岩体工程与岩体力学.pptx

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1、会计学1岩体工程与岩体力学岩体工程与岩体力学岩块力学特征吸水性抗冻性渗透系数不等于岩体的渗透性岩石热学性质深埋岩体工程变形模量弹性模量单轴饱和抗压强度如何看待抗拉强度剪切强度与抗剪断强度第2页/共228页 岩体结构面结构面的规模结构面产状（走向、倾向、倾角）结构面的连通率结构面密度 现场量测方法结构面的隙宽（张开度）Kn，Ks结构面强度 JRC JRS 巴顿公式第3页/共228页岩体质量的确定现场试验获取岩体变形模量与剪切强度方法Heok-BrownHeok-Brown强度准则强度准则现场渗透系数量测RQD、Q、RMR岩体质量分类（国外）工程岩体分级标准第4页/共228页地应力高地应力集中存在

2、的常见地形特征地应力的量测方法地应力的量测方法地应力在数值分析中表达与估算第5页/共228页第6页/共228页5.2.1 研究围岩稳定性的意义围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的稳定性。问题：什么是隧道工程的头等大事？研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。5.2 围岩的稳定性第7页/共228页围岩级别的工程作用：判断围岩稳定性。判断施工难易程度，投资依据。结构分析计算的依据 第8页/共228页地质因素客观因素 人为因素主观因素、工程因素5.2.2 影响围岩稳定性的因素第9页/共228页1、地质因素 从5个方面来分析：岩体结构特征 结构面性质和空间的组合 岩石的力学性质 地下水的影响 围

3、岩的初始应力状态第10页/共228页岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。破碎程度：裂隙率、裂隙间距。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。完整状态：整块状、大块状等。按这2个指标有下图：第11页/共228页 结构面性质和空间组合 性质 1)结构面的成因；2)结构面的光滑程度；3)结构面的物质组成；4)结构面的规模；5)结构面的密集度。空间组合 指结构面的相互位置状态。问题：软弱结构面有怎样的害处？什么是不利空间组合？第12页/共228页 岩石的力学性质 主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb。岩石强度越高，隧道越稳定。(4)围岩的初应力状态 初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作

4、用力。已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。第13页/共228页 地下水的影响 软化围岩；减少层间摩阻力促使岩块滑动；具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。第14页/共228页超挖第15页/共228页5.3.1 概 述 围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别。工程目的：（1）结构设计依据 （2）施工方法依据 （3）工程造价依据 5.3 围岩分级第16页/共228页围岩分级的发展过程：土石分类法单一因素分类法综合物性分类法第17页/共228页其它分级法：组合多因素分类法与地质勘探手段相联系的分类法 总结：早期仅岩石强度；现在综合多种因素

5、，如岩体构造、岩石强度、RQD指标等。第18页/共228页5.3.2围岩分级方法 3个基本因素：岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。地质构造：岩体完整性或结构状态。地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。1个附加因素：初始地应力：适当考虑。第19页/共228页（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 1.以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法坚石、次坚石、松石、土。2.以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数(f值)分级法普氏法 f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等。但核心还是岩石强度。第20页/共228页(二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 代

6、表：泰沙基法考虑围岩的完整状态和岩性，共9级。我国交通隧道围岩分级法借鉴了泰沙基法，考虑岩体综合物性，共6级。第21页/共228页（三）与地质勘探手段相联系的分级方法 代表：弹性波速分级法波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标，波速越高，围岩越好。波速 Kv0.750.750.550.550.350.350.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 硬岩 5 Rb30 软岩 Rb 5 极软岩 围岩完整程度 指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：第27页/共228页完整程度结构面发育程度地质构造影

7、响程度完整不发育轻微较完整较发育、不发育较重、轻微较破碎发育、较发育严重破碎极发育、发育极严重、严重极破碎极发育极严重第28页/共228页等级地质构造作用特征轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育较重围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较发育严重围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育很严重位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状第29页/共228页等级地质构造作用特征节理不发育 节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m以上

8、，为密闭型。岩体被切割成块状节理较发育 节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状节理发育 节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张开，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很发育 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状围岩节理（裂隙）发育程度划分第30页/共228页 特点 给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。尚未考虑地下水和地应力。第31页/共228

9、页第32页/共228页 地下水状态的分级表级别级别状态状态渗水量渗水量L/(minL/(min10m)10m)干燥或湿润干燥或湿润1010偶有渗水偶有渗水10251025经常渗水经常渗水2512525125 围岩基本分类围岩基本分类 地下水状态分级地下水状态分级 第33页/共228页初始地 应力状态主 要 现 象评估基准（Rc/max）极高应力1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差1，土坡稳定；350.132结合一般35270.130.093结合差27180.090.05软弱结构面4结合很差18120.050.025结合极差（泥化层）根据地区经验

10、确定结构面抗剪强度指标标准值注：1、无经验时取表中的低值 2、极软岩、软岩取表中的较低值 3、岩体结构面连通性差取表中的高值 4、岩体结构面浸水时取表中较低值 5、临时性边坡可取表中的高值 6、表中数值已考虑结构面的时间效应第141页/共228页结合程度结构面特征结合好张开度小于1mm，结合良好，无填充；张开度13mm，硅质或铁质胶结结合一般张开度13mm，钙质胶结；张开度大于3mm，表面粗糙，钙质胶结；结合差张开度13mm，表面平直，无胶结；张开度大于3mm，岩屑充填或岩屑夹泥质充填；结合很差、结合极差（泥化层）表面平直光滑、无胶结；泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差；分布连续的泥

11、化夹层；未胶结的或强风化的小型断层破碎带；结构面的结合程度边坡岩体特性内摩擦角的折减系数裂隙不发育0.900.95裂隙较发育0.850.90裂隙发育0.800.85破裂结构0.750.80边坡岩体内摩擦角折减系数边坡岩体类型等效内摩擦角（）70706060505035边坡岩体等效内摩擦角标准值注：1、边坡高度较大时宜取低值，反之取高值，坚硬岩、较硬岩、较软岩 和完整性好的岩体取高值，软岩、极软岩和完整性差的岩体取低值 2、临时性边坡取表中高值 3、表中数值已考虑时间效应和工作条件等因素第142页/共228页土坡稳定性分析方法n条分法思路两个极限平衡状态滑裂面坡体内部第143页/共228页土条底

12、部有效法向反力 n个安全系数 1个法向条间力 n-1个切向条间力 n-1个底部合力作用位置 n个条间合力作用位置 n-1个共计5n-2个未知数水平向方程 n个垂直向方程 n个力矩方程 n个共计3n个方程高次超静定问题！假定土条极薄，合力为土条中点共计4n-2个未知数第144页/共228页两条可能途径引入土体的应力-应变关系简化假定 减少未知数 增加方程数第145页/共228页假定的分类：假定n-1个条间剪应力 毕肖普法 假定条间合力的方向 Spance法、Sarma法、摩根斯坦-普莱斯法 不平衡推力法 假定条间合力作用点位置 简布-普遍条分法 第146页/共228页计算方法所满足的平衡条件滑裂

13、面形式计算方式条间力假定整体力矩整体力平衡土条力矩垂直力水平力瑞典圆弧法圆弧直接无简化Bishop圆弧迭代“形同虚设”的假定简布法任意试算迭代*推力线的位置斯宾塞法任意试算迭代*法向条间力与切向条间力的关系的固定关系摩根斯坦任意试算迭代*法向条间力与切向条间力的关系的函数关系Sarma法任意直接地震水平力不平衡推力法任意迭代推力方向条分法各类方法推导一览表第147页/共228页n条分法计算的流程与步骤寻找滑裂面确定方法求解安全系数确定最小安全系数与相应滑裂面第148页/共228页n条分法计算结果第149页/共228页第150页/共228页正确评价条分法 条间作用力的考虑对分析结果的作用 条件假

14、定应满足的条件 计算条件与实际工作条件的差距土条界面不违反土体破坏准则土条界面不出现拉应力第151页/共228页岩质边坡稳定性分析方法当张裂缝位于坡顶面时当张裂缝位于坡面时平面滑动岩质边坡稳定性分析第152页/共228页楔形滑动岩坡稳定性分析设滑动面1和2的内摩擦角分别 和 ，粘聚力分别为 和 ，其面积分别为 和 ，其倾角分别为 和 ，走向分别为 和 ，棱线的倾角为 ，走向 ，棱线的法线与滑动面之间的夹角分别为 和 ，楔形体重量为 ，两个滑面上的法向反力为 和 。第153页/共228页第154页/共228页楔形体法第155页/共228页第156页/共228页岩石基础工程岩石基础工程 n n1概

15、述n n2岩石地基工程n n3岩石桩基工程 n n4岩石路基工程n n5岩石地基的加固第157页/共228页1 1 1 1 概述概述概述概述建筑物基础、路基、桥基建筑物基础、路基、桥基 第158页/共228页n n岩石地基经常遇到各种不良现象，从而对不良岩基上的建筑物构成直接或潜在的威胁。自然界中的岩体是岩块与各种节理，裂隙及其填充物组成的复合体。第159页/共228页2.1 岩基的承载能力地基承受荷载的能力称为地基承载力。地基岩体的承载力就是指作为地基的岩体受荷后不会因产生破坏而丧失稳定，其变形量亦不会超过容许值时的承载能力。地基承载力分为极限承载力和容许承载力两种。极限承载力是指地基发生强

16、度破坏，致使丧失稳定时的最大承载能力。容许承载力是指地基发生变形破坏，致使其变形量超出容许范围内时的最大承载力。2 2 2 2 岩石地基工程岩石地基工程岩石地基工程岩石地基工程第160页/共228页2.2 影响岩基承载能力的因素 岩体强度参数 风化程度 岩体结构 岩体性质 硬岩 软岩 地基破坏的模式第161页/共228页2.3 岩基破坏模式p直面滑动p剪切 节理、弱软岩体（滑移体）p冲切 多孔隙岩体p劈裂 应力大p压碎 应力较大p开裂 较均质岩体、坚硬、应力水平较小第162页/共228页开裂开裂压碎压碎压碎压碎劈裂劈裂劈裂劈裂冲切冲切冲切冲切剪剪剪剪切切切切较均质、较均质、坚硬岩体坚硬岩体应力

17、水平较小应力水平较大应力水平大多孔隙岩体节理、弱软岩体第163页/共228页材料压剪破坏模式楔形块体滑动破坏模式p破坏机理已知滑面滑动破坏模式第164页/共228页2.4 岩基允许承载力的确定现场试验法材料破坏极限平衡方法楔形体破坏极限平衡方法经验规范法p极限承载力p容许承载力经验规范方法现场试验法地基的沉降计算第165页/共228页2.5 2.5 岩基中的应力分布岩基中的应力分布 集中力作用下的岩基p半无限体垂直边界上作用一集中力的弹性理论解(布辛涅斯克，1886)第166页/共228页第167页/共228页式中式中 PP垂直于边界岩垂直于边界岩OZOZ轴作用的力轴作用的力zz从半无限体界面

18、算起的深度从半无限体界面算起的深度xx所研究点到所研究点到OZOZ轴的距离轴的距离rr所研究点到原点所研究点到原点O O的距离的距离 在深度在深度z z处被角所确定的点的水平径向应力处被角所确定的点的水平径向应力 在深度在深度z z处被角所确定的点的水平垂直应力处被角所确定的点的水平垂直应力 在垂直平面和水平面上的剪应力在垂直平面和水平面上的剪应力 最大主应力（在矢径方向）最大主应力（在矢径方向）中间主应力（在水平平面上）中间主应力（在水平平面上）最小主应力（在通过矢径的垂直面上）最小主应力（在通过矢径的垂直面上）第168页/共228页pp线荷载作用下岩基内的应力线荷载作用下岩基内的应力线荷载

19、作用下岩基内的应力线荷载作用下岩基内的应力第169页/共228页pp 半半无无限限体体的的表表面面承承受受着着面面荷荷载载 则按上式得 在圆形均布荷载P作用下，岩基表面以下M点深度z处的垂直压力 。可用布辛涅斯克的解经过积分求得。这时，作用在微面积上的集中力为 式中 a圆形荷载面的半径第170页/共228页pp各向同性、均质、弹性地基岩体中的附加应力各向同性、均质、弹性地基岩体中的附加应力各向同性、均质、弹性地基岩体中的附加应力各向同性、均质、弹性地基岩体中的附加应力 垂直荷载情况垂直荷载情况第171页/共228页水平荷载情况水平荷载情况第172页/共228页倾斜荷载情况倾斜荷载情况第173页

20、/共228页pp层状地基岩体中的附加应力层状地基岩体中的附加应力层状地基岩体中的附加应力层状地基岩体中的附加应力 n n由于层状岩体为由于层状岩体为非均质、各向异非均质、各向异性介质，因此外性介质，因此外荷所引起的附加荷所引起的附加应力等值线不再应力等值线不再为圆形，而是各为圆形，而是各种不规则形状种不规则形状 第174页/共228页pp倾斜层状岩体上作用有倾斜荷载倾斜层状岩体上作用有倾斜荷载倾斜层状岩体上作用有倾斜荷载倾斜层状岩体上作用有倾斜荷载R R R R的附加应力的附加应力的附加应力的附加应力 第175页/共228页（一）材料压剪破坏承载力 极限平衡方法(Goodman)式中：Rc-岩

21、体无侧限抗压强度；qf-岩基承载力。均匀、各向同性不连续岩体的极限承载力约等于岩体的三轴抗压强度2.6 极限承载力的确定方法基础脚部岩体压碎第176页/共228页A-压碎区B-非压碎区非压碎区B岩体强度曲线压碎区A岩体强度曲线无侧限岩体抗压强度Rc岩基承载力qf第177页/共228页 基基脚脚下下岩岩体体出出现现楔楔形形滑滑体体，滑滑移移面面为为平平直直面面、弧弧面面、近近似似看看成成平平直直面面，作作极极限平衡分析限平衡分析（1 1）基本值设）基本值设 破破坏坏面面由由两两个个互互相相直直交交的的平面组成；平面组成；荷荷载载q qf f的的作作用用范范围围很很长长，可为平面应变；可为平面应变

22、；承承载载平平面面，即即q qf f作作用用面面上上，剪力不存在；剪力不存在；对对每每个个楔楔体体，采采用用平平均均体积力。体积力。（2 2）受力图）受力图 基脚岩体剪切破坏（二）楔形体滑动破坏承载力第178页/共228页（4）求承载力qfx楔体第179页/共228页y楔体Y楔体体积力第180页/共228页由y楔体的几何关系得：将此式和前式的代入上式得注1：上式的最后一项和前两相比很小，可以忽略。承载力：第181页/共228页注2：当在承载压面附近的表面上还有一个附加压力q时，则在x楔上的 变成：所以，岩基的极限承载力为：上式又可写成：第182页/共228页注注3 3：若若考考虑虑破破坏坏表表

23、面面的的弯弯曲曲，x x与与y y块块体体之之间间界界上承受剪应力，则上式的承载力将会提高。上承受剪应力，则上式的承载力将会提高。式中：称为承载能力系数，均是 的函数，即：注5：对圆形截面注4：当 时，上述方法算出的系数较接近精确解。第183页/共228页（三）固定滑面极限承载的抗滑稳定性（三）固定滑面极限承载的抗滑稳定性（三）固定滑面极限承载的抗滑稳定性（三）固定滑面极限承载的抗滑稳定性 许多实践证明，对于大多数岩体并承受倾斜许多实践证明，对于大多数岩体并承受倾斜荷载的地基来说，地基的破坏往往由于岩基荷载的地基来说，地基的破坏往往由于岩基中存在软弱夹层，使地基中一部分的岩体沿中存在软弱夹层，

24、使地基中一部分的岩体沿着软弱夹层产生水平剪切滑动。着软弱夹层产生水平剪切滑动。例：大坝的基础下存在软弱夹层及一条大断层。当水库充水后，坝基承受倾斜荷载产生了坝基沿AC滑移，或三角形ABC部分的岩体向下游滑移的可能。第184页/共228页p 坝基滑动破坏模式的类型滑动面的位置接触面滑动岩体内滑动混合型滑动沿倾向上游软弱结构面滑动沿水平软弱面滑动沿倾向下游软弱结构面滑动沿倾向上下游两个软弱结构面滑动第185页/共228页pp 基坝接触面或浅层的抗滑稳定基坝接触面或浅层的抗滑稳定 （以稳定系数（以稳定系数 为评价指标）为评价指标）稳定系数为稳定系数为式中：式中：-垂直作用力之和，包括坝基水压；垂直作

25、用力之和，包括坝基水压；-水平力之和；水平力之和；-摩擦系数。摩擦系数。-接触面上的粘结力或混凝土与岩石面接触面上的粘结力或混凝土与岩石面 间的粘结力；间的粘结力；A -A -底面积。底面积。上述是一粗略分析，以致KS选用较大值。美国垦务局推荐，在坝工上采用的稳定系数为4，以作为最高水位、最大扬压力与地震力的设计条件。第186页/共228页pp 岩基深层的抗滑稳定岩基深层的抗滑稳定（一）单斜滑移面倾向下游（一）单斜滑移面倾向下游n n稳定系数为稳定系数为 式中：U坝底扬压力；C粘结力。当U、C为零时，第187页/共228页pp 单斜滑移面倾向上游单斜滑移面倾向上游n n稳定系数为：稳定系数为：

26、第188页/共228页式中：式中：R R抗力。抗力。根据受力图根据受力图9 9-1515（d d）（）（e e）按力的平衡原理求得：）按力的平衡原理求得：为为ABAB及及BCBC滑移面上的摩擦系数。滑移面上的摩擦系数。岩石的内摩擦角岩石的内摩擦角p 双滑移面稳定系数为：第189页/共228页pp根据岩块抗压强度确定地基承载力根据岩块抗压强度确定地基承载力 对于微风化或中分化的岩体，可根据岩块饱和单轴抗压强度确定其承载力，经验公式如下：（四）经验规范方法（四）经验规范方法（四）经验规范方法（四）经验规范方法 为岩体裂隙影响系数；当裂隙不发育时取1.0；较发育时取0.67；发育时取0.33；为坡度

27、影响系数；当岩体地基表面坡度小于10度取1.0；等于45度时取0.67；大于80度时取0.33；中间按插值法内插。第190页/共228页pp根据规范确定地基岩体承载力根据规范确定地基岩体承载力根据规范确定地基岩体承载力根据规范确定地基岩体承载力岩石承载力标准值（kPa）强风化中等风化微风化硬质岩石5001000150025004000软质岩石200500700120015002000第191页/共228页（五）采用岩体现场载荷试验确定承载力（五）采用岩体现场载荷试验确定承载力（五）采用岩体现场载荷试验确定承载力（五）采用岩体现场载荷试验确定承载力荷载试验方法：对浅基础采用直径为30cm的圆形刚

28、性承压板;当岩石埋藏较深时,可用钢筋混泥土桩。但桩周需采取措施以消除桩身与土之间的摩擦力。第192页/共228页 主要的仪器设备包括：液压千斤顶；液压泵及高压管路；刚性承压板；环形钢板；传力柱；反力装置；变形测表 操作步骤1、在岩体预定部位开凿试验平洞，制备试点，试点面积应大于承压板，其中加压面积不宜小于2000cm2。2、按要求安装加压和测试设备。3、加压，观测。压力一般分5级加压，荷载应增加到不少于设计要求的2倍。4、整理资料，试验结束。第193页/共228页根据由试验结果绘制的荷载与沉降关系曲线（p-s）确定比例极限和极限荷载。p-s曲线上起始直线的终点对应的荷载为比例极限符合终止加荷条

29、件的前一级荷载为极限荷载。承载力的取值为两种情况：对于微风化和强风化岩体，承载力取极限荷载除以安全系数（安全系数一般取3.0）；对于中等风化岩体，需要根据岩体裂隙发育情况确定，并与比例极限荷载比较，取二者中的小值。第194页/共228页 为岩坡影响系数，当岩石地基表面坡度 100时取 1.0，=450时取0.67，p800时取0.33，中间接插值法取值 为岩体裂隙影响系数，当裂隙不发育时取1.0，较发育时取0.67，发育时取0.33；微风化及中风化的岩石，根据室内饱和单轴抗压强度确定其承载力。试样尺寸为50mm100mm，数量不少于9个，在饱和状态试验，按500800kPas的速度加载，直至试

30、样破坏。试验值按正态分布概率分布计算平均值 ，标准差 ，然后按下式计算单轴抗压强度的标准值 。（六）按室内单轴抗压强度确定承载力（六）按室内单轴抗压强度确定承载力（六）按室内单轴抗压强度确定承载力（六）按室内单轴抗压强度确定承载力第195页/共228页岩石容许承载力值（岩石容许承载力值（kPakPa）节理间距（cm）220204040破碎程度碎石状碎块状大块状硬质岩（c30MPa）15002000200030004000软质岩（c530MPa）80012001000150015003000极软岩（c5MPa）40080060010008001200（一）根据规范确定地基岩体承载力（一）根据规范

31、确定地基岩体承载力（一）根据规范确定地基岩体承载力（一）根据规范确定地基岩体承载力2.7 容许承载力的确定方法第196页/共228页（二）地基沉降理论计算确定容许承载力（二）地基沉降理论计算确定容许承载力（二）地基沉降理论计算确定容许承载力（二）地基沉降理论计算确定容许承载力地基应力分布地基应力-应变关系地基沉降计算容许沉降确定承载力第197页/共228页2.82.82.82.8 岩基上基础的沉降岩基上基础的沉降岩基上基础的沉降岩基上基础的沉降 岩基上基础的沉降主要是由于岩基内岩层岩基上基础的沉降主要是由于岩基内岩层承载后出现的变形引起的。对于一般的中小工承载后出现的变形引起的。对于一般的中小

32、工程来说，沉降变形较小。但是，对于重型结构程来说，沉降变形较小。但是，对于重型结构或巨大结构来说，则产生较大变形。岩基的变或巨大结构来说，则产生较大变形。岩基的变形有两方面的影响：形有两方面的影响：（2）因岩基变形各点不一，造成了结构上各点间的相对位移。（1）在绝对位移或下沉量直接使基础沉降基础沉降，改变了原设计水准的要求；第198页/共228页 计算基础的沉降可用弹性理论解法。对于几计算基础的沉降可用弹性理论解法。对于几何形状、材料性质和荷载分布都是不均匀的基础，何形状、材料性质和荷载分布都是不均匀的基础，则用则用有限元法有限元法分析其沉降量是比较准确的分析其沉降量是比较准确的 。按按弹弹性

33、性理理论论求求解解各各种种基基础础的的沉沉降降，仍仍采采用用布布辛辛涅涅斯斯克克的的解解来来求求。当当半半无无限限体体表表面面上上被被作作用用有有一一垂垂直直的的集集集集中中中中力力力力P P P P时时，则则在在半半无无限限体体表表面面处处(z=0)z=0)的沉降量的沉降量s s为为式中：r为计算点至集中荷载P处之间的距离计算沉降的基本公式第199页/共228页半无限体表面上半无限体表面上有有分布荷载作用分布荷载作用分布荷载作用分布荷载作用，则可用积分求出则可用积分求出表面上任一点表面上任一点M(x,y)M(x,y)处的沉降处的沉降量量s(x,y):s(x,y):第200页/共228页pp圆

34、形基础的沉降圆形基础的沉降圆形基础的沉降圆形基础的沉降 圆形基础为柔性圆形基础为柔性如果其上作用有均布荷载如果其上作用有均布荷载P P和在基底接触面上没和在基底接触面上没有任何摩擦力，则基底反力有任何摩擦力，则基底反力 也是均布分布的，也是均布分布的，并等于并等于P P，这时这时 总荷载引起M点处表面的沉降量：第201页/共228页第202页/共228页圆形基础底面中心(R=0)的沉降量s0：圆形基础底面边缘(R=a)的沉降量sa：可见，圆形柔性基础当其承受均布荷载时，其中心沉降量为其边缘沉降量的1.57倍。第203页/共228页圆形刚性基础圆形刚性基础当作用有荷载当作用有荷载P P时，基底的

35、沉降将是时，基底的沉降将是一个常量，但基底接触压力不是常一个常量，但基底接触压力不是常量。这时可用式量。这时可用式解得：解得：式中，R为计算点至基础中心之距离 圆形刚性基础第204页/共228页 上上式式说说明明，在在基基础础边边缘缘上上的的接接触触压压力力为为无无限限大大。当当然然，这这种种无无限限大大的的压压力力实实际际上上并并不不存存在在，因因为为基基础础结结构构并并非非完完全全刚刚性性，而而且且纯纯粹粹的的弹弹性性理理论论也也不不见见得得适适用用于于岩岩基基的的实实际际情情况况。因因而而，在在基基础础边边缘缘的的岩岩层层处处，岩岩层层会产生塑性屈服，使边缘处的压力重新分布。会产生塑性屈

36、服，使边缘处的压力重新分布。圆形刚性基础的沉降量圆形刚性基础的沉降量s s0 0：第205页/共228页 矩形刚性基础矩形刚性基础当其承受中心荷载当其承受中心荷载P P时，基础底时，基础底面上的各点皆有相同的沉降量，但是沿着基面上的各点皆有相同的沉降量，但是沿着基底的应力是不等的底的应力是不等的.设设p p为均布分布的外荷载为均布分布的外荷载当基础的底面宽度为当基础的底面宽度为b b；长度为长度为a a时，沉降量时，沉降量s s 为：为：Kconst为用于计算绝对刚性基础承受中心荷载时沉降值的系数，Kconst=f(a/b),见表91。p矩形基础的沉降第206页/共228页刚性方形基础沉降量刚

37、性方形基础沉降量(边长为边长为a)a)刚性条形基础沉降量刚性条形基础沉降量(宽度为宽度为a)a)第207页/共228页（921）式中，（922）K0值列于表9-1中。柔性矩形基础的基底中心沉降量 当其承受中心均布荷载p时,基础底面上各点的沉降量皆不相同，当沿着基底的压力是相等的。当基础的底面宽度为b,长度为a时，基底中心的沉降量可按下式求得：第208页/共228页正方形柔性基础中心沉降量正方形柔性基础中心沉降量(均布荷载均布荷载)正方形柔性基础角点处的沉降量正方形柔性基础角点处的沉降量(均布荷载均布荷载)(a为边长)可见，正方形柔性基础底面中心的沉降量s0为边角点沉降量的两倍。柔性矩形基础的基

38、底角点沉降量(均布荷载)式中的Kc值列于表91中。第209页/共228页柔性矩形基础平均沉降量(承受中心载荷)（926）式中：Km为基础平均沉降系数，见表91。第210页/共228页受荷面形状长宽比a/b K0 Kc Km Kconst圆形1.00.640.580.79正方形1.01.120.560.950.88矩形1.52.03.04.05.06.07.08.09.010.01.361.531.781.962.102.232.332.422.492.530.680.740.890.981.051.121.171.211.251.271.151.301.531.701.831.962.042.

39、122.192.251.081.221.441.611.722.72表9-1 各种基础的沉降系数K值表 第211页/共228页3 岩石桩基工程D4墩为金塘大桥主通航孔桥两个主索塔墩之一，基础为42根国内首次采用的超长大直径变截面嵌岩桩，直径为2.5米2.85米，平均打入海平面下110米。第212页/共228页3.1 3.1 3.1 3.1 嵌岩桩的承载力嵌岩桩的承载力嵌岩桩的承载力嵌岩桩的承载力（1）采用静荷载试验确定嵌岩桩极限承载力嵌岩桩静荷载试验的试桩数不得少于3根，当试桩的极限荷载实测值的极差不超过平均值的30%时，可取其平均值作为单桩极限承载力标准值，建筑物为一级建筑物，或为柱下单桩基

40、础，且试桩数为3根时，应取最小值为单桩极限承载力，当极差超过平均值的30%时，应查明误差过大的原因，并应增加试桩数量。第213页/共228页（2 2）理论计算确定嵌岩桩极限承载力）理论计算确定嵌岩桩极限承载力Rk为嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值；Rsk为桩侧土总摩阻力标准值；Rrk为总嵌固力标准值；Rpk为总端阻力标准值。第214页/共228页嵌岩桩的桩侧土摩阻力标准值RsK的确定当桩穿越土层厚度小于10m时 一般不计算桩侧上摩阻力当穿越的土层较厚时 对于地质不良区或软弱土层，均不宜计算 嵌岩桩的桩侧土摩阻力。对其他土层，嵌岩桩的桩侧土摩阻力标准值 按下式计算:式中，为第层士的桩侧土摩阻力折减

41、系数，为第层土的桩侧土极限摩阻力标准值，由试验确定；对粘性土取0.6，对无粘性土取0.5；第215页/共228页嵌岩桩嵌入基岩部分的总嵌固力标准值RrK的确定嵌岩桩嵌入基岩部分的嵌固力标准值，由下式计算:式中，r 为嵌固力分布修正系数，按下表取用；为岩石饱和单轴抗压强度标准值；为嵌岩部分桩的周长;hr 为桩的嵌岩深度，当嵌岩深度超过5倍桩径时，取hr=5d 第216页/共228页嵌岩桩的极端阻力标准值RpK确定嵌岩桩的桩端阻力标准值按下式计算:式中，p为端阻力分布修正系数，参考下表;Ap为桩端截面面积 第217页/共228页3.2 3.2 3.2 3.2 嵌岩桩的沉降嵌岩桩的沉降嵌岩桩的沉降嵌

42、岩桩的沉降桩端压力作用下，桩端的沉降量（Wb）桩顶压力作用下，桩本身的缩短量（Wp）考虑沿桩侧由侧壁粘聚力传递荷载而对沉降量的修正值（W）嵌岩桩基沉降量由下列三部分组成：第218页/共228页桩深入岩体深度为L，基岩面以上桩长为L0，桩半径为a，桩顶荷载为Pt，桩底端载荷为Pe，基岩变形模量为Em，桩身混凝土的变形模量为Ec，泊松比为，第219页/共228页3.3 3.3 3.3 3.3 现场试验确定嵌岩桩的桩基承载力现场试验确定嵌岩桩的桩基承载力现场试验确定嵌岩桩的桩基承载力现场试验确定嵌岩桩的桩基承载力确定单桩承载力、桩身轴向应力、分层岩土摩擦力、极限端阻力、桩弹性压缩、岩土塑性变形。第2

43、20页/共228页p直接利用（无基础）的岩石地基岩石饱和单轴受压强度大于30MPa，且岩体裂隙不大发育的条件下，可直接利用岩石地基，具体构造要求：预制钢筋混凝土柱，可把岩石凿成杯口，将柱直接插入,然后用强度等级为C20的细石混凝土将柱周围空隙填实，使其与岩层连成整体。杯口深度要满足柱内钢筋的锚固要求。如岩层整体性较差，则一般仍要做混凝土基础，但杯口底部厚度可适当减少到810cm。现浇钢筋混凝士柱（墙），将柱子主筋直接插入基岩作锚桩，钻孔深不小于40d，孔径为34d，不低于M30水泥砂浆回填。还可作大放脚，以便多布置锚柱。设备基础，可将地脚螺栓直接埋设在岩石中作基础。第221页/共228页pp

44、岩石锚杆基础岩石锚杆基础岩石锚杆基础岩石锚杆基础当上部结构传递给基础的荷载中有较大弯矩时，可采用锚杆基础。岩石锚杆基础通过在基岩内凿孔，孔内放人螺纹钢筋，然后用强度等级不低于M30的水泥砂浆或C30细石混凝土将孔洞灌填密实，使锚杆基座与基岩连成整体。第222页/共228页1）锚杆抗拔力的确定锚杆的抗拔力R。由下列4个因素决定：（1）锚杆钢筋的强度；（2）锚杆与砂浆的粘结力；（3）砂浆与岩石间的粘结力；（4）砂浆周围岩石抗拔能力。单根锚杆的抗拔力，对一级建筑物应通过现场试验确定，对于其他建筑物可按下式计算：式中，Rt为锚杆的抗技力;d为锚杆孔的直径；为锚杆的有效锚固长度，必须大于40;为砂浆与岩

45、石间的粘结强度设计值（Mpa）第223页/共228页2）锚杆基础中单根锚杆承受的荷载 锚杆基础中每根锚杆分担的拉拔力设计值Q t（kN），按下式验算：式中，F为作用于锚杆基础L竖向力设计值，kN；n为锚杆数；M x,M y分别为作用于锚杆群上外力对通过锚杆群重心的X，Y轴的力矩设计值；x i,y i从分别为锚杆i至通过锚杆群重心的X，Y轴线的距离。第224页/共228页p 岩土混合地基岩土混合地基是指在地基受力层范围内有岩石和土，而且岩石和土空间分布不均匀的地基。这是在山区建筑中常见的一种地基。根擦岩土组成情况，可以分为：下卧基岩面倾斜的地基、石芽密布的地基、大块孤石或个别石穿出露的地基下卧基

46、岩面倾斜的地基这类地基山区较为普遍，设计时应考虑上覆土层厚薄不均而产生不均匀沉降，还要考虑上覆土层沿倾斜的基岩面产生滑动的稳定性。第225页/共228页石芽密布并有局部出露的地基这类地基的变形问题，目前尚没有理论验算方法。大量实践经验表明，在保障石芽间充填的土层具有较高的承载力和较低的压缩性，可使用正常。大块孤石或个别石穿出露的地基大块孤石主要在洪积层或冰碛层，这类地基的变形条件对建筑物较为不利。勘探时，不要把孤石误认为基岩。孤石除可用褥垫处理外，有条件时可利用它作为柱子或基础梁的支墩。岩土混合地基的处理 结构措施 地基处理第226页/共228页p 岩溶一般应注意以下原则：尽可能选择非可溶性岩石分布地段或弱岩溶分布地段布置建筑物。尽可能避开岩溶集中发育地段、基岩起伏剧烈且有软土分布地段。若难于避开时，应使建筑物轴线方向与岩溶发育带垂直或斜交，以减少地基处理。尽量避开地下水随季节变化造成淹没的地段。岩溶地基的处理清爆换填梁板跨越桩基支撑跨越地下水宜疏导不宜堵。第227页/共228页感谢您的观看！感谢您的观看！第228页/共228页