2019巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：巖基淺基礎(chǔ)的承載力計(jì)算

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巖基淺基礎(chǔ)的承載力計(jì)算

巖基應(yīng)力即使在彈性應(yīng)力范圍內(nèi)，也能使巖基發(fā)生一定量的變形。實(shí)際工程中，巖基的變形不僅由彈性變形組成，而且由巖石本身的塑性變形或節(jié)理裂隙的張開和閉合，甚至沿節(jié)理裂隙發(fā)生剪切破壞而引起較大的剪切滑移組成。因此，這些不同的組合導(dǎo)致建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)不同程度的沉降。為此，巖基的承載能力是巖基工程最需要的參數(shù)。

(一)巖基的允許承載力計(jì)算

地基巖體的允許壓力取決于巖基的變形和穩(wěn)定(極限平衡)以及與基礎(chǔ)混凝土的允許應(yīng)力所相對(duì)應(yīng)的巖體表面上的最大壓力。對(duì)于大的荷載或較堅(jiān)硬的節(jié)理巖體，穩(wěn)定可能成為設(shè)計(jì)的控制因素。但就一般巖體來說，對(duì)基礎(chǔ)下巖體的變形的限制常常比對(duì)穩(wěn)定的控制有更高的要求。各類建(構(gòu))筑物的沉降量和差異沉降的大小都有一定的限制值，基礎(chǔ)下巖體的變形應(yīng)滿足這種限制的要求。

【例題10】下列哪些不屬于地基巖體允許壓力的取決條件()。

A. 巖基的變形

B. 巖基的穩(wěn)定(極限平衡)

C. 混凝土抗壓強(qiáng)度

D. 基礎(chǔ)混凝土的允許應(yīng)力所相對(duì)應(yīng)的巖體表面上的最大壓力

答案：C

確定巖基的允許承載力有兩種比較可靠的方法，一種是試驗(yàn)法，目前采用比較多的是現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)法。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巖體的靜荷載抗壓試驗(yàn)是非常有實(shí)用價(jià)值的，它可以不需對(duì)巖體的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)分別進(jìn)行估計(jì)，按照建(構(gòu))筑物的要求及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造條件就可直接確定允許承載力。但是，現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)費(fèi)用比較昂貴，且由于荷載點(diǎn)數(shù)量少時(shí)，因地質(zhì)環(huán)境條件的不同就不能代表整個(gè)地基有效范圍內(nèi)巖體的承載力。另一種方法是力學(xué)計(jì)算法，一般多采用基礎(chǔ)下巖體的極限平衡條件計(jì)算其承載力。但是，由于基礎(chǔ)下巖體的破壞模式的復(fù)雜性和多樣性，因而計(jì)算其承載力有較大難度，很難給出一個(gè)通用公式。

【例題11】常用的確定巖基的允許承載力的可靠方法是()。

A. 點(diǎn)載荷試驗(yàn)法

B. 靜載荷試驗(yàn)法

C. 動(dòng)力觸探法

D. 室內(nèi)試驗(yàn)法

答案：B

1.基礎(chǔ)下壓碎巖體的承載力

哥德曼(R.E.Goodman)對(duì)圖17-2-8中各種基腳巖體破壞模式的巖基承載力計(jì)算，確定出了一個(gè)計(jì)算原則。他認(rèn)為圖17-2-8(a)發(fā)展至圖17-2-8(c)的破壞模式，在條形基礎(chǔ)下破碎巖石區(qū)[圖17-2-12(b)]內(nèi)的側(cè)向膨脹引起其任一側(cè)的巖體內(nèi)發(fā)生輻射狀裂縫?；A(chǔ)下巖體己遭到破壞后的破碎巖石強(qiáng)度可如圖17-2-12(a)中的破壞包絡(luò)線1所示。而破壞較少的鄰近區(qū)[圖17-2-12(b)中的B區(qū)]，其巖體強(qiáng)度包絡(luò)線2的強(qiáng)度高于破碎巖體強(qiáng)度包絡(luò)線1。在A區(qū)，由于巖體破裂和側(cè)向擴(kuò)容，給相鄰巖體B區(qū)施壓。這時(shí)，可以認(rèn)為支承基腳巖體的最大水平應(yīng)力是Pn，它可由相鄰巖體(B區(qū))的單軸抗壓強(qiáng)度來確定。這個(gè)應(yīng)力給出

了與基腳下破碎巖石的強(qiáng)度包絡(luò)線相切的莫爾應(yīng)力圖的下限。由圖17-2-12(a)可知，根據(jù)B區(qū)的強(qiáng)度包絡(luò)線可確定Pn的大小。進(jìn)而，根據(jù)破碎巖體的強(qiáng)度包絡(luò)線，也就能求得承載力qf的大小。從圖17-2-12的破壞模式可認(rèn)為，均質(zhì)不連續(xù)巖體的承載力不會(huì)小于基腳周圍巖體的單軸抗壓強(qiáng)度。而且，可以把單軸抗壓強(qiáng)度取為承載力的下限。若已知巖體的內(nèi)摩擦角Φ和單軸抗壓強(qiáng)度qu，則承載力qf可按17-2-27和17-2-28確定。

【例題12】某高層建筑基礎(chǔ)位于基巖上，已知基巖的單軸抗壓強(qiáng)度為30Mpa，混凝土強(qiáng)度滿足要求，則基礎(chǔ)下壓碎巖體的承載力的下限取值為()Mpa 。

A. 10

B. 15

C. 30

D. 60

答案:C

【例題13】已知某巖體的內(nèi)摩擦角為30°，其飽和單軸抗壓強(qiáng)度為30Mpa，則該巖體的壓碎承載力為()Mpa。

A. 15

B. 30

C. 60

D. 120

答案:D

2.基礎(chǔ)下剪壞巖體的承載力

在圖17-2-10、圖17-2-11和圖17-2-8(c)，(e)等圖中，基礎(chǔ)下的巖體存在剪切破壞面，使巖基出現(xiàn)楔形滑體。剪切面可為弧面和直平面，而在巖體中，大多數(shù)為近平直面形。因而在計(jì)算極限承載力時(shí)，一般采用平直剪切面的楔體進(jìn)行穩(wěn)定分析。

設(shè)在半無限體上作用著b寬度的條形均布荷載qf(圖17-2-13)，為了便于計(jì)算，作如下假設(shè)：①破壞面由兩個(gè)互相直交的平面組成;②荷載qf的作用范圍很長(zhǎng)，以致可以忽略平行于紙面的端部阻力;③在承載平面(即qf作用的平面)上不存在剪力;④對(duì)于每個(gè)楔體，可以采用平均的體積力。

我們將圖17-2-13(a)的巖基分為兩個(gè)楔體，即x楔和y楔體[圖17-2-13(b)及(c)]。在x楔體上，由于y楔體因受破壞應(yīng)力qf的作用，產(chǎn)生一水平正應(yīng)力σ1，作用于x楔體，這是x楔體的最大主應(yīng)力。σ3是由于重力而產(chǎn)生的作用在x楔體上的體積應(yīng)力，這是最小主應(yīng)力。在與該楔體最大主平面成σ或(450+Φ/2)角的破壞平面上，有應(yīng)力分量σx和τz。如果在該平面上只存在摩擦阻力，最后一項(xiàng)的值遠(yuǎn)小于式中其他各項(xiàng)，可以將其略去。如果在承載壓力分附近的表面上還作用有一個(gè)附加壓力q，即在x楔體上作用的σ3為

【例題14】對(duì)于基礎(chǔ)以下剪壞巖體的極限承載力，可用公式qf=0.5rbNr+cNc+qNq進(jìn)行求解，式中的承載力系數(shù)Nr、Nc、Nq，是關(guān)于巖體下列哪項(xiàng)的函數(shù)()。

A. 粘聚力

B. 內(nèi)摩擦角

C. 單軸抗壓強(qiáng)度

D. 裂隙發(fā)育程度

答案:B

(二)巖基淺基礎(chǔ)承載力的實(shí)際確定

巖基承載力系指在保證地基穩(wěn)定的條件下建(構(gòu))筑物的沉降量不超過容許值的地基承載能力。

一般認(rèn)為，目前我國(guó)規(guī)范中，對(duì)于一般的工業(yè)民用建筑，巖石地基的承載力通常不考慮基礎(chǔ)埋置深度和基底底面尺寸，并按下式確定其承載力：

[R]=K·Rc，(17-2-37)

式中Rc—飽和狀態(tài)下巖石的單軸抗壓極限強(qiáng)度(kPa);

K—均質(zhì)系數(shù)

(1)對(duì)一般工業(yè)民用建筑地基K采用0.17;

(2)對(duì)重型建筑物地基，K采用0.20—0.04;

關(guān)于K值的規(guī)定問題由于巖石的小試件的抗壓強(qiáng)度不能反映出巖石地基狀態(tài)的強(qiáng)度，天然狀態(tài)下巖石地基的不均勻性和裂隙性將會(huì)大大降低巖石地基的承重能力，對(duì)愈是堅(jiān)硬的巖石，這種影響愈大。再者，巖石地基的實(shí)際受力狀態(tài)不是單向的，而是三向的，同時(shí)巖石地基受力的邊界條件也很復(fù)雜，因此巖石地基實(shí)際承載力大有潛力可挖。根據(jù)目前我國(guó)有關(guān)單位研究結(jié)果，認(rèn)為巖石地基采用飽和狀態(tài)下單軸受壓時(shí)的極限強(qiáng)度籠統(tǒng)乘以一均質(zhì)系數(shù)0.17，或0.2—0.04，不盡完全合理。各種巖石地基強(qiáng)度不但與巖石生成條件有關(guān)，而且與巖石性質(zhì)、節(jié)理裂隙發(fā)育程度，軟化特點(diǎn)和風(fēng)化程度等密切相關(guān)。鐵道部第二設(shè)計(jì)院提出均質(zhì)系數(shù)K值應(yīng)結(jié)合裂隙情況風(fēng)化帶情況而定。

1)軟質(zhì)巖層(頁(yè)巖、粘土巖、凝灰?guī)r、粗面巖、千枚巖等)800～1200kPa;

(2)中等均質(zhì)巖層(砂巖、石灰?guī)r)1200～2000kPa;

(3)堅(jiān)硬巖層(片麻巖、花崗巖、密實(shí)的砂巖、致密石灰?guī)r)2000～4000kPa;

(4)特別堅(jiān)硬巖層(石英巖，細(xì)?；◢弾r)4000～6000kPa。

對(duì)于基礎(chǔ)底面積很大的應(yīng)力變化不太大的巖石地基;其容許承載力可按上列數(shù)值提高25%。

關(guān)于巖石地基中的斷裂帶對(duì)地基承載力的影響，可認(rèn)為：當(dāng)斷裂帶巖層破碎，且有較多的軟弱填充物(如斷層泥等)時(shí)，應(yīng)查明其地基不均勻性;必要時(shí)可利用大面積靜力荷載試驗(yàn)，確定其軟硬不均勻地基的容許承載力。

(三)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)方法

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)第5.2.6條對(duì)巖石地基承載力特征值的確定做以下規(guī)定：

巖石地基承載力設(shè)計(jì)值，可按巖基載荷試驗(yàn)方法確定。對(duì)微風(fēng)化及中等風(fēng)化的巖石地基承載力設(shè)計(jì)值，也可根據(jù)飽和單軸抗壓強(qiáng)度按公式計(jì)算：

fa=φr·frk (17-3-38)

式中

fa—巖石地基承載力特征值(kPa)

frk—巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，可按本規(guī)范附錄J確定;

φr—折減系數(shù)。根據(jù)巖體的完整程度以及巖體結(jié)構(gòu)面間距、產(chǎn)狀及其組合，由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)完整巖體可取0.5，對(duì)于較完整巖體可取0.2~0.5，對(duì)于較破碎的巖體可取0.1~0.2。

注：1.上述折減系數(shù)值未考慮施工因素及建筑物使用后風(fēng)化作用的延續(xù)。

2.對(duì)于粘土質(zhì)巖，在確保施工期和使用期不致遭水浸泡時(shí)，也可采用天然濕度的試樣，不進(jìn)行飽和處理。

【例題15】按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)的規(guī)定，確定巖質(zhì)地基的承載力特征值時(shí)，其值大小與下列哪一項(xiàng)無關(guān)()。

A. 巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度

B. 巖體的完整程度

C. 巖體結(jié)構(gòu)面間距、產(chǎn)狀和組合

D. 建筑物使用后巖石風(fēng)化作用的延續(xù)

答案:D

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