建筑岩质边坡岩石压力的计算方法-杭州.ppt

建筑岩质边坡岩石压力的计算方法 中国人民解放军后勤工程学院 院士博士生导师 郑颖人 提纲 1 当前岩质建筑边坡设计中岩石压力的计算现状 3 边坡支护结构上岩石压力的理论计算方法 4 结构面参数的确定 5 岩质边坡岩石压力的经验计算方法 2 岩质边坡的破坏型式 6 理论计算方法 经验计算方法与统计数值的比较 1 当前岩质建筑边坡设计中岩石压力的计算现状 建筑边坡一般是指城镇建设中因为施工开挖或者填方形成的边坡 坡高在20 30米以下 目前计算岩质边坡上的岩石压力 常引用库仑 朗金土压力公式 不区分土体与岩体的不同 不仅导致支挡结构设计偏于保守 也会导致设计不安全 由于设计中岩 土不分 无论岩体完整与否 结构面是外倾还是内倾 都采用同样的岩石压力与支护参数 这就会使边坡设计造成很大浪费 规范提出两种方法 一方面依靠以往的经验 但必须使经验更为科学化 精确化 公认化 其合理方法是依据定性定量的指标对岩体边坡的稳定性进行科学分类 并采用经验公式进行计算使经验更符合实际 另一方面从理论上寻求解决岩石压力的计算问题 即从实际观察到的岩体破坏机理出发 依据岩体力学的观点 推导出作用在支护结构上的岩石压力计算公式 并提出确定抗剪强度参数的合理方法 岩质边坡按照其破坏型式分为滑移型与崩塌型 滑移型破坏又可以分为有外倾结构面情况 硬性结构面与软弱结构面 及无外倾结构面的情况 均质岩体 破碎岩体与只有内倾结构面的岩体 2 岩质边坡的破坏型式 表1岩质边坡破坏形式 无外倾结构面巨块状 块状岩体 3 边坡支护结构上岩石压力的理论计算方法 1 岩石压力的理论计算公式 沿外倾硬性结构面滑移时的岩石压力 包括多阶边坡 有多条外倾结构面时选其大值 沿外倾软弱结构面滑移时的岩石压力 均质岩体 包括碎裂 散体状岩体 只有内倾结构面岩体 可以有倾角35o以下的外倾结构面 图1岩石压力计算简图 2 对沿外倾结构面滑动的边坡 其主动岩石压力按下式计算 式中 Eak 主动岩石压力标准值 kN m Ka 主动岩石压力系数 H 挡土墙高度 m 岩体重度 kN m3 q 地表均布荷载标准值 kPa 岩体对挡土墙墙背的摩擦角 度 填土表面与水平面的夹角 度 支挡结构墙背与水平面的夹角 度 外倾结构面倾角 度 cj 外倾结构面粘聚力 kPa j 外倾结构面内摩擦角 度 岩石与挡墙背的摩擦角 度 取 0 33 0 5 当有多组外倾结构面时 应算出每组结构面的主动岩石压力 并取其大值 3 对沿缓倾的外倾软弱结构面滑动的边坡 主动岩石压力标准值可按下式计算 式中 G 四边形滑裂体重量 kN a 四边形滑裂体宽度 根据地质情况确定 m L 滑裂面长度 m j 滑裂面内摩擦角 度 cj 滑裂面的粘聚力 kPa 其它符号含义同前 对沿外倾结构面滑动的边坡 岩石侧向压力标准值可按下式计算 4 考虑地震作用时侧向岩石压力的计算 外倾结构面的等效内摩擦角 度 墙背与竖直线的夹角 度 滑体自重G与其和水平惯性力F的合力G1之间的夹角 称为地震角 度 表2不同屈服准则所得最小安全系数 5 侧向岩石压力计算应符合下列规定 a 对无外倾结构面的岩质边坡 以岩体等效内摩擦角按侧向土压力方法计算侧向岩压力 确定滑裂面时 类边坡岩体可取75 左右 其余情况的破裂角取45 2 b 当有外倾硬性结构面时 应分别以外倾硬性结构面的参数按6 3 2或6 3 4的方法和以岩体等效内摩擦角按侧向土压力方法计算 取两种结果的大值 除 类边坡岩体外 破裂角取外倾结构面倾角和45 2两者中的小值 表2不同屈服准则所得最小安全系数 c 当边坡沿外倾软弱结构面破坏时 侧向岩石压力按6 3 2计算 破裂角取该外倾结构面的视倾角 同时应按1和2款进行验算 d 当坡顶有建筑物基础且存在外倾软弱结构面时 应按两种情况分别计算 取其大值 6 侧向岩土压力的修正 对支护结构变形有控制要求或坡顶有重要建 构 筑物时 表2侧向岩石压力的修正 注 1 Ea为主动岩石压力 Eo为静止岩石压力 2 1为静止岩石压力折减系数 根据边坡岩体类别确定 对 类取0 3 0 45 对 类取0 4 0 55 对 类取0 5 0 65 对 类取0 6 0 75 裂隙发育时取大值 裂隙不发育时取小值 3 当基础浅埋时H为边坡高度 4 结构面参数确定 1 选取参数的原则 充分考虑边坡的安全性 参数选择应充分考虑现场测试结果 包括现行规范 国标 工程岩体分类标准 94年c值 硬性结构面0 08 0 22以上软弱结构面0 0 08 1 选取参数的原则 国标 水利水电工程地质勘察规范 99年c值无填充结构面0 05 0 15岩屑夹泥0 05 0 10泥夹岩屑0 02 0 05泥0 002 0 005重庆公路所现场测试c值 0 04 0 11三峡船闸高边坡测试c值 较平滑 0 04 0 20较粗糙 0 1 0 55碎屑充填 0 04 0 10 计算结果应符合重庆成熟经验 有经验后逐步修正 按统计结果 有外倾结构面的 类围岩 边坡高度20m 9m2锚杆1 7根 一般3 5根 按理论计算公式 9m2锚杆0 7 2根 类岩体 一般0 2根 类岩体 一般0 4根 个别情况下为5 7根 按经验公式 类岩体 0 9 2 2根 类岩体 2 2 4根 2 岩体结构面的抗剪强度指标应根据现场原位试验确定试验应符合GB T50266 工程岩体试验方法标准 4 2的规定 当无条件进行试验时 对于二 三级边坡工程可按表3并结合反算分析确定 表3结构面抗剪强度指标标准值 软弱结构面 硬性结构面 3 岩体结构面结合程度可按表4确定 表4结构面结合程度 6 岩质边坡岩石压力的经验计算方法 1 边坡岩体稳定性分类分类目的 一是评估岩体的稳定性 二是估算支护型式与数量 2 影响边坡稳定性的三大要素 岩体的完整性 结构面的倾向与倾角 结构面倾角接近最不利 结构面的结合程度 分结合一般 含结合好 及结合差 水的影响单独考虑 6 岩质边坡岩石压力的经验计算方法 3 边坡岩体分 类 极稳定 类 稳定 类 中等稳定 类 不稳定 三个指标均良好划为 类 三个指标中有二个指标良好划为 类 三个指标中有一个指标良好划为 类 三个指标全不好划为 类 表5岩质边坡岩体分类 条件 表5岩质边坡岩体分类 续 判定条件 边坡岩体类型 表6岩体完整程度划分 4 按边坡岩体类型确定综合内摩擦角边坡岩体等效内摩擦角按当地经验确定 当无经验时可按表4 5 5确定 其取值不宜超过表4 5 5的上限值 表7边坡岩体等效内摩擦角标准值 6 理论计算方法 经验计算法与统计数值的比较 1 25m高边坡 类岩体 按理论计算 0 9 2根 当时为0根 常用0 5 8根 个别情况下为5 8 9 2根 按经验计算 2 7 5根 类岩体为1 4 2 7根 按工程统计值 2 8根 2 20m高边坡 类岩体 按理论计算 0 7 2根 当时为0根 常用0 2 3根个别情况下为2 3 7 2根 按经验