地基工程地质

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二编 岩土工程性质与工程勘察,第一章 岩石与矿物,第二章 岩土工程性质第三章 原位测试第四章 地下工程地质,第五章 地基工程地质沉降,第六章 岩土工程勘察,土木工程地质讲义,1,第五章 地基工程地质问题,第一节 岩质地基的工程地质问题,变形问题,强度问题,第二节 土质地基的工程地质问题,2,第一节 岩质地基的工程地质问题,地基的定义：,由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来的应力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起应力变化的,岩土体,叫地基。,基础的定义：,是建筑物在地面以下的那部分，它的作用是承受整个建筑物的重量及作用在建筑物上的所有荷载，并将荷载传给地基。,3,结构面：系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具一定厚度)的地质界面 (或带)，例如岩层层面、,软弱夹层,、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称为不连续面(,discontinulties)。,结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成不同形状的结构体(如图),软弱夹层：指岩体中那些性质软弱，有一定厚度的软弱结构面或软弱带。,与周围岩体相比，软弱夹层具有高压缩性和低强度的特征。其中最常见、且危害较大的是泥化夹层。,4,一、地基：,由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来的应力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起应力变化的岩土体。,二、,岩质地基的变形问题,（受压变形）,：,（1）,影响岩石地基变形性质的因素：,单个岩块受压变形分析 ；,岩体中结构面对受力变形的影响；,风化作用对岩体变形性质的影响；,岩质地基内的洞穴问题。,5,弹性(,elasticity),:,在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，去除外力(卸荷)后能够立即恢复原有形状和尺寸大小的性质，称为弹性。,塑性(,plasticity),:,物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。,粘性(,viscosity):,物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。,脆性(,brittle),:,物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。,延性(,ductile),:,物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。,（一）单个岩块受压变形分析 ：,6,（一）单个岩块受压变形分析 ：,（1）弹塑性变形型,安山石、大理石、石灰石等,较细,的矿物晶粒组成的岩石,安山石,7,（2）裂纹受压变形型,花岗岩、辉长岩、硅质石英砂岩、粗晶粒大理岩等一些粗晶粒结构的岩石,花岗岩（酸性深成岩）,辉长岩（基性深成岩）,8,（3）弹性变形为主的变形,玄武岩、辉绿岩、硅质灰岩、石英岩等一些具有微晶质(或玻璃质)组织、结构致密、岩性较坚硬(相对具有脆性)的岩石,玄武岩（基性喷出岩）,9,（4）塑性变形为主的变形,泥页岩、泥灰岩、泥岩、绢云母片岩、滑石片岩、泥质千枚岩等一些由粘土矿物固结而成的,沉积岩,及由其经变质作用而成的,变质岩,10,（二）岩体中结构面对受力变形的影响 ：,（1）岩体的现场载荷试验：,根据压力,P,及其相应的总变形，计算所得的模量称为岩体变形模量,E,0,，,其定义为岩体在受压条件下应力与总应变之比，计算公式为,E,0 =,岩体弹性模量,E，,则根据,P,与弹性变形算出的模量，计算公式为,11,直线型,A,型；上凹型,B,型；上凸型,C,型；复合型,D,型,（1）直线型,A,型,压力变形曲线主要有以下四种：,AlI,型：,当岩体是被多组节理裂隙切割时，结构疏松、破碎，但裂隙、分布比较均匀，属此类曲线。,A,型:,一些较完整、坚硬、致密、均匀而裂隙稀少的岩体表现如此。,12,（2）上凹型,B,型,B,型：,多发生在具有水平方向的层理和节理(即垂直于压力方向)的岩体中，一些夹层及层间空隙随压力增加而逐渐压密，由于岩体结构之间未发生错动，故卸载时具有较大的弹性变形,。,B,一1,I,型：,这种情况往往发生在有23组高角度裂隙的岩体中，在压力作用下，各部岩块像楔子一样互相楔紧，卸载后变形自然难以恢复。卸载时可恢复变形小时，也可出现这种情况。,13,（3）上凸型,C,型,出现这种类型的曲线，可能有以下几种情况：,A,岩石(如泥岩、碳质页岩、绢云母片岩等)性质较软弱岩体，曲线变缓反映了岩体中微裂纹逐渐扩展。,B,节理裂隙很发育，并有较多泥质充填的岩体，曲线变缓反映了岩体结构随压力增大而逐渐松动，一些岩块向四周挤出。,C,岩体较深处埋藏有软弱岩层，其曲线变缓的原因是，在,P,增大时逐渐加力到下部软弱岩层，使之产生压缩的结果。,14,（4）复合型,D,型,一般多发生在岩体裂隙较发育且不均匀的情况下，这是由于岩体受压时的力学行为相当复杂，,它包括岩石的压密、节理裂隙的闭合、岩块沿节理的移动和转动，以及受压层深度随压力的增大而加深等，,所以往往表现出较复杂形状的,P,W,曲线。,15,（2）结构面对岩体变形的影响：,结构面方向; 结构面的性质;,结构面发育的密度和数量; 结构面组合关系。,（三）风化作用对岩体变形性质的影响：,(1)岩石抗风化能力；,酸性岩,(花岗岩、正长岩),中性岩,(闪长岩、安山岩),基性岩,(玄武岩、辉绿岩),超基性岩,(橄榄岩)？,变质岩则为：,浅变质岩，中等变质岩，深变质岩？,而沉积岩的抗风化能力则比较复杂，一般石英砂岩、硅质石灰岩抗风化能力较强，而粘土质岩石(粘土岩、泥页岩及泥质砂岩)则较低。南方的红色粘土岩，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；,有些地方近期的风化深度不大，在几米深处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。,(3)各种风化程度岩体分类及其对变形与强度的影响,16,表,71,不同风化程度岩石物理力学性质指标参考数据,17,（四）岩质地基内的洞穴问题：,岩体洞穴的类型：,(1)可溶性岩石(如石灰岩、石膏等)中的溶洞。,(2)构造运动多发地区大型构造裂隙被淘空所成的洞穴。,(3)人工洞穴如矿洞、隧洞、墓室等。,18,19,岩体坚固程度,极坚硬的,坚硬的,次坚硬,较软的,次松软,松软,湿抗压强度,MPa,60,6030,3015,158,84,42,f,10,107,75,53,32,21,岩体的普氏坚固因数,f,值,20,三、,岩质地基的变形计算,：,（一）地基岩体变形性质试验,按此曲线：,(1)了解在各级荷载压力下的岩体竖向变形量。,(2)可依据弹性力学理论计算出岩体的,E,值，即：,（二）岩质地基内的附加应力,Pz,的分布,21,均布荷载作用下,22,三角形分布荷载作用下,23,（三）岩质地基变形(沉降)计算 ：,方法的主要依据为：,地基岩体的应力一变形指标,E；,上部荷载压力,P。,在岩体内产生的附加应力,Pz,值。,计算原理为：,所以,24,例题：一工程基底压力,p。=1MPa，,其地基岩体剖面及地基内附加应力分布如图所示，岩基第一层为弱风化的石英砂岩，,E。=210,3,MPa，,厚,h,1,=5m，,第二层为碳质砂、页岩互层，,h,2,=5m，E,2,=110,3,MPa，,试计算其沉降值。,25,一、岩质地基的强度问题：,地基强度,是指地基在建筑物荷重作用下抵抗,破坏,的能力。,（一）,岩石强度试验及破坏机制,（1）脆性张破裂,岩性较硬而脆，在围压较小、温度较低、竖(轴)向压力远大于围压时，四周发生拉张变形，由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，横向的拉应力较快地超过抗拉强度，从而发生纵向的张裂隙，继续扩张就会导致岩石破裂。,（3）剪切塑性破裂,较软弱的岩石，在较高围压下岩石延性较强，受压后呈现一定的流塑性，产生较多细微裂隙。最后才达到裂隙扩展破坏。,抗剪强度为抗压强度的1/10,l/15，,抗拉强度为抗压强度的1/201/30，抗弯强度为抗压强度的1/81/14。,（2）剪切破裂,一般坚硬的岩石，在竖向压力增大到一定量时，矿物粒间发生错动，继而发生剪切裂隙，最后扩张而破坏。,26,（二）岩体中结构面的抗剪强度：,（1）破裂结构面；,其抗剪强度主要取决于结构面的起伏性和粗糙度。,（2）破碎结构面；,其抗剪强度主要取决于充填物的组成和胶结程度。,（3）层状结构面；,其抗剪强度取决于结构面的胶结程度及软岩层本身的抗剪强度。,（4）泥化结构面 ；,其抗剪强度取决于泥质物质的粘土矿物成分、含水量及固结程度。,27,（三）影响地基岩体强度的因素：,（1）岩石自身的强度；,（2）结构面的影响；,（3）风化程度的影响。,28,二、不良岩质地基加固处理措施：,（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。,（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）当地基岩体中发现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面，深入至完整岩体一定深度，插入预应力钢筋或钢缆。,29,（4）当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，开挖量将很大。一般采用井或槽开挖方式，将破碎物质挖除，然后回填混凝土。,（5）若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)下入，对洞穴作,填塞加固,。,30,第二节 土质地基的工程地质问题,一、土质地基破坏的形式:,整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的,密砂或硬粘土,等坚实地基中，局部剪切破坏常发生在,中等密实砂土,中，而刺入破坏常发生在,松砂及软土,中。,在密实的地基中，一般会出现整体剪切破坏，但当,基础埋置深度很深时,，密砂在很大荷载作用下也会产生压缩变形，从而出现,刺入剪切破坏,；在软粘土中，当,加荷速度较慢,时会产生压缩变形，从而出现,刺入剪切破坏,，但当加荷很快时，由于土体不能产生压缩变形，就可能产生,整体剪切破坏,。,31,32,二、 确定土质地基强度的方法一般有以下几种：,（1）根据载荷试验的,Ps,曲线确定；,（2）根据建筑地基基础设计规范确定；,（3）根据地基承载力理论计算公式确定 ；,（4）根据当地经验确定。,三、土质地基处理方法：,（1）排水固结法：,软粘土地基。,（2）机械压实法：,疏松粘性土，,湿陷性黄土。,（3）挤密法：,饱和砂土。,（4）换填及拌入法。,（5）其他地基处理方法。,灌浆法，加筋法等。,33,