《岩土工程》课件-51页word资料

西南交通大学本科课程《岩土工程》
教案简稿
土木工程学院：邓荣贵
2019年
1. 前言
1.1岩土工程概念
（1）岩土工程的概念包含的意义：
1）土木工程的一个分支，一门技术性边缘学科；
2）以水文地质学、工程地质学、岩体力学、土力学、材料力学、弹行力学、塑性力学、断裂力学、结构力学、建筑材料、钢筋混凝土结构学、地基基础工程学和力学试验分析等为理论与技术基础；
3）解决与岩土体有关的工程技术问题，服务于工程建设和使用过程中的勘察与论证、设计与施工（监理）、监测与检测、营运维护与病害处理、加固与更新等。

（2）岩土工程的服务领域
1）工业与民用建筑和市政工程；
2）交通运输工程；
3）水利水电与能源工程；
4）环境保护与地质灾害防治；
5）其它。

1.2岩土工程工作的特点
1）工作对象的复杂性；
2）工作成果的不可预见性；
3）工作失误的难以弥补性；
4）工作失误的严重性。

1.3岩土工程涉及的具体工程问题
1）土地利用的可行性研究；
2）工程勘察设计；
3）地基基础方案经济技术比较；
4）地基、边坡与隧道围岩的利用与处理；
5）海岸场地评价及方案设计；
6）环境工程；
7）地基土改良；
8）监测和检测；
9）工程抗震及地震工程等。

1.4岩土工程建立的背景
（1）国际背景
（2）国内背景
1）人口增加、耕地减少；
2）各种工程规模越来越大；
3）可选择场地地质条件变得复杂；
4）因岩土工程工作不到位造成的工程事故占总事故的70％以上；
5）技术经济发展的需要。

1.5岩土工程专业（学科）在土木工程中的地位与作用
（1）是土木工程的基础
（2）是地质类学科与上部结构类学科的“桥梁”
（3）不懂得岩土工程，不可能成为一名优秀的土木工程师
（4）岩土工程典型事例。

参考书
1、参考教材：《岩土工程》，汤康民主编，武汉工业出版社；
2、参考书：
（1）《岩土工程勘察设计手册》；
（2）《岩土工程试验监测手册》；
（3）《岩土工程治理手册》；
（4）《岩土工程监理手册》；
（5）《国内外岩土工程案例分析》。

2. 岩土工程勘察
2.1 基本任务
a) 场地稳定性评价：对各类建筑物适宜性的技术论证；
a)弄清场地地层结构及各岩土层单元的工程性状参数；
b)弄清施工过程中可能存在的问题；
c)地基加固方案和基础形式的建议与论证；
d)弄清或预测环境变化对场地及建筑物的影响，反过来建筑对环境的影响，即
相互作用特征论证；
e)已有土木工程安全性评价；
f)病害工程加固处理方案论证；
g)指导岩土工程长期观测。

2.2岩土工程勘察的基本程序
工作前提和条件：
（1）主管部门批文；
（2）规划或设计部门的任务书。

基本工作程序：
（1）资料搜集，现场工程地质测绘，弄清工程地质条件及问题；
（2）结合场地条件及工程特点分析，弄清存在的岩土工程问题；
（3）采用必要的勘探测试手段进行勘测，获得岩土体技术参数；
（4）岩土体最佳技术参数的估计；
（5）对特定的岩土工程问题作出分析论证和评价，为设计提出建设及整治方案；（6）施工中，岩土工程条件的复检，必要时对设计变更提出建议；
（7）工程运营过程中的长期观测。

2.3岩土工程勘察重要性分级
1）分级考虑的因素：
（1）工程安全等级：一级、二级和三级。

（2）场地复杂程度：一级、二级和三级。

（3）地基复杂程度：一级、二级和三级。

2）勘察等级
（1）一级岩土工程勘察：结构复杂、荷载大、要求特殊等。

（2）二级岩土工程勘察：常规结构、标准基础形式。

（3）三级岩土工程勘察：小型简单结构。

2.4岩土工程勘察阶段
（1）选址勘察（又叫可行性研究勘察）：场地稳定性及适宜性问题。

（2）初步设计勘察：地层分布、岩土特征，不良岩土工程问题（布局）、基础类型等问题。

（3）详勘：参数问题
（4）施工勘察：符合性问题
2.5岩土工程勘察的主要工作
（1）勘察工作设计（即勘察大纲）：
勘察大纲（设计）包括下列内容：
①工程名称、地点及建设单位；
②哪个勘察阶段及勘察的目的和任务；
③场地自然地质条件及其过去研究程度简要说明；
④勘察方法及工作量布置；
⑤资料及报告内容要求；
⑥勘察中可能出现的问题及采取的措施；
⑦附件：技术要求、勘点布置图及进度计划。

（2）工程地质测绘与调查
比例尺不小于1：50000（选址），1：2000～1：5000（初勘），1：500～1：1000（详勘）
工程地质测绘与调查方法有：①穿越法；②追索法；③综合法及布点法（特殊部位）。

（3）勘探工作
包括掘探、钻探、触探和物探
①掘探：探井及探槽；多用于厚度小于3.0m的情况
②钻探：有小孔钻和大孔钻
③触探：静力触探和动力触探
④物探：
（4）测试：变形测试、强度测试和承载力测试等（5）长期观测：变形位移及应变，应力及压力观测等（6）岩土工程分析评价与成果报告
①岩土工程资料（方法及工作量）；
②岩土工程测试及勘探资料评价；
③结论与建议。

3. 土体和岩体的工程性质
3.1工程土体主要设计参数
3.1.1压缩性参数
1）压缩曲线和压缩性指标
（1） 压缩曲线 （2） 压缩性指标 ①压缩系数 2
12
1p p e e a --=
（2-1）
压缩指数 1
22
1l o g l o g p p e e c c --=
（2-2）
②变形模量E 0及压缩模量E s （MPa 或kPa ）
z z E 000εσ=
a
E z z s 1
e 1(＋侧限条件）＝εσ= （2-3） ③体积压缩系数Mv （1/kPa ）
1
11e a
Es M v +==
（2-4） ④回弹系数Cs ：（土体卸载特性） 减压曲线及再压曲线： i
i i i P P e e Cs log log 11
--=
++ （2－5）
⑤固结系数Cv （固结快剪特性）cm2/s 或m2/年 w
a e k Cv γ)
1(+=
（2－6） 确定Cv 的方法：
A 、时间对数法 5
.02
5.0)(t H Tv Cv = （2－6’）
式中，（Tv ）0.5及t 0.5为u t ＝0.5的时间因素及时间，H ～排水距离
B 、时间平方根法（t 法） 9.025.0)(t H Tv Cv = （2－7）
式中，符号意义同上。

⑥次固结系数Ca
次固结变形与时间半对数坐标上直线的斜率Ca 1
l o g l o g l o g 2
1
221t t e
t t e e Ca ∆=--=
（2－8）
一般情况下：0018.0ω=Ca 0ω－含水量系数
（3） 渗透性参数
① 无粘性土测定毛细管上升高度计算：
2
)(2s
n n k η=
（2－9） 其中，
g T
h s n ρ= （2－10） 式中，h －毛细管上升高度
n －孔隙率
s －单位体积毛细管表面积 η－液体粘滞系数 T －液体表面张力 ρ－土的密度 g －重力加速度
② 软土及粘土测定固结指数Cv 计算 e
a
Cv k +=
1ωγ （2－11） 式中，a －压缩系数
e －孔隙比 Cv －固结系数 （4） 土的抗剪强度参数 或
⎪⎭
⎪⎬⎫+=''+'='ϕ
στϕστtg c tg c f f （2-12）
测定土体强度参数时，分UU 、CU 和CD 三种试验。

3.1.2影响土体工程性质的主要因素 ① 土的粒径组成； ② 土的密实度；
③ 土的稠度，用I L 来表示； ④ 粘性土的结构性； ⑤ 应力历史； 3.1.3工程土体的分类 见有关书籍。

3.2工程岩体参数的确定及质量评价
3.2.1岩体的天然性及组成 （1） 岩体的天然属性
① 形成的复杂性 ② 形成的久远性
③ 成分及结构的多样性和复杂性 （2） 组成
力学及几何上讲：岩体＝岩石＋结构面
① 岩石 ② 结构面
（3） 岩体所处的工作环境
① 地下水及地表水环境 ② 地热（温）及大气热环境
③ 地壳构造作用力及相邻岩体重力作用环境 ④ 人类生活和生产活动环境。

3.2.2岩体的变形参数确定 （1） 岩石变形参数的确定方法
① 初始弹性模量E 0 ② 切线模量E t ③ 割线模量E 50
（2） 结构面的切向和法向刚度确定
u
Gt τ
=
， v
Gn σ
=
（2－13）
（3） 岩体变形参数的确定
① 确定方法：现场刚性承压板试验（狭缝法和环形试验法），得到加～卸变形
曲线，由变形曲线确定岩体变形参数。

② 弹性模量E e
e
Ee εσ
=
（2－14） ③ 变形模量E 0 e
p Eo εεσ+=
（2－15）
④ 承压板试验
)
(2)(4)1(e o e o u p
d E μπ-=
（2－16）
式中，)(e o u 为荷载p 作用方向的总位移或弹性位移。

3.2.3岩体强度参数的确定 （1） 岩石的单轴压缩强度
① 屈服强度 ② 峰值强度 ③ 残余强度
（2） 岩石的三轴压缩强度
① 屈服强度 ② 峰值强度 ③ 残余强度
（3） 岩石的抗剪强度参数，C ，φ 不同的围压σ3下测出σ
1c ，得到：
c c R m +=31σσ (2-17) 利用m 及Rc 可求出C ，φ值，即：
c R c φ
φ
cos 2sin 1-=
(2-18)
不同法向应力作用下的直接剪切试验测出σv ～τf ，得到：
c m v f +=στ (2-19)
m 1tan -=ϕ,C=c
（4） 含一组结构面岩体强度，经推导：
β
βσσσ2sin )tan 1()(2)(331fc f c -+=
- (2-20)
当)0(2
1
==βπβ时，（σ1－σ3）→∞，结构面没有影响，
当φβ=时，（σ1－σ3）→∞，结构面影响较大，
当ϕβ2
1
45+︒=时，
])1)[((2)(2
12
3min 31f f f c -++=-σσσ (2-21)
将（2-20）式绘成曲线，则为
)]sin tan (
sin [2
112φτφ
σφβm
m c ⨯++=- (2-22)
（5） 有两组及多组结构面时的强度
利用迭加的方法，确定不同外力及结构面组合下的岩体强度，但事实上岩体中含有三组及以上结构面时，岩体的强度则由结构面控制，结构面方向的影响减弱。

（6） 实际岩体强度参数确定
岩体结构复杂，若进行现场大尺寸试验测试，无论从时间、财力、物力上均是不可取的，因此常用经验性折减方法进行处理，即用（2－23）式计算
c mc βσσ= (2-23) σ
mc 及σc 分别为岩体和岩块的强度，
σc 由试验测得，β为折减系数，也称为岩体
的完整性系数。

β由（2－24）确定
2)(
rp
mp v v =β (2-24)
式中，V mp 为现场岩体中的纵波速度，V rp 为室内岩石块体中的纵波速度。

在水电行业中，常取岩块强度的10％，特殊情况下根据岩体特征适当提高。

3.2.4岩体的地温环境
根据大地测试，地壳的地温梯度为3℃/100m ，但在地壳构造边缘区，常有地热异常带存在。

（1） 地热使岩体膨胀，在其内部形成因温度产生的膨胀应力。

但在浅部岩
体工程中，温度变化不大，产生的膨胀应力很小，常忽略不计。

而深部岩体工程，核电站及其它特殊工程，则需要考虑。

（2） 地热的增加，会使暴露在大气中的岩体加速风化。

3.2.5 岩体的水环境
工程岩体要么在水中工作，要么其内容充满了水，水对岩体的作用有三个方面：
（1） 物理作用：加速岩体物理风化和软化岩土，工程性质变差。

（2） 化学作用：加速岩体风化和劣化。

（3） 力学作用：改变岩体内部应力状态，降低岩体整体工程性质。

（4） 岩体渗透系数：
l
h
A Q k 22/
(m/s) (2-25) l －渗流距离（m ） h －水头变化 A －渗透断面 Q －渗流流量（m 3/s ）
地下水对岩体工程性质的影响取决于岩体的透水特性（k ）及排水条件及水头差。

3.2.6岩体的地应力环境
位于地表附近的工程岩体除工程附加应力外，岩体中天然的原始应力较小，一般可以忽略不计。

而位于深部的工程岩体，如隧道、矿山坑道、地下厂房等围岩就是在较大的天然地应力环境中。

修建工程，对岩体往往有加载，也有卸载。

因此，在进行岩体工程设计前需要了解岩体所处的天然地应力场条件，岩体地应力主要由构造应力和自重应力构成。

（1） 研究岩体天然地应力场的方法
① 地质构造形迹及大地构造分析法
② 现场实测法：如解除法、恢复法、水压致裂法 ③ 室内测试法：如Kaiser 效应法、岩石变形曲线分析法 ④ 室内模拟法：如物理模拟、数值模拟计算 （2） 主要方法的基本原理
① 地质构造分析法
主要是研究岩体中的构造应力，其基本要点是根据地质构造应力作用在岩体中留下的变形痕迹和断裂现象，反过来分析岩体中当初和目前的应力状态（利用板块大地构造举例说明）。

② 现场实测法
A 、 孔径变形法：
利用钻孔在岩体应力解除后直径的变化量u 分析地应力，通过一个钻孔和弹性力学相关原理建立的公式：
]2cos )(2
[)1(212
12θσσσσ-++-=E d u u (2-26)
将传感器置入孔中，解除应力（用套孔）后测得某三个方向的u ，代入（2-26）式，得到σ1，σ2与三个方向孔径变化量u 1、u 2及u 3的关系，以及与θ的关系，求σ1，σ2和θ；
利用平面弹性力学理论求出θ方向的正应力及剪应力σxi ，σyi ，τxyi ；
再利用空间弹性力学理论，σxi ，σyi ，τxyi 与空间应力场分量σx ，σy ，σz ，
τ
xy ，τyz
及τ
zx
之间的关系，该关系中有9个与方向有关的系数，因此需要
三个不同方向的钻孔就能确定岩体空间应力分量，进一步可以计算空间主应力及其方向。

B 、 孔壁应变法
利用钻孔岩体在应力解除后，孔壁上岩体的应变变化量，根据弹性力学原理，该应变与空间6个应力分量的关系，求出6个空间应力分量，进一步计算其主应力及主方向。

孔壁应变法只需要一个钻孔，但其测试工艺较复杂，难度也较大。

C 、 水压致裂法
在预测深度对钻孔加液压，直至孔壁压裂，根据压裂参数及弹性力学理论计算岩体地应力。

3.2.7工程岩体质量评价 （1） 岩体质量评价指标
① 岩体裂隙度: l n
k j =
(2-27) 平均间距 ： n
l k d j =
=-1
② 切割度
有n 条节理，则A
a
X r
i i
e ∑==1
（2-28）
a －节理切割面积 A －分析断面面积 ③ 岩芯RQD
L
h
RQD n
i i
∑==
1
' （2-29）
（2） 岩体质量评价
① 以切割度为标准，可将岩体质量分为五级 A ，Xe ＝0.1～0.2 ， 完整的 B ，Xe ＝0.2～0.4 ， 弱节理化 C ，Xe ＝0.4～0.6 ， 中等节理化 D ，Xe ＝0.6～0.8 ， 强节理化 ② 以岩芯RQD 为标准 A ，RQD ＝0～25％， 很差 B ，RQD ＝25～50％， 差 C ，RQD ＝50～75％， 一般 D ，RQD ＝75～90％， 好 E ，RQD ＝90～100％， 很好
3.3土体的工程分类
3.3.1无粘性土分类
粉粒和粘粒含量在50％以下的土，称为无粘性土。

砾石土：（1）漂石或块石，（2）卵石或碎石，（3）圆砾及角砾。

粗粒土
砂土：砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

3.3.2粘性土的分类
粉土：砂质粉土、粘质粉土。

粘性土
细粒土：粉质粘土、粘土。

3.4工程岩体的分类
工程岩体分类是一项十分复杂的工作。

目前有关岩体分类的方案（法）不下100种，对于不同行业，由于不同的工程考虑，其分类均不一致，这里就常用的几种作简单介绍。

3.4.1我国铁路隧道围岩分类
分类的目的是根据不同的围岩类型及其环境条件，设计不同的加固和支护方案和参数。

该分类方法考虑的因素有： （1） 围岩结构特征及完整性； （2） 围岩岩石强度； （3） 地下水条件。

分类的结果见教材P29表1.12。

3.4.2水利电力行业的分类
该分类方法用一个综合质量指标（M ）来衡量岩体的质量差别，
p y K SK M β= （2-30）
式中，2
)(
Vrp
Vmp =β 岩体完整性系数， f
d
R R Ky =
风化系数，Rd 及Rf 分别风化及新鲜岩石强度， S －岩石质量指标，)
(s s E R Ew
Rw s =
Kp －岩体软化系数，
f
w
R R
3.4.3RMR=R 1+R 2+R 3+R 4+R 5+R 6 （2-31）
R 1－岩石单轴抗压强度 R 2－对应于岩石RQD 指标 R 3－节理间距
R 4－与节理面状态相关的系数 R 5－地下水影响程度 R 6－节理方向与工程的关系 3.4.4岩体综合质量分类（BatonQ 分类）
))(((
SRF
J J J J RQD Q w d r
n = （2-32） RQD －岩石质量指标 Jn －节理裂隙组数 Jr －裂面粗糙度 Jd －裂面风化系数 Jw －裂隙水折减系数 SRF －应力折减系数 3.4.5规范（GB50218-94）
v c K R BQ 250390++= （2-33）
Rc ＝22.82I s （50） Is －点荷载强度
2)(
pr
pm v v Kv =——岩体完整性系数
4. 土体地基和岩石地基工程
4.1一般土质地基 （1） 地基承载力
① 太沙基承载力公式：
r q c u bN dN cN p γγ21
++= （4-1）
Pu －极限承载力 C －内聚力（Kpa ） γ－重度（KN/m 3） b ，d －基础宽度及埋深
Nc ，Nq 及Nr －承载力系数，与φ和C 有关
② 汉森承载力公式
r r r r r r q q q q q q c c c c c c u b g i S d rbN b g i d S rdN b g i d S N p 21
++= (4-2)
Sc ，Sq ，Sr －基础形状系数；
r q c d d d ,,－基础埋深系数；
r q c i i i ,,－荷载倾斜系数； r q c g g g ,,－地面倾斜系数；
r q c b b b ,,－基底倾斜系数； r q c N N N ,,－承载力系数。

（2） 粘性土地基承载力
rd c N b d
l b p uu c u +++=)2.01)(2.01( (4-3)
Cuu －uu 试验所得内聚力（Kpa ） L －基础长度（m ）
（3） 无粘性土地基承载力
其承载力主要与颗粒级配、含水状态、结构密实程度有关。

4.2特殊土质地基（干旱地区中纬度）
（1） 黄土地基：水份蒸发、CaCO 3、CaSO 3胶结、孔隙
① 湿陷性黄土
② 非湿陷性黄土
湿陷性黄土判断：湿陷系数δs ＝0.015＝（h p －h p ’）/h 0 湿陷起始压力及含水量。

4.3红粘土地基
（1） 矿物组成：石英、多水高岭石、水云母、赤铁矿、三水铝土矿
（2） 化学成份：SiO 2占45.6％，Fe 2O 3占13.7％，Al 2O 3占25.7%,CaO 占0.7％，
MnO 2占0.1％
（3） 红粘土一般物理力学特性
① 天然含水率高：40～60％（高达90％） ② 粘粒含量高：60～70％（高达85％）
③ 密度小，孔隙比高：e ＝1.4～1.7（最大达2.0） ④ 塑限高：ωp 高
⑤ φcu ＝8°～18°，Ccu ＝40～90KPa ，Eo ＝（5～30）MPa ⑥ 无湿陷性
（4） 确定红粘土地基承载力方法
① 规范查表：应用参数：A.含水比αw ＝ω/ωL ，B.液塑比Ir ＝ωL /ωP ② 现场载荷试验法：静力载荷法 ③ 查用地区经验数据。

4.4膨胀地基 膨胀特性指标：
（1） 自由膨胀率：%1000
⨯-=v v v w ef σ (4-4) （2） 膨胀率：%1000
⨯-=
h h h w ep σ (4-5) （3） 膨胀力：体积不变浸水膨胀产生的压力。

（4） 收缩率及收缩系数： 失水时，%1000
0⨯-=
h h
h s σ (4-6) （5） 收缩系数：含水量减小1％时的收缩率λs 。

v s
s ∆∆=
σλ (4-7) 式中，分子为压应力增量，分母为体积增量。

4.5软土地基处理
满足不了建筑对地基土承载力及变形要求的土质地基。

处理方法：
（1） 密实法：振冲及夯压等 （2） 置换法：换填等 （3） 复合地基法： （4） 加筋法： （5） 灌浆法： 4.6岩石或岩体地基 （1） 岩石地基的破坏
岩石地基是否可靠的关键是其内部节理性态，与最大工程荷载作用方向之间的关系等。

岩石地基的破坏往往是沿岩石中的弱面产生的。

（2） 岩石地基的承载力及沉降变形
)2
45(tan 2ϕ
++=u u f q q q (4-8)
对于风化岩石，应进行折减，即
ur f q q ϕ= (4-9)
q ur －岩石饱和单轴抗压强度；
φ－折减系数，微风化φ＝0.2～0.33，中等风化φ＝0.17～0.25 岩石地基的变形由弹性力学理论计算
)arcsin()1(2r R RE r πμθσ-= (4-10)
（3） 岩石地基加固原理与方法
控制岩石地基承载力的因素主要是其中的结构面和地下水，因此加固岩石地基工作应从这两个方面入手：
① 排水：
排水加固岩石地基主要是使岩石中的孔隙水压力降低，提高其抗剪强度。

② 加固岩石结构面抗剪强度。

A. 清洗结构面（带）
主要是指结构面（带）存在软弱物质如夹泥等的情况。

B. 注浆
通过注浆将结构面胶结起来，提高其抗剪强度。

注浆方法有充填注浆、渗透注浆、挤密注浆、劈裂注浆、电动化学注浆等。

注浆加固应注意以下问题： A ） 选用合适的注浆方法； B ） 确定适当的注浆压力； C ） 选择合适的浆液、凝固时间； D ） 注浆施工监控与效果检测。

（4） 嵌岩桩桩基的设计原理：
① 原则：确定最佳桩长及最小的基底应力；
② 使用条件：表部土层较薄，承载力不能满足要求；或在岩层顶面坡度沉降变形不均匀；或者在斜坡地带，地基不稳定。

③ 由于嵌岩桩是端承桩和从安全考虑，不考虑土体的作用，常用圆形桩，半径为a 。

设计计算的方法和步骤：
① 根据地质资料和岩土性能测资料确定桩周允许剪应力和桩端允许承载力； ② 载荷条件： A. 桩顶面应力p z ；
B. 桩和岩石的变形参数为Ec 、u c 及Er 、u r
C. 岩石与桩间的摩擦系数为f
D. F z =πa 2p z (4-11) ③ 嵌入岩石的最大桩长l max ，即P D ＝0时的承载力：
f
z
F l τ
πa 2max =
(4-12)
最小嵌岩桩长0a 2min ==
f
z
q F l π（当q f ≥p z ） (4-13)
由平衡条件：πa 2p z =πa 2q f +2πal 1τ f (4-14)
及：()f z
q p
a l -=
f
12τ
(4-15) 由研究得：]1[211
f -Al f e q l a
＝
τ (4-16) l 1－嵌岩长度的最小值； A ＝
r
c
r c c E E a f )1(12μμμ++-
则)ln(1
1f
z q p A l =
（当q f <p z 时） (4-17) 4.7 丘陵与山区斜坡地基及其加固处理 （1）斜坡地基场地稳定性 （2）斜坡地基场地环境安全性 （3）不均匀变形问题；
（4）丘陵及山区地基处治与加固。

5. 深基坑的开挖与支护
5.1深基坑坑壁土压力特点
i. 开挖基坑前为静止土压力；
ii. 开挖的过程，土压力变为动态的主动土压力和被动土压力； iii.
土压力的分布形态复杂，受支护形式、支护结构变形特征及土层分布和特性有关； iv.
支护设计计算按一般极限状态理论；
对粘性土：
主动土压力：a a i i a K c K h r q 2)(-+=∑σ (5-1) 被动土压力：p p i i p K c K h r q 2)(++=∑σ (5-2) 对于无粘性土：
主动土压力：a i i a K h r q )(∑+=σ (5-3) 被动土压力：p i i p K h r q )(∑+=σ (5-4) v.
实际计算时，常将土压力简化为梯形和三角形，采用三角形分布的形式较多一些。

5.2深基坑支护结构类型与设计计算
1）深基坑支护类型 （1） 板桩挡墙 （2） 排桩挡墙
（3） 自立式水泥土挡墙 （4） 地下连续墙 （5） 组合式挡墙
2）板桩墙的设计计算 （
1）无支撑板桩：
A.根据主、被动土压力分布的假设，建立水平向静力平衡及底端力矩平衡方程，确定嵌入深度t 等参数；
B.由水平向静力平衡(∑H ＝0)得:
弯曲结构
)
2)(()(22t h K K K t h K t b a p a p +-+-=
（5－5）
C.由力矩平衡(∑M ＝0)得：
0)2)(()(233=+-+-+t h K K b t K t h K a p p a γγγ （5－6）
（5－5）式代入（5－6）式消去b ，由（5－6）式试算求得t 。

（2）有支撑的板桩：
① 假设土压力分布形式
② 根据要求确定特殊点的限制位移，几个支点应有几个限制点 ③ 利用连续梁模型计算桩的弯矩分布 ④ 利用静力平衡计算桩体剪力
5.3深基坑排水
1）方法
（1） 轻型井点法 （2） 喷射井点法
（3） 电渗井点法 渗透系数小的地区 （4） 深井井点法 渗透系数大的地区 成都地区常用深井井点法。

5.4高程建筑地基基础问题
5.4.1.高层建筑特点及其对地基基础的要求
目前世界最高的建筑是迪拜塔，现为哈利法塔，总高826m ，160层；中国大陆最高的建筑是上海的环球金融中心，高492m ；成都在建的最高建筑物为红星路的金融中心，高约22m ，基坑深32m 。

高层建筑就地基基础而言具有如下特点和要求：
（1）垂直荷载大，为准静荷载，要求地基有足够的承载力；
（2）水平荷载巨大，包括风荷载和地震荷载，为随机性动荷载，要求建筑物基础基底和周围能够提供足够的反作用力来平衡水平荷载；
（3）对地基不均匀沉降变形非常敏感，容易出现倾斜现象，一旦出现倾斜基底应力不均匀，这样就可能进入恶性循环过程；这就要求地基沉降变形均匀； （4
）对地基土的地震响应特性也非常敏感，要求测试与确定。

地基土的地震响应
渗透系数中等的地区
特性主要用卓越周期（或叫特征周期）g T 描述，通过测试基底以下至基岩面间的松散覆盖层的剪切波速度，利用下式进行计算：
式中，i h －基底以下第i 层土体厚度（m ）；si V －基底以下第i 层土体的剪切波速度（m/s ）；n －地基土层数。

5.4.2.地基基础型式
鉴于高层建筑的上述特点和要求，高层建筑地基土必需有足够的垂直承载力和均匀性、足够的水平向约束力。

为此，实际工程采取以下基础型式来满足高层建筑对地基基础的要求：
（1）加大基础埋置深度；一般要求基础埋深为建筑物总高度的1/12~1/8。

（2）基础与地面以上建筑整体连接，并且基础结构更强； （3）采用不同基础型式：
1）箱型及基础：当用于房屋使用时，采用箱型基础，该类基础刚度大，对地基的要求相对较低，但不能改造它用，目前采用该基础的事例很少。

2）筏型基础：基础内的空间多用作商场、停车场、设备房或其它方面，筏型基础内的地下空间大，使用或改造灵活，目前采用得很多。

3）桩－筏基础：其功能与筏型基础相当，主要是针对地基土性质较差的情况，不能满足建筑竖向承载力、横向约束力和变形的要求，因周围环境限制，技术难度或经济性考虑，筏板基础不能设置太深等，常采用该类基础。

目前采用得较多。

4）锚杆（索）－筏型基础：岩石地基或在覆盖层厚度较小的地区，或者斜坡地区（如重庆），当地下室开挖将覆盖层全部挖除后，基底即为岩石地基。

该类地基竖向承载力和变形均能满足建筑要求，但水平向约束力采用较浅的筏型基础不能满足要求时采用该类基础。

5）桩－箱基础和锚杆（索）－箱型基础：也是用于竖向承载力和变形较好，但水平约束力不足的情况。

5.4.3.地基基础抗浮问题
高层建筑往往有主楼和裙楼构成，而地下室深度相同，在地下水位较高的地区裙楼往往自重低于地下室在地下水位以下部分产生的浮托力，这就需要解决上浮问题，进行抗浮设计。

目前，抗浮措施只要有建筑物上压重抗浮法和地基基础拉锚抗浮法。

拉锚结构常有抗浮桩和抗浮锚杆或锚索。

抗浮设计时一定要注意单
根桩、锚索或锚杆抗浮力与基础下所有抗浮结构综合抗浮力的差异。

另外，如果裙楼的外伸距离较小，而地下室层数多，刚度较大时，可以采用结构措施，如加强地下室、裙楼和主体结构设计。

高层建筑基础型式示意图
5.5山区建筑地基基础问题
5.5.1 山区建筑地基基础特殊问题
（1）建筑物的安全与地基基础以外的场地有关
场地稳定主要体现在天然斜坡自然条件和工程活动条件下是否稳定，还要考虑时间因素和地震因素。

（2）建筑物的安全与地基基础以外的周围边坡或斜坡稳定有关
周围环境主要指临近建筑的边坡或斜坡是否稳定，中远距离的天然斜坡是否存在大规模的失稳破坏，其失稳破坏是否会影响建筑物的安全。

（3）建筑物安全与其位于的沟道有无泥石流灾害有关
建筑物所在沟道有无泥石流灾害的潜在危险性，发生泥石流灾害是否影响建筑物的安全。

（4）建筑物所在场地附近（建筑物之上）陡涯是否有崩塌的危险
陡岩危岩崩塌掉落直接砸向建筑物，威胁其安全。

（5）地基往往不均匀，其不均匀沉降变形和（或）侧向变形包括蠕滑变形对建筑物安全构成长期威胁
山区建筑物地基不均匀变形常常是不收敛变形，对建筑物的安全构成长期威胁。

（6）山区自然和工程洞穴威胁着建筑物的安全。

5.5.2 山区建筑地基基础特殊问题的解决措施
（1）勘察论证时对场地稳定及周围的安全性进行评估、评价和深入的论证；（2）论证结果若有安全隐患，则论证是采取调整选址位置，还是采取防护或治理措施；
（3）将基础置于坚固地层中，或者适当削弱坚硬地基，强化相对软弱地基。

（4）有针对性的加强建筑物结构。

（5）对建筑场地、周围环境、地基和建筑物进行长期监测或观测，以便出现异常现象及时长期处理措施。