地基工程的工程地质问题

• ９.２.３ 地基承载力
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• １.基本概念 • (１)地基的极限承载力.单位面积上地基能承受的最大极限荷载. • (２)地基的容许承载力.为确保建筑物的安全和稳定性,不能以地基能
承受的最大极限荷载作为设计用地基承载力,这样,限定的承载力称为 地基容许承载力. • ２.确定方法 • (１)现场试验:载荷试验法;静力触探试验;旁压试验. • (２)理论公式计算:主要采用临塑荷载法和极限荷载法. • (３)应用规范查表.
础,对工业厂房或重型建筑则采用桩基. • ②软土地基:进行地基处理,多选箱形、桩、筏板加桩复合基础. • ③膨胀土地基. • 弱膨胀土地基:采用埋深较大的柔性基础. • 强膨胀土地基:采用箱形基础.也可采用桩基础,但桩基础应穿透膨胀土
层.
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图９-１ 轴向应力-应变曲线类型
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表９-１ 不同风化程度岩石物理力学性 质指标参考数据
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• ９.２.４ 地基基础
• １.基础分类 • (１)基础按埋置深度分为:浅基础,深基础. • ①浅基根据构造形式又可分为:条形基础,独立基础,联合基础,筏板基
础,箱形基础. • ②深基础又可分为:桩基,沉井,地下连续墙. • (２)按基础材料分为:砖基础,毛石基础,灰土基础,三合土基础,混凝土基
础,钢筋混凝土基础. • (３)按基础受力性质分为:刚性基础,柔性基础.
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• ２.基础类型的选择 • (１)一般土地基. • ①地基土均匀,承载力较高.若荷载小则选用刚性基础;若荷载大则选用
独立基础. • ②地基土均匀、高压缩性的软土或软弱土层,通常使用箱形基础、桩
、辉绿岩)＞超基性岩(橄榄岩). • 变质岩的顺序则为:浅变质岩＞中等变质岩＞深变质岩. • 沉积岩的抗风化能力则比较复杂,一般石英砂岩、硅质石灰岩的抗风
化能力较强,而黏土质岩石(黏土岩、泥页岩及泥质砂岩)则较低.南方 的红色黏土岩,开挖暴露几天后就会发生风化崩解. • ②地基岩体较深处的古风化壳.地表岩体的风化程度是由浅到深逐步 减弱的,一般风化延深由数米到十几米,但少量地区有的深达数十米,个 别达到百米以上.
９.１ 岩质地基的工程地质问题
• (４)风化作用对岩体变形性质的影响.地壳表层的岩石,在长期风化营 力作用(地表昼夜及冬夏季节的温差,大气及地下水中的侵蚀性化学成 分的渗浸等)下,逐渐由完整至破裂,由坚固至松散,随着岩体受风化程 度的加深,其承受外来荷载的能力降低,变形量加大.
• 一般情况下,岩体受风化影响的程度,是自表面到深处逐渐减弱的.但各 地区岩体受风化影响的程度及深度,则主要受该地区风化营力的强弱 、不同岩石抵抗风化的能力及该地区地质构造运动历史等方面的影响 .
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• ９.１.３ 不良岩质地基加固处理措施
• 对于岩质地基中各种不良的地质条件,只要事先勘察清楚,一般情况下 都是可以处理的.但要针对具体问题,有的放矢地采取加固处理措施.
• １.表层风化破碎带 • 若风化破碎层厚度不大,一般采取清基,即将破碎岩块清除掉.对超高层
基. • ③地基土分两层,上层为软土,下层为硬土.若软土厚度＜２m,则挖除软
土,将基础放在硬土上.若软土厚度＞２m,对于低层建筑:挖除部分,放 置筏板基础;对于高层建筑:选用桩、箱形基础. • ④地基土分两层,上层硬土,下层软土.
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• 对于一般建筑:基础置于硬土;对于高大建筑:选用桩、箱形基础. • ⑤多层软、硬土互层:基础类型由持力层性质决定. • (２)特殊土地基. • ①黄土地基:注意排水、加固;一般民用建筑可采用柔性基础或筏板基
• ①岩石抗风化能力.岩石受风化侵蚀的速度主要取决于岩石抗风化的 能力,它与不同岩石的形成环境、矿物与化学成分、岩体结构及构造 密切相关.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• 岩浆岩的抗风化能力由大至小的顺序为: • 酸性岩(花岗岩、正长岩)＞中性岩(闪长岩、安山岩)＞基性岩(玄武岩
任务9 地基工程的工程地质问题
• 9.1 岩质地基的工程地质问题 • 9.2 土质地基的工程地质问题
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• ９.１.１ 变形和强度问题
• 由于岩质地基的主要受力为压力,故主要分析受压变形. • １.单个岩块受压变形分析 • 由于各类岩石的矿物成分、结构构造、颗粒大小、形成的地质条件及
• ③结构面发育的密度和数量.一般岩体中裂隙发育越强(即密度大,数量 多),受力后产生的变形越大,但结构面的密度发育到一定程度时,对变 形的影响就不太明显了.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• ④结构面组合关系.当岩体中存在两组以上的结构面时,各组结构面排 列组合方式不同,对岩体变形的影响也有所不同.
• (３)各类结构面对岩体变形影响的特征. • ①对垂直结构面的拉应力基本无阻抗力. • ②在垂直于结构面的压应力作用下,结构面间容易闭合或压密岩体,产
生相应的应力. • ③结构面在沿其面方向上的切应力作用下,易于产生剪切变形或滑动
位移. • ④沿结构面的剪切破坏或滑动,符合摩尔-库仑法则.
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体应力状态发生改变,这部分岩土体称为地基.
• ９.２.２ 地基和基础破坏基本类型
• １.地基不均匀下沉和变形过大 • (１)土质地基强度低,压缩性大,容易产生这类破坏; • (２)岩质地基强度高、压缩小,破坏不明显. • ２.地基的滑移、挤出-剪切破坏
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• (１)土基的剪切破坏:局部剪切破坏、整体剪切破坏、冲切(刺入)破坏, 如图９-２所示.
• 如果岩石还比较坚硬,只是因裂隙切割而使其力学性质降低,则可以考 虑采取灌浆加固等措施.
• ２.节理裂隙带发育较深的岩基体 • 一般可采用钻孔后,灌注水泥砂浆(或水玻璃浆)进入节理裂隙中,把碎
裂岩石胶结起来,加固并提高其力学指标. • ３.地基岩体有控制岩体滑移条件的软弱结构面 • 为保证地基岩体的稳定,一般可用锚固的方法,即用钻孔穿过软弱结构
成岩的过程不同,因而其在单轴加压条件下的应力-应变曲线的形态也 不尽相同,大致可分为如图９-１所示的四种类型. • ２.影响岩石地基变形性质的因素 • (１)岩体中结构面对受力变形的影响.作为建筑物地基的岩体(荷载作 用下的应力范围),一般有数十到数百立方米(一些大型工程,如水利工 程可达数千立方米).
面,深入至完整岩体一定的深度,插入预应力钢筋或钢缆,并在钻孔周围 回填以水泥砂浆填实,相当于把结构面两侧的完整岩体用螺栓连接起 来,并增强软弱结构面的抗滑能力.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• ４.地基岩体中存在着倾角较大、埋藏较深或厚度较大的断裂破碎带 和软弱夹层
• 若彻底清除,则开挖量将很大.这时一般可采用井、槽或硐挖方式,将破 碎物质挖除,然后回填混凝土,再配以周侧岩体的固结灌浆以加固岩体, 保证岩基的稳定.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• ２.结构面的影响 • 结构面的抗剪强度一般较岩石本身的抗剪强度低得多,所以当岩体中
存在有延伸较大的各类结构面,特别是倾角较陡的结构面时,岩体强度 及受竖向荷载的承载力就可能受到发育的结构面所控制而大为降低. • ３.风化程度的影响 • 不同风化程度对岩体强度的影响,可参见表９-１.不同风化程度的岩体 ,强度差别是比较大的.由于各种风化营力是由地表侵袭而来,所以岩体 所受风化的程度,一般是从表面向深处逐渐减弱的.在勘探时还要特别 注意有些在岩体的受压层范围内存在的古风化壳.
• ①整体剪切破坏(硬性土地基): • 地基内破坏点连通成剪切滑动面,形成连续滑动面,地基沿滑动面剪出,
地表土体隆起,有明显的两个拐点. • ②局部剪切破坏(软性地基): • 地基土在荷载增大的情况下,破坏区却限制在一定范围,不形成延伸至
地面的连续破裂面,地表土体仅略微隆起. • ③冲切(刺入)破坏(特软地基):
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• 它们在多次构造运动及长期的风化营力作用下,产生了很多节理、裂 隙及断层,一般把这些裂开面(可能由于张力、剪切及压缩、错动形成) 、层理面和片理面统称为结构面,这些结构面在地基岩体中发育数量 的多少、延展长度、产状方向、充填物的厚度及性质,在很大程度上 影响着岩体受力后的变形及强度.特别是当存在着较厚泥砂质充填物 的张节理、较大范围的断裂破碎带及软弱岩层等软弱结构面,会较大 地增加岩体变形量,同时也降低其强度.
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• 地基垂直下沉,两侧地面不发生土体隆起,地基土沿地基两侧发生垂直 剪切破坏.
• (２)岩基的滑移破坏:岩质地基变形是构成地基的岩体在建筑物荷载作 用下产生的变形,以及由此而引起的地基面的位移.岩基变形的概念一 般限定为岩基整体失稳或承载力失效之前的变形,但由于岩体结构复 杂,具有不均一、不连续性,局部的结构面剪切滑移和软弱夹层的塑性 挤出,以及由此而导致的结构体的局部破损、滑移、转动或层体结构 的弯曲等,也是岩基变形的组成部分.
• ９.１.２ 影响岩体地基强度的因素
• １.岩石自身的强度 • 自然界各种岩石的强度由于其形成的地质原因、形成时地质条件、组
成的矿物与化学成分、矿物晶粒(颗粒)的大小、粒间的连接或胶结性 质、胶结物(沉积岩)的性质等因素的不同,它们的物理力学性质也大不 相同.表９-２是各级岩石地基的承载力及其范围.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• 有些地方近期的风化深度不大,在几米深处的岩石即呈未风化状态,可 是再继续向深处钻探,却又发现有较厚的风化岩石,这就是所谓的古风 化壳.它是在前期某次地质构造旋回后露出地表的岩石,在该旋回后的 剥蚀夷平期受到风化侵蚀而在后一次构造运动中又被埋入地下的.所 以,在勘探时要查明在外部荷载作用下岩石地基所产生的附加应力深 度内(及受压层范围内)有无古风化壳存在,以及它们的厚度、分布范围 及风化程度等情况.
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表９-２ 各级岩石地基的承载力及其范 围
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图９-２ 土质地基的剪切破坏
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• ③各种风化程度岩体分类及其对变形的影响.岩体的风化除上述的影 响因素外,还与岩体中结构面的发育有关,因为结构面常是导致风化营 力侵蚀深入的通道而使岩体更加破碎松软.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• 今根据大量工程实际勘察资料,对岩体的风化程度进行分类,并列出它 们的主要变形及力学性质指标的经验数值,以供工程评价参考,见表９１.
• ５.基岩受压层范围内存在有地下洞穴 • 应探明洞穴的发育情况,即深度、宽度等,再用探井(或大口径钻孔)下
人,对洞穴作填塞加固.
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９.２ 土质地基的工程地质问题
• ９.２.１ 基础和地基
• (１)地面工程建筑物下部直接与岩、土层接触的部位称为基础. • (２)建筑物的荷载由基础传递给下面的岩土体,使一定深度内的岩、土
房屋建筑、重型设备,高大混凝土坝及重型桥梁基础等工程,则要求清 至新鲜(或微风化)、坚固完整(或微细裂隙)的岩石,即应将弱风化带以 上的破碎岩石都清除掉. • 对中小型工程常可不必清至新鲜基岩,一般可将强风化的破碎岩块清 除,留下岩层的各项力学指标,能够满足要求即可.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• (２)结构面对岩体变形的影响. • ①结构面方向.
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９.１ 岩质地基的工程地质问题
• 岩体的变形因结构面与力作用方向之间角度的不同而不同,即导致岩 体变形的各向异性.这种变形的方向性,在岩体中具有规律的结构面组 数较少时(１~２组)更为明显.
• ②结构面的性质.如结构面类型(张节理、剪切节理、断层面、断层破 碎带等)、结构面张开程度、充填程度、充填物质性质等,都对岩体受 压后在各方向的变形有影响.