7.第七章岩石地基工程-岩石力学

Mar,20071FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,20072FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程Mar,20073FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,20074FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,20075FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程土钉墙Mar,20076FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程水泥土墙Mar,20077FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程灌注桩排桩Mar,20078FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程地下连续墙Mar,20079FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程混凝土支撑Mar,200710FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程钢支撑Mar,200711FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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31822Ｔ谷物时，•1小时竖向沉降达30.5cm•24小时倾斜26°53ˊ•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,200713FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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４米。第7章岩石地基工程加拿大特朗斯康谷仓Mar,200714FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,200715FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程Mar,200716FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity§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yzxoxyxyyzzxzPMxyzrRβM’xyxyyzzxz（P；x,y,z；R,α,β)α222222zyxzrRtgz/r7.2.1岩石地基中的应力分布Mar,200717FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity如果位移有势，可以假设zGwyGvxGu21,21,21其中的称为位移势函数，代入以位移表示的平衡方程可得：c2对于轴对称问题，当不计体力时，位移分量的微分方程如下：02110211222wzruurvrrv222221zrrr其中第7章岩石地基工程位移势函数和拉甫位移函数Mar,200718FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity把zGwrGur21,21代入可得c2在一个问题中，如果位移势函数存在，要求cv2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：2222122121zGwzrGur（1）如果，可以得出应力分量的表达式：zrzrrrrzzrzr22222,,1,0c第7章岩石地基工程Mar,200719FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity将（1）式代入轴对称位移的微分方程可得04可见是一个重调和函数，我们称之为拉甫位移函数。zr,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2222222222121zrzzrrzrzzrzr（2）第7章岩石地基工程Mar,200720FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity半空间体如右图所示，应力边界条件：020000,00,0Prdrzrzzrrzz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2211zrARAR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,200721FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity5231533131523131321,32121,321,2RrzRrARzRzARzARzrRzAGRrzAuzrzrr321432RzRGAw因为210,021rArzzr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zRAln2（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,200722FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity,,1,232322RzAzRRRzAzRGRrAuzrr32222RrAzRRAGRAwzr（4）将（3）、（4）式叠加，可见要满足应力边界条件，须有PAArArA2122212214021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221,221PAPA第7章岩石地基工程Mar,200723FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity525323222222323221321212212121RPrzRPzzRRRzRPRzrzRRRPRzERPwzRrRrzERPurzzrzrr第7章岩石地基工程布辛奈斯克（Boussinesq）解答，1885Mar,200724FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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22cossin2zPx4cos2zPz3cossin2zPxz2cos2zPr0rypPd（2）线荷载作用下Mar,200725FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程均布的矩形荷载ypPdxdpcz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rprPddprz（3）均布荷载作用Mar,200726FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,200727FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程图7-6节理岩体中的压力泡222222cossin[](cossin)sincosrhXYgrgh3.横观各向同性岩石地基Mar,200728FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,200729FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第7章岩石地基工程（1）均质、各向同性岩石地基2(1)dvCqBERRzEPw1122132ErPyxws210,,dd,qPAyxqEyxs222dd,1,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,200730FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity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,200731FacultyofCivilEngineering,Chongq