岩石地基工程

2．取l1＝10m
3．pD＝
20
PD 2 0.25 tg 40 10 exp － ＝0.423 PZ 1－0.25＋(1＋0.25) 2 1.5
2
15 .
×0.423＝2.83×0.423＝1.2MPa
20
2
4．＝(1－0.423)· ∴
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岩石地基工程
周德培 西南交通大学土木工程学院
内
容
一、岩石地基质量评价 二、岩石地基破坏模式 三、岩石地基应力 四、岩石地基允许承载力 五、嵌入岩石的桩基设计
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一、岩石地基质量评价
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2 15 10 .
＝0.12MPa，＝
FZ
a
2
＝2.8＜10MPa
PD＜ qf ，＜f
故取l＝10m，a＝1.5m
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算例:已知：Er／Ec＝0.5，r＝c＝0.25，qf＝2MPa，f＝0.15MPa，
混凝土的单轴抗压强度c＝10MPa，FZ＝20MN，f＝tg40。试设计嵌入 岩石的最佳长度l。取a＝1.5m 1．计算
lmax
FZ 20 14.15m 2a f 2 1.5 0.15
qu 2c N
图9.11 有张开铅直节理上的地基承载力分析简图
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规范推荐的方法
《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）的附录五的规定（表9.1）
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按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89），对微风化及中 等风化的岩石地基承载力设计值可按下式用室内饱和单轴抗压 强度试验结果进行计算： qf＝qur （9.9）
2 c f l1 a ／ PD exp － PZ 1－ c＋(1＋ r ) Ec Er （9.14） ／
FZ PD 5．计算 PD 2 a PZ
6．将上式的pD与qf相比较； 7．计算＝(1－PD／PZ) [FZ／(2al1)]，并与f相比较； 8．若＝f，pD≤ qf则l1为所求的值，否则重新用l2重复以上计 算，直到满足要求。 西南交大土木学院 周德培 2010-5-6 30
图9.12 嵌入岩石的桩基
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（一）设计计算步骤： 1．确定桩周允许剪应力f和桩端允许承载力qf。 2．已知条件桩面承载应力pz，桩的Ec、c，岩石Er、r，桩 的半径a，桩面总压力Fz＝a2pz。岩石与桩周的摩擦系数f。 3．先不计pD，按下式算出插入岩石中的最大长度lmax： lmax＝ Fz/2af 4．选择一个值l1，且l1＜lmax，按下式计算
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岩石地基质量评价应考虑的问题 1、岩性成分及其强度、软硬性； 2、岩体的地质构造特征：倾斜岩层、 褶皱等； 3、岩体中的不良地质现象：断层、 软弱夹层、溶洞、等； 4、是否处于斜坡处。

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K SP
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3＋c / B 10 1＋300 / c
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式中，c 裂隙面间距； 裂隙宽度； B 基础宽度。
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五、嵌入岩石的桩基设计
以图9.12的情况讨论这种桩基的 设计计算理论和方法。 1．设计目的： 确定最佳长度l使桩基底部的应 力pD最小。 2．工程状况： 土体薄而且承载力不能满足工程 要求，必须使桩基放入岩石内。 3．为安全起见不考虑土体对桩 的作用。 4．圆柱形桩，半径为a。
式中， qf 岩石地基承载力设计值（kPa）； qur 岩石饱和单轴抗压强标准值（kPa）， qur＝ufr－1.645fr ufr和fr分别为参加统计的一组试样的饱和单轴抗压强 度试验值的平均值和标准差。 折减系数。微风化岩宜为0.20～0.33；中等风 化岩宜为0.17～0.25。取值时，对于硬质岩石着重考虑岩体中 结构面间距、产状及其组合，软质岩石着重考虑其水稳性。
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在P和Q 的合力R 的作用线 上的压力 泡，如图 9.3(c)所 示。此时， 上面的圆 表示拉应 力，底下 的圆表示 压应力。
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2、层状岩体中的地基应力
荷载垂直于层面时，r仅分 布在层面的摩擦角范围内， 因为在此范围外的r沿层面 分力都会使层面滑动。
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由于剪胀，使受载面下的开裂和破碎岩石的区域 向外扩展，最后，产生幅射状的裂缝网，其中有 一条裂缝可能最后扩展到自由表面。
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多孔的岩石，如某些白垩、脆性砂岩和熔碴玄武 岩，可能会遭受孔隙骨架的破坏。在胶结很差的 沉积岩中，岩石在尚未出现开裂和楔入的应力状 态下，就可能由于上述原因而引起不可恢复的沉 陷。这种破坏模式叫做“冲压破坏”
二、岩石地基破坏模式
假如岩体是比较完整的，加载初期属于弹性的荷载-变形 关系，其具体形式取决于基础的变形特性。当达到某一荷 载使裂缝开始出现以后，继续加荷便会使裂缝扩展
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在更大的荷载作用下，这些裂缝又会合并和交 汇。最后，开裂成很多片状体和楔形块，并在 荷载进一步增加时被压屈和压碎。
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2Q sin r r

当荷载为剪力作用时，应力分布完全是辐射状的。在极坐标r、上，仅 有的非零应力是沿辐射线方向的，其值为 应力r为常数的迹线由彼此相切的两个圆来表示，它们的圆心分别在从 Q的作用点沿表面向右和向左距离为Q／(r)处。左边在圆表示拉应力， 右边的圆表示压应力。
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由模型试验求得的等应力线（压力泡）
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ຫໍສະໝຸດ Baidu 四、岩石地基允许承载力
q f qu ( N 1)
1 sin N tan 45 ＋ 2 1 sin
2
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（9-6）
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地基置于有铅直节理的基岩上，每个铅直节理的间距为S。这种情 况可能出现在风化的花岗岩中。如果基脚宽B等于节理间距S，则 可将地基视为一根柱子，地基承载力等于基岩的无侧限抗压强度 qu。如果B小于S，则承载力将大于qu，对于硬性闭合节理承载力 可由方程式（9.6）求得。对于节理张开的岩体，地基承载力的确 定方法不同。此时简化为直径为B的圆形地基，置于直径为S的圆 柱状铅直节理基岩的中部，如图9.11所示。
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这是一个轴对称问题。把地基视为有侧压ph的大型三轴受压试样，基岩的 粘结力和内摩擦角为c和。
地基承载力
N－1 1 S N q qf N －1 u N－1 B
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软弱地基中过大的荷载会使地基发生剪切破坏
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三、岩石地基应力
按弹性理论求解
1、均质岩体中的地基应力
2 P cos 2P 2p r r r d cos
d P 2 r
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（9-3）
E g 1＋ (1 v 2 )k n S
（9-4）
1 v E 2(1＋v) h ＋ ＋2 g－ 2 ks S 1－v 1－v E
（9-5）
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用公式（9.3）～式（9.5）的方法得出荷载作用下的“压力泡”
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按按加拿大基础工程手册，岩石地基的容许承载力可按 下式确定： qf＝Kspqu （9.11）
式中， qf 容许承载力； qu 按ASTM规定的试验方法确定的岩芯的 单轴抗压强度平均值； Ksp 按裂隙面的间距确定的经验系数，其中 包括了一个其值为3的安全系数。
岩石地基基础的类型
开 挖 基 础
开挖上部土层，使地基能直接支承在清理好的岩石 表面上。根据工程性质和荷载大小，对岩石可只进 行简单的检测、钻探和试验，也可在确定地基等级 之前进行加荷检验。基坑须进行排水并清除岩屑， 以便与混凝土形成良好的结合。对于只承受中等荷 载的地基，在没有相关资料时，也可规范设计。特 殊情况下应进行地基承载力和沉降变形试验。
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对于很大的荷载，可 用大钻孔或挖孔浇注 的墩柱基础。墩基础 的入岩深度至少几米 或更多一些，以形成 一个“岩石插座”。 荷载由墩端和周边摩 擦力共同承担，通常 以端承为主，因此要 认真检测“岩石插座” 的承载力和变形性。
插入岩石的墩柱
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层状岩体的压力泡被限制了
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将荷载分解为平行和垂直于不连续面的两个分量X和Y时，岩石中的应力分 布仍然是辐射状的，此时＝0，r＝0
h X cos ＋Y g sin r r (cos2 －g sin 2 ) 2＋h 2 sin 2 cos2
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岩石 上的 桩基 础
上覆土体承载力不能满足要求，但又不能挖除时可采用 这种基础形式。桩应该打到岩石承压层上。对于端承桩， 入岩深度至少1m。支承在软岩层上的桩，为提高承载 力，还可以做成扩大的底座。对于承载力相当高的岩石， 则没有必要做扩大底座，其最大荷载不是决定于岩石强 度而是决定于混凝土的强度。