岩石力学基础教程 教学课件 作者 侯公羽 第9章 岩石力学在基础工程中的应用.ppt

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1、第9章岩石力学在基础工程中的应用9.1岩基的类型及其应力分布特征9.1.1岩基的类型直接承受上部建筑物荷载作用的那部分土体或岩体称为地基。根据承载的特点，通常可将地基分为两种类型：承受垂直荷载的地基，一般工业民用建筑物的地基都是属于这种类型；承受斜向荷载(同时承受垂直荷载与水平荷载)的地基，各类挡水建筑物，如闸、坝等的地基属此类。承受垂直荷载的地基，大多都是“软基”，这类地基的变形、破坏机制和稳定性评价原理是土力学课程讨论的内容，这里不做详述，根据本课程的需要仅指出有关问题的一般特点。承受斜向荷载的坝基与上部

2、挡水建筑物之间有着复杂的相互作用，因而在变形、破坏特点和稳定性评价方面，这类地基存在许多特殊问题。9.1.2岩基的应力分布特征1.垂互荷载作用下地基内的应力分布图9.1条形均布荷载作用下地基内任一点的附加主应力由上述公式所反映的地基内最大主应力等值线的分布如图9.2(a)所示。从图中可以看出，每一条等值线都是一个以基础底边为弦的圆弧，这正是式(9.1)所代表的情况。层状结构地基内的应力分布与前述的均质地基的情况截然不同；图9.2(b)和9.2(c)所示的，就是条形荷载作用下层状结构地基内最大主应力等值线的分布情况

3、，它表明以下两点：（1）分割岩体的软弱结构面(如节理、层面裂隙等)，由于其抗剪强度低，限制着应力向两侧传递、扩展，致使附加应力在所限岩体内集中。在这种情况下，附加应力可以顺沿“层理”方向延展到很大的深度。分割岩体的软弱结构面的抗剪强度愈低，上述效应愈明显。（2）层状结构地基内应力分布的特点，与软弱结构面的产状有密切关系(图9.2)。当分割岩体的软弱结构面直立时，基础下岩体内的应力集中程度最高，应力与形变区延展的深度也最大(图9.2(a))。当软弱结构面倾斜产出时，地基内往往有两个高值最大主应力方向，顺沿软弱结构面

4、的方向，应力集中程度较高，垂直软弱结构面的方向次之，且两者相对大小随软弱结构面的陡缓而异(图9.2(b))。当软弱结构面近水平分布时，基础下的应力集中程度则相对较低，如图9.2(c)所示。图9.2条形基础下地基内的应力分布(a)均质地基；(b)各向异性的陡立层状岩石地基；(c)各向异性的倾斜层状岩石地基2．斜向荷载作用下地基内的应力分布各类挡水建筑物的地基所承受的都是斜向荷载。它实际上是垂直荷载与水平荷载两者合成的结果。一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布，即在上游坝趾处垂直荷载为零，然后线性增大，至下游坝

5、趾处达最大值(图9.3(a))。垂直荷载的这种三角形分布，是坝重及库水推力所造成的力偶共同作用的结果。图9.3计算岩石坝基内应力的简化方法图9.4由垂直的三角形荷载引起的水平应力的分布图9.5由水平的三角形荷载引起的水平应力的分布图9.6重力坝坝基内水平拉应力区的分布9.2岩基变形与沉降计算对于许多岩石地基工程而言，可以将岩石看作是一种各向同性的弹性材料；当有上部建筑物荷载作用时，地基沉降瞬时完成，即没有时间效应。在这种条件下，可以利用弹性理论计算地基的沉降值。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

6、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黏土夹层的压缩三个部分组合形成的地基沉降。当地基岩体比较完整、坚硬，且含有的黏土夹层较薄时(小于几个毫米)，则可以认为其沉降是弹性的，也就是说可以利用弹性理论计算地基沉降值。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，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

7、中；当地基岩体包含有一定厚度的黏土夹层时，也会有此类沉降发生。9.2.1弹性岩石地基表9.1基础形状和计算位置相关的沉降计算系数图9.7不同地质条件下岩石地基的沉降计算(a)均质、各向同性；(b)可压缩性岩层下卧有刚性岩层；(c)坚硬的地基岩体中有厚度不大的可压缩夹层；(d)上部为刚性岩层下部为可压缩性岩层；(e)倾斜岩层；（f）横观各向同性岩石表9.2基础形状和计算位置相关的沉降计算系数9.2.2横观各向同性岩石地基图9.8正交节理岩体沉降计算模型9.3岩石地基的承载力地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力

8、，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。对一些岩石地基来说，其岩石强度高于混凝土强度，因此岩石的承载力就显得毫无意义了。然而，我们发现岩石地基的承载力通常与场地的地质构造有紧密联系，在下面的内容里将主要介绍破碎风化岩体