第七章岩石地基工程岩石力学ppt课件.ppt

Mar , 2007,1,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,所谓岩石地基，是指建筑物以岩体作为持力层的地基。 相对于土质地基，岩石地基可以承担大得多的外荷载； 岩石中各种缺陷的存在可能导致岩体强度远远小于完整岩块的强度。岩体强度的变化范围很大，从小于5MPa到大于200MPa都有。 岩石地基除了应该满足强度和变形方面的要求外，还应该满足地基岩石块体稳定性方面的要求，这也是由岩石地基工程的重要特征地基岩体中包含各种结构面决定的。,7.1 概 述,Mar , 2007,2,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,3,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,(a)墙下无大放脚基础 (b)预制柱的岩石杯口 (c)锚杆基础 (d)嵌岩桩基础,岩石地基上的基础类型,Mar , 2007,4,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,板式支护结构,基坑开挖深度； 工程地质与水文地质； 基坑等级（邻近环境）； 土方开挖方法； 地下水处理； 支护工程造价,基坑支护方案选择的依据,Mar , 2007,5,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,土钉墙,Mar , 2007,6,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,水泥土墙,Mar , 2007,7,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,灌注桩排桩,Mar , 2007,8,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,地下连续墙,Mar , 2007,9,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,混凝土支撑,Mar , 2007,10,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,钢支撑,Mar , 2007,11,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,钢-混凝土组合支撑,加拿大特朗斯康谷仓,事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜2653西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。,第7章 岩石地基工程,有关的工程问题,加拿大特朗斯康谷仓,Mar , 2007,13,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,原因：地基事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,第7章 岩石地基工程,加拿大特朗斯康谷仓,Mar , 2007,14,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,新加坡MRT捷运环线敞开段挖掘时挡土墙塌方,Mar , 2007,15,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,16,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,7.2 岩石地基的变形和沉降,第7章 岩石地基工程,1. 均质各向同性岩石地基,（1）集中荷载作用下,P,M,x,y,z,r,R,M,（P；x,y,z；R, , ),7.2.1 岩石地基中的应力分布,Mar , 2007,17,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,如果位移有势，可以假设,其中的 称为位移势函数，代入以位移表示的平衡方程可得：,对于轴对称问题，当不计体力时，位移分量的微分方程如下：,其中,第7章 岩石地基工程,位移势函数和拉甫位移函数,Mar , 2007,18,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,把,代入可得,在一个问题中，如果位移势函数存在，要求,即体积应变在整个弹性体中是常量，这种情况很特殊，因而位移势函数所能解决的问题是很少的，下面介绍一种能够解决较多问题的函数：拉甫位移函数。,在轴对称问题中，可把位移表示成：,（1）,如果 ，可以得出应力分量的表达式：,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,19,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,将（1）式代入轴对称位移的微分方程可得,可见 是一个重调和函数，我们称之为拉甫位移函数。,将（1）式代入轴对称问题以位移表示的应力分量表达式可得,（2）,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,20,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,半空间体如右图所示，应力边界条件：,在这一问题中，显然体积应变不是常量，因此不能单独利用位移势函数来求得正确解答，现在利用拉甫位移函数，经过因次分析，可设 正比于一次幂的重调和函数 ，即,可得位移分量和应力分量的表达式如下页所示,第7章 岩石地基工程,半空间体在边界上受法向集中力,Mar , 2007,21,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,因为,所以应力边界条件不能全部满足，为了满足边界条件，再取轴对称的位移势函数,（3）,得相应的位移分量和应力分量表达式如下页所示,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,22,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,（4）,将（3）、（4）式叠加，可见要满足应力边界条件，须有,代回（3）、（4）的叠加式可得满足所有条件的布希涅斯克解答如下页所示,所以,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,23,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,布辛奈斯克（Boussinesq）解答，1885,Mar , 2007,24,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,图7-4 线荷载作用下弹性半平面体中的应力计算,（2）线荷载作用下,Mar , 2007,25,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,均布的矩形荷载,均布矩形荷载角点下的附加应力,均布的圆形荷载,均布圆形荷载中点下的附加应力,（3）均布荷载作用,Mar , 2007,26,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,图7-5 双层岩石地基中的应力分布,在双层岩石地基中，当上层岩体较为坚硬，而下卧岩层较软弱时，上层岩体将承担大部分的外荷载，同时其内部的应力水平也将远远高于下卧岩层。,2. 双层岩石地基,Mar , 2007,27,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,图7-6 节理岩体中的压力泡,3. 横观各向同性岩石地基,Mar , 2007,28,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,根据完整岩石和结构面的性质，可以将岩石地基的沉降分为以下三种类型：(1)由岩石本身的变形、结构面的闭合与变形以及少数粘土夹层的压缩三个部分组合形成的地基沉降，可以利用弹性理论进行计算。这种方法的适用范围包括均质、各向同性岩石地基，成层岩石地基和横观各向同性岩石地基。(2)由于岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。绝大多数这种情况发生在基础位于岩石边坡顶部时，且边坡岩体中存在潜在滑动的块体。(3)与时间有关的地基沉降。这种沉降主要发生在软弱岩石地基和脆性岩石地基中，当地基岩体中包含有一定厚度的粘土夹层时，也会有此类沉降发生。,7.2.2 岩石地基的沉降,Mar , 2007,29,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,（1）均质、各向同性岩石地基,对于均布荷载作用下圆形和矩形基础，地基的沉降值通过下式（7-6）计算：,1. 弹性岩石地基,Mar , 2007,30,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,（2）成层岩石地基,不同地质条件下岩石地基的沉降计算,正交节理岩体沉降计算中的弹性常数可由层状岩体变形参数估算。,2. 横观各向同性岩石地基,Mar , 2007,31,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,开裂,压碎,劈裂,冲切,剪切,较均质、坚硬岩体,应力水平较小,应力水平较大,应力水平大,多孔隙岩体,节理、弱软岩体,7.3 岩石地基的承载力,Mar , 2007,32,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,建筑地基基础规范（GB50007-2002）,地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力，一般分为极限承载力和容许承载力。地基处于极限平衡状态时，所能承受的荷载即为极限承载力。在保证地基稳定的条件下，建筑物的沉降量不超过容许值时，地基单位面积上所能承受的荷载即为设计采用的容许承载力。,7.3.1 规范方法,Mar , 2007,33,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,破碎岩石地基楔形滑动示意图,破坏面与大主应力面的夹角为 ，Hoek-Brown强度准则确定的破碎岩体的三轴强度为,7.3.2 破碎岩体的地基承载力,Mar , 2007,34,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,7.3.4 承载力系数,7.3.5 边坡岩石地基,7.3.3 具有埋深的基础,Mar , 2007,35,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,缓倾正交结构面岩石地基楔形滑动示意图,7.3.6 缓倾结构面岩石地基的承载力,Mar , 2007,36,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,冲切破坏: H/B较小且下层岩体压缩性较大；折断破坏: 下层岩体不可压缩，但是具有明显塑性性质时，如粘土或软页岩；弯曲破坏: H/B较大且下层岩体压缩性较大。,图7-13 双层岩石地基破坏模式,7.3.7 双层岩石地基承载力,Mar , 2007,37,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,岩溶又称喀斯特（Karst），是可溶性岩层（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等）以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴以机械作用而形成的沟槽、裂隙、洞穴、石芽、暗河，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。 对于承载力不足的岩溶地基，可以采取一定的工程处理措施提高其地基承载力，具体措施主要有梁板跨越和换填两大类。,7.3.8 岩溶地基承载力,Mar , 2007,38,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,2000年4月6日武汉市洪山区青菱乡烽火村发生岩溶地面塌陷,Mar , 2007,39,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,7.4.1 岩基的抗滑稳定,1. 坝基接触面或浅层的抗滑稳定,岩基中的岩体强度远远大于坝体混凝土强度，同时岩体坚固完整且无显著的软弱结构面。,7.4 岩石地基的稳定性,Mar , 2007,40,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,在岩基内部存在着节理、裂隙和软弱夹层，或者存在着其它不利于稳定的结构面。,2. 岩基深层的抗滑稳定,Mar , 2007,41,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,Mar , 2007,42,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,长江三峡水利枢纽大坝坝基稳定性分析,Mar , 2007,43,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,第7章 岩石地基工程,(1)当岩基内有断层或软弱带或局部破碎带时，则需将破碎或软弱部分，采用挖、掏、填（回填混凝土）的处理。(2)改善岩基的强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体的整体性，提高岩基的承载能力，达到防止或减少不均匀沉降的目的。 (3)增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度。(4)如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。(5)开挖和回填是处理岩基的最常用方法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化等较为有效。,7.4.2 岩基的加固措施,Mar , 2007,44,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,第7章 岩石地基工程,比萨斜塔,Mar , 2007,45,Faculty of Civil Engineering, Chongqing University,比萨斜塔,1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固1990年1月: 封闭1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目 前: 已向游人开放。,处理措施,第7章 岩石地基工程,