体的经济可能控制混凝土的混合比例。
混凝土的强度应该满足早期的荷载和建筑物的要求和压力标准在第四章中提到。
设计抗压强度在之后的年限有利于充分利用水泥质材料的强度性能和更低的水泥含量,结果导致更低的极限内部温度和更低的潜在的破裂几率,年限是极限强度被要求的需要仔细的评估和修改到合适。
(2)抗压强度被决定来自标准的自由的抗压测试不包括蠕变影响(美国社会测试和材料(ASTM)C 39,“圆柱形的混凝土样品的抗压强度的测试方式”;C 172,“良好的混合型混凝土的取样方式”;ASTM C 31,“制造和固化混凝土测试样品在特定地域的方式”)。
(3)抗剪强度随着建筑物接缝或者在岩石基础的接触面能够用线性关系T=C+δtanΦ决定。
式中
EM 1110-2-2200
30 Jun 95
C是单位粘合强度,δ是正常压力,tanΦ代表内部摩擦系数。
(4)裂开的抗拉测试(AS7M C 496)或者破裂系数的测试(ASTM C 78)能够用于决定完整混凝土的强度。
裂开系数的测试提供的结果是一致的和运用在设计中假定的线性弹性行为。
然而,设计者应该意识到结果代表样品非线性性能。
这些测试被呈现更加详细的讨论在ACI Journal (Raphael 1984)。
c. 强度性能。
(1)图解的压力-张力关系对于混凝土受到一个持续增加的荷载是一条曲线。
然而,对于实际的目的。
弹性模数认为是一个常数在大块混凝土通常受到的压力范围。
(2)弹性模数和泊松比是由ASTM C 469决定,“弹性静态模数和混凝土抗压泊松比的测试方式。
”
(3)变性反应对于混凝土大坝受到持续的压力能够分为两个部分。
首先,弹性变形是立即的张力测量,在加荷载后和受压时的瞬时弹性模数。
其次,经过一段时间的逐渐屈服是混凝土的非弹性变形或蠕变。
蠕变的近似值一般是基于瞬时模数的减少值。
当设计要求更加精确的值时,蠕变应该是基于混凝土的蠕变在压缩中的标准测试(ASTM C 512)。
d. 热量性能。
热量研究对于重力坝被要求去评定压力感应的影响,由于在混凝土内部温度的改变和决定温度的控制有必要去避免不良的破裂。
热量性能要求在研究中包括热的传导性,热的扩散率,具体的热能和热胀系数。
e. 动力性能。
(1)混凝土性能要求对于输入一个线性的弹性动力分析是单位重力。
初期的弹性模数和泊松比。
EM 1110-2-2200 30 Jun 95
混凝土测试应该是充分的年代去表现极限的混凝土性能,如早期可用的一样。
有一年历史的混凝土样品是首选。
通常的,上部和下部的早期的弹性模数的约束值将被要求包括可能性。
(2)混凝土的性能要求去评价动力分析的结果是抗压和抗拉强度。
标准的抗压测试(见段落3-1b)是可接受的。
尽管没有考虑到荷载的速率,由于正常情况下压力是不被控制的在动力分析中。
破裂抗拉测试或者破裂模数测试能够用于决定抗拉强度。
由破裂抗拉强度决定的静态的抗拉强度可能增加1.33,可以和标准的破裂模数相比较。
(3)由破裂模数测试决定的值应该用来作为抗拉强度在线性的有限原理分析去决定在大块混凝土破裂的开始。
抗拉强度应该增加50%,当用地震引起的荷载去考虑快速的荷载。
当抗拉强度在现存的大坝中超过了破裂模数的150%,非线性分析将要求在讨论会中和CECW-ED 去评价破裂的程度。
对于最初设计的调查,破裂模数能够通过下面的方程式来计算(Raphael 1984)
f t = 2.3f c(3-1)
注释:
f t是抗拉强度,psi(破裂模数)
f c是抗压强度,psi
3-2. 基础性能
a.变形模数。
基础大块岩石的变形模数必须能够决定评估大量建筑在岩石上的预期的沉降。
变形模数的决定要求同地质学家和土工技术的和结构的工程师协调。
变形模数可能由几种不同方式或方法决定。
但是岩石不均质(由于部分岩石的不连续性)的影响对于基础的形式必须考虑在内。
因此,基础压缩系数的决定应该考虑弹性变形和非弹性变形。
“变形模数”的结果是一个较低的值相比完整岩石的弹性模数。
评估基础的方式包括静态测试
(金属板荷载测试,膨胀计等);实验室测试(单轴抗压测试,ASTM C 3148;和脉冲速率测试,ASTM C 2848);地震区域的测试,经验数据(大块岩石等级系统,自由的抗压强度的相关性和表格的典型值);之后的计算用到的压力测量计来自仪器,例如张力计。
基础的变形模数是最好的评估通过在原地的测试。
为了更加精确的考虑到天然岩石的不连续性。
实验室测试对于整块的样品将屈服仅仅是一个向上部约束的模数制。
不同的模数值可能需要使用和基础评估作为一个二层或超过二层的复合层。
b.静态强度性能。
最重要的基础强度需要对于设计混凝土重力结构是抗压强度和抗剪强度。
一个结构的许可的承压能力是经常选择作为一个平均岩石基础抗压强度的部分来考虑。
因有的软弱面沿着天然的接缝和破裂,大部分岩石类型有充分的承压能力对于大体积的混凝土结构,除非它们是软弱的沉积岩石类型,例如泥岩,页岩等,它们被严重的风化,包含大量的孔隙,或者有广泛的断层区域。
基础岩石抗剪强度由两个值来控制:内聚力和内部摩擦力(¥)。
抗剪强度的设计值一般选择基于实验室直接得到的抗剪测试结果。
抗压强度和抗拉强度是经常有必要去改进的合适的故障包层。
在实验室测试中,抗剪强度沿着基础岩石的外部接触面必须被评估,实验室测试的直接抗剪强度对于复合材料岩石样品建议去评估岩石基础外部接触面的抗剪强度,这是特别重要的去决定岩石的不连续性和基础材料的最软弱部分的强度性能(如在剪切处和断层处的软弱地带),由于这些一般将会控制基础的行为。
c. 动力强度性能。
(1)当基础包括在地震区域分析时,基础材料的弹性模数和泊松比要求被分析。
如果大块基础被模式化,岩石的压实也是需要考虑的。