地基工程地質(zhì)

1、1第1頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二第五章 地基工程地質(zhì)問題第一節(jié) 巖質(zhì)地基的工程地質(zhì)問題 變形問題 強(qiáng)度問題第二節(jié) 土質(zhì)地基的工程地質(zhì)問題2第2頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二第一節(jié) 巖質(zhì)地基的工程地質(zhì)問題地基的定義：由于建筑物的興建，導(dǎo)致巖土體中某一范圍內(nèi)原來的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，這部分由建筑物荷載引起應(yīng)力變化的巖土體叫地基。基礎(chǔ)的定義：是建筑物在地面以下的那部分，它的作用是承受整個(gè)建筑物的重量及作用在建筑物上的所有荷載，并將荷載傳給地基。3第3頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二結(jié)構(gòu)面：系指巖體中具有一定方向、力

2、學(xué)強(qiáng)度相對較低、兩向延伸(或具一定厚度)的地質(zhì)界面 (或帶)，例如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙等。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱為不連續(xù)面(discontinulties)。結(jié)構(gòu)面在空間的分布和組合可將巖體切割成不同形狀的結(jié)構(gòu)體(如圖)軟弱夾層：指巖體中那些性質(zhì)軟弱，有一定厚度的軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱帶。與周圍巖體相比，軟弱夾層具有高壓縮性和低強(qiáng)度的特征。其中最常見、且危害較大的是泥化夾層。4第4頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二一、地基：由于建筑物的興建，導(dǎo)致巖土體中某一范圍內(nèi)原來的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，這部分由建筑物荷載引起應(yīng)力變化的巖土體。二、巖質(zhì)地基

3、的變形問題（受壓變形）：（1）影響巖石地基變形性質(zhì)的因素： 單個(gè)巖塊受壓變形分析 ； 巖體中結(jié)構(gòu)面對受力變形的影響； 風(fēng)化作用對巖體變形性質(zhì)的影響； 巖質(zhì)地基內(nèi)的洞穴問題。 5第5頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二彈性(elasticity): 在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，物體受外力作用產(chǎn)生全部變形，去除外力(卸荷)后能夠立即恢復(fù)原有形狀和尺寸大小的性質(zhì)，稱為彈性。塑性(plasticity):物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢復(fù)原狀的性質(zhì)，稱為塑性。不能恢復(fù)的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形、殘余變形。粘性(viscosity): 物體受力后變形不能在瞬時(shí)

4、完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)，稱為粘性。脆性(brittle): 物體受力后，變形很小時(shí)就發(fā)生破裂的性質(zhì)，稱為脆性。延性(ductile): 物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)，稱為延性。（一）單個(gè)巖塊受壓變形分析 ：6第6頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（一）單個(gè)巖塊受壓變形分析 ：（1）彈塑性變形型安山石、大理石、石灰石等較細(xì)的礦物晶粒組成的巖石安山石7第7頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（2）裂紋受壓變形型 花崗巖、輝長巖、硅質(zhì)石英砂巖、粗晶粒大理巖等一些粗晶粒結(jié)構(gòu)的巖石花崗巖（酸性深成巖）輝長巖（基性深成巖）8第8

5、頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（3）彈性變形為主的變形 玄武巖、輝綠巖、硅質(zhì)灰?guī)r、石英巖等一些具有微晶質(zhì)(或玻璃質(zhì))組織、結(jié)構(gòu)致密、巖性較堅(jiān)硬(相對具有脆性)的巖石 玄武巖（基性噴出巖）9第9頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（4）塑性變形為主的變形 泥頁巖、泥灰?guī)r、泥巖、絹云母片巖、滑石片巖、泥質(zhì)千枚巖等一些由粘土礦物固結(jié)而成的沉積巖及由其經(jīng)變質(zhì)作用而成的變質(zhì)巖 10第10頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（二）巖體中結(jié)構(gòu)面對受力變形的影響 ：（1）巖體的現(xiàn)場載荷試驗(yàn)：根據(jù)壓力P及其相應(yīng)的總變形，計(jì)算所得的模量稱為巖

6、體變形模量E0，其定義為巖體在受壓條件下應(yīng)力與總應(yīng)變之比，計(jì)算公式為 E0 =巖體彈性模量E，則根據(jù)P與彈性變形算出的模量，計(jì)算公式為 11第11頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二直線型A型；上凹型B型；上凸型C型；復(fù)合型D型（1）直線型A型壓力變形曲線主要有以下四種：AlI型：當(dāng)巖體是被多組節(jié)理裂隙切割時(shí)，結(jié)構(gòu)疏松、破碎，但裂隙、分布比較均勻，屬此類曲線。 A型: 一些較完整、堅(jiān)硬、致密、均勻而裂隙稀少的巖體表現(xiàn)如此。12第12頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（2）上凹型B型B型：多發(fā)生在具有水平方向的層理和節(jié)理(即垂直于壓力方向)的巖體中，

7、一些夾層及層間空隙隨壓力增加而逐漸壓密，由于巖體結(jié)構(gòu)之間未發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，故卸載時(shí)具有較大的彈性變形。 B一1I型：這種情況往往發(fā)生在有23組高角度裂隙的巖體中，在壓力作用下，各部巖塊像楔子一樣互相楔緊，卸載后變形自然難以恢復(fù)。卸載時(shí)可恢復(fù)變形小時(shí)，也可出現(xiàn)這種情況。 13第13頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（3）上凸型C型出現(xiàn)這種類型的曲線，可能有以下幾種情況：A 巖石(如泥巖、碳質(zhì)頁巖、絹云母片巖等)性質(zhì)較軟弱巖體，曲線變緩反映了巖體中微裂紋逐漸擴(kuò)展。B 節(jié)理裂隙很發(fā)育，并有較多泥質(zhì)充填的巖體，曲線變緩反映了巖體結(jié)構(gòu)隨壓力增大而逐漸松動(dòng)，一些巖塊向四周擠出。C 巖體較

8、深處埋藏有軟弱巖層，其曲線變緩的原因是，在P增大時(shí)逐漸加力到下部軟弱巖層，使之產(chǎn)生壓縮的結(jié)果。14第14頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（4）復(fù)合型D型一般多發(fā)生在巖體裂隙較發(fā)育且不均勻的情況下，這是由于巖體受壓時(shí)的力學(xué)行為相當(dāng)復(fù)雜，它包括巖石的壓密、節(jié)理裂隙的閉合、巖塊沿節(jié)理的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以及受壓層深度隨壓力的增大而加深等，所以往往表現(xiàn)出較復(fù)雜形狀的PW曲線。 15第15頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（2）結(jié)構(gòu)面對巖體變形的影響： 結(jié)構(gòu)面方向; 結(jié)構(gòu)面的性質(zhì); 結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密度和數(shù)量; 結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系。（三）風(fēng)化作用對巖體變形性質(zhì)的影響：

9、(1)巖石抗風(fēng)化能力；酸性巖(花崗巖、正長巖),中性巖(閃長巖、安山巖),基性巖(玄武巖、輝綠巖),超基性巖(橄欖巖)？變質(zhì)巖則為：淺變質(zhì)巖，中等變質(zhì)巖，深變質(zhì)巖？而沉積巖的抗風(fēng)化能力則比較復(fù)雜，一般石英砂巖、硅質(zhì)石灰?guī)r抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，而粘土質(zhì)巖石(粘土巖、泥頁巖及泥質(zhì)砂巖)則較低。南方的紅色粘土巖，開挖暴露幾天后就會(huì)發(fā)生風(fēng)化崩解。(2)地基巖體較深處的古風(fēng)化殼；有些地方近期的風(fēng)化深度不大，在幾米深處巖石即呈未風(fēng)化狀態(tài)，可是再繼續(xù)向深處鉆探，卻又發(fā)現(xiàn)有較厚的風(fēng)化巖石，這就是所謂的古風(fēng)化殼。 (3)各種風(fēng)化程度巖體分類及其對變形與強(qiáng)度的影響 16第16頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)

10、43分，星期二表71 不同風(fēng)化程度巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參考數(shù)據(jù)風(fēng) 化 程度孔隙率n 濕抗壓強(qiáng)度 RcMPa 彈性模量 E(103MPa)巖芯獲得率錘擊聲開挖方法全風(fēng)化 22.46 4.37 1.88 24悶啞鍬，鎬強(qiáng)風(fēng)化11.3122.46 21.364.37 6.781.88 4824啞聲鎬，風(fēng)鎬弱風(fēng)化4.74 11.31 55.241.36 15.186.78 6848發(fā)聲不太清脆風(fēng)鎬，爆破微風(fēng)化0.49 4.74101.2155.24 25.9815.18 9168較清脆爆破未風(fēng)化 101.21 25.98 91清脆17第17頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（四

11、）巖質(zhì)地基內(nèi)的洞穴問題： 巖體洞穴的類型： (1)可溶性巖石(如石灰?guī)r、石膏等)中的溶洞。 (2)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)多發(fā)地區(qū)大型構(gòu)造裂隙被淘空所成的洞穴。 (3)人工洞穴如礦洞、隧洞、墓室等。18第18頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二19第19頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二巖體堅(jiān)固程度極堅(jiān)硬的堅(jiān)硬的次堅(jiān)硬較軟的次松軟松軟濕抗壓強(qiáng)度MPa60603030151588442f1010775533221巖體的普氏堅(jiān)固因數(shù)f值20第20頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二三、巖質(zhì)地基的變形計(jì)算：（一）地基巖體變形性質(zhì)試驗(yàn)按此曲線：(1)

12、了解在各級(jí)荷載壓力下的巖體豎向變形量。(2)可依據(jù)彈性力學(xué)理論計(jì)算出巖體的E值，即： （二）巖質(zhì)地基內(nèi)的附加應(yīng)力 Pz的分布 21第21頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二均布荷載作用下22第22頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二三角形分布荷載作用下23第23頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（三）巖質(zhì)地基變形(沉降)計(jì)算 ：方法的主要依據(jù)為：地基巖體的應(yīng)力一變形指標(biāo)E；上部荷載壓力P。在巖體內(nèi)產(chǎn)生的附加應(yīng)力Pz值。計(jì)算原理為： 所以24第24頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二例題：一工程基底壓力p。

13、=1MPa，其地基巖體剖面及地基內(nèi)附加應(yīng)力分布如圖所示，巖基第一層為弱風(fēng)化的石英砂巖，E。=2103MPa，厚h1=5m，第二層為碳質(zhì)砂、頁巖互層，h2=5m，E2=1103MPa，試計(jì)算其沉降值。25第25頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二一、巖質(zhì)地基的強(qiáng)度問題：地基強(qiáng)度是指地基在建筑物荷重作用下抵抗破壞的能力。（一）巖石強(qiáng)度試驗(yàn)及破壞機(jī)制（1）脆性張破裂 巖性較硬而脆，在圍壓較小、溫度較低、豎(軸)向壓力遠(yuǎn)大于圍壓時(shí)，四周發(fā)生拉張變形，由于巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，橫向的拉應(yīng)力較快地超過抗拉強(qiáng)度，從而發(fā)生縱向的張裂隙，繼續(xù)擴(kuò)張就會(huì)導(dǎo)致巖石破裂。（3）剪切塑性破裂

14、 較軟弱的巖石，在較高圍壓下巖石延性較強(qiáng)，受壓后呈現(xiàn)一定的流塑性，產(chǎn)生較多細(xì)微裂隙。最后才達(dá)到裂隙擴(kuò)展破壞?？辜魪?qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的1/10l/15，抗拉強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的1/201/30，抗彎強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的1/81/14。 （2）剪切破裂一般堅(jiān)硬的巖石，在豎向壓力增大到一定量時(shí)，礦物粒間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，繼而發(fā)生剪切裂隙，最后擴(kuò)張而破壞。26第26頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（二）巖體中結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度：（1）破裂結(jié)構(gòu)面；其抗剪強(qiáng)度主要取決于結(jié)構(gòu)面的起伏性和粗糙度。（2）破碎結(jié)構(gòu)面；其抗剪強(qiáng)度主要取決于充填物的組成和膠結(jié)程度。（3）層狀結(jié)構(gòu)面；其抗剪強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)程

15、度及軟巖層本身的抗剪強(qiáng)度。 （4）泥化結(jié)構(gòu)面 ；其抗剪強(qiáng)度取決于泥質(zhì)物質(zhì)的粘土礦物成分、含水量及固結(jié)程度。 27第27頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（三）影響地基巖體強(qiáng)度的因素： （1）巖石自身的強(qiáng)度； （2）結(jié)構(gòu)面的影響； （3）風(fēng)化程度的影響。28第28頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二二、不良巖質(zhì)地基加固處理措施：（1）表層風(fēng)化破碎帶：若風(fēng)化破碎層厚度不大，一般采取清基，即將破碎巖塊清除掉。（2）節(jié)理裂隙帶發(fā)育較深的巖基體：一般可采用鉆孔后，灌注水泥砂漿(或水玻璃漿)進(jìn)入節(jié)理裂隙中，把碎裂巖石膠結(jié)起來，加固并提高其力學(xué)指標(biāo)。 （3）當(dāng)?shù)?/p>

16、基巖體中發(fā)現(xiàn)有控制巖體滑移條件的軟弱結(jié)構(gòu)面：為保證地基巖體的穩(wěn)定，一般可用錨固的方法，即用鉆孔穿過軟弱結(jié)構(gòu)面，深入至完整巖體一定深度，插入預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼纜。 29第29頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二（4）當(dāng)?shù)鼗鶐r體中存在著傾角較大、埋藏較深或厚度較大 的斷裂破碎帶和軟弱夾層：若徹底清除，開挖量將很大。一般采用井或槽開挖方式，將破碎物質(zhì)挖除，然后回填混凝土。（5）若基巖受壓層范圍內(nèi)存在有地下洞穴：應(yīng)探明洞穴的發(fā)育情況，即深度、寬度等。再用探井(或大口徑鉆孔)下入，對洞穴作填塞加固。 30第30頁，共33頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)43分，星期二第二節(jié) 土質(zhì)地基的工程地質(zhì)問題一、土質(zhì)地基破壞的形式: 整體剪切破壞常發(fā)生在淺埋基礎(chǔ)下的密砂或硬粘土等堅(jiān)實(shí)地基中，局部剪切破壞常發(fā)生在中等密實(shí)砂土中，而刺入破壞常發(fā)生在松砂及軟土中。在密實(shí)的地基中，一般會(huì)出現(xiàn)整體剪切破壞，但當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度很深時(shí)，密砂在很大荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，從而出現(xiàn)刺入剪切破壞；在軟粘土中，當(dāng)加荷速度較慢時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，從而出現(xiàn)刺入剪切破壞，但當(dāng)加荷很快時(shí)，由于土體不能產(chǎn)生壓縮變形，就可能產(chǎn)生整體剪切破壞。 31第31頁，共33頁，2022年，5