地基工程地质

1第一页，共三十三页，2022年，8月28日第五章地基工程地质问题第一节岩质地基的工程地质问题

变形问题

强度问题第二节土质地基的工程地质问题2第二页，共三十三页，2022年，8月28日第一节岩质地基的工程地质问题地基的定义：由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来的应力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起应力变化的岩土体叫地基。基础的定义：是建筑物在地面以下的那部分，它的作用是承受整个建筑物的重量及作用在建筑物上的所有荷载，并将荷载传给地基。3第三页，共三十三页，2022年，8月28日结构面：系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具一定厚度)的地质界面(或带)，例如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称为不连续面(discontinulties)。结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成不同形状的结构体(如图)软弱夹层：指岩体中那些性质软弱，有一定厚度的软弱结构面或软弱带。与周围岩体相比，软弱夹层具有高压缩性和低强度的特征。其中最常见、且危害较大的是泥化夹层。4第四页，共三十三页，2022年，8月28日一、地基：由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来的应力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起应力变化的岩土体。二、岩质地基的变形问题（受压变形）：（1）影响岩石地基变形性质的因素：

单个岩块受压变形分析；岩体中结构面对受力变形的影响；风化作用对岩体变形性质的影响；岩质地基内的洞穴问题。5第五页，共三十三页，2022年，8月28日弹性(elasticity):

在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，去除外力(卸荷)后能够立即恢复原有形状和尺寸大小的性质，称为弹性。塑性

(plasticity)

:物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。粘性(viscosity):

物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。脆性(brittle):

物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。延性(ductile):物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。（一）单个岩块受压变形分析：6第六页，共三十三页，2022年，8月28日（一）单个岩块受压变形分析：（1）弹塑性变形型安山石、大理石、石灰石等较细的矿物晶粒组成的岩石安山石7第七页，共三十三页，2022年，8月28日（2）裂纹受压变形型花岗岩、辉长岩、硅质石英砂岩、粗晶粒大理岩等一些粗晶粒结构的岩石花岗岩（酸性深成岩）辉长岩（基性深成岩）8第八页，共三十三页，2022年，8月28日（3）弹性变形为主的变形玄武岩、辉绿岩、硅质灰岩、石英岩等一些具有微晶质(或玻璃质)组织、结构致密、岩性较坚硬(相对具有脆性)的岩石玄武岩（基性喷出岩）9第九页，共三十三页，2022年，8月28日（4）塑性变形为主的变形泥页岩、泥灰岩、泥岩、绢云母片岩、滑石片岩、泥质千枚岩等一些由粘土矿物固结而成的沉积岩及由其经变质作用而成的变质岩10第十页，共三十三页，2022年，8月28日（二）岩体中结构面对受力变形的影响：（1）岩体的现场载荷试验：根据压力P及其相应的总变形，计算所得的模量称为岩体变形模量E0，其定义为岩体在受压条件下应力与总应变之比，计算公式为

E0=岩体弹性模量E，则根据P与弹性变形算出的模量，计算公式为

11第十一页，共三十三页，2022年，8月28日直线型—A型；上凹型—B型；上凸型—C型；复合型—D型（1）直线型—A型压力—变形曲线主要有以下四种：A—lI型：当岩体是被多组节理裂隙切割时，结构疏松、破碎，但裂隙、分布比较均匀，属此类曲线。

A—Ⅰ型:一些较完整、坚硬、致密、均匀而裂隙稀少的岩体表现如此。12第十二页，共三十三页，2022年，8月28日（2）上凹型—B型B—Ⅰ型：多发生在具有水平方向的层理和节理(即垂直于压力方向)的岩体中，一些夹层及层间空隙随压力增加而逐渐压密，由于岩体结构之间未发生错动，故卸载时具有较大的弹性变形。

B一1I型：这种情况往往发生在有2～3组高角度裂隙的岩体中，在压力作用下，各部岩块像楔子一样互相楔紧，卸载后变形自然难以恢复。卸载时可恢复变形小时，也可出现这种情况。

13第十三页，共三十三页，2022年，8月28日（3）上凸型—C型出现这种类型的曲线，可能有以下几种情况：A岩石(如泥岩、碳质页岩、绢云母片岩等)性质较软弱岩体，曲线变缓反映了岩体中微裂纹逐渐扩展。B节理裂隙很发育，并有较多泥质充填的岩体，曲线变缓反映了岩体结构随压力增大而逐渐松动，一些岩块向四周挤出。C岩体较深处埋藏有软弱岩层，其曲线变缓的原因是，在P增大时逐渐加力到下部软弱岩层，使之产生压缩的结果。14第十四页，共三十三页，2022年，8月28日（4）复合型—D型一般多发生在岩体裂隙较发育且不均匀的情况下，这是由于岩体受压时的力学行为相当复杂，它包括岩石的压密、节理裂隙的闭合、岩块沿节理的移动和转动，以及受压层深度随压力的增大而加深等，所以往往表现出较复杂形状的P—W曲线。

15第十五页，共三十三页，2022年，8月28日（2）结构面对岩体变形的影响：

①结构面方向;②结构面的性质;③结构面发育的密度和数量;④结构面组合关系。（三）风化作用对岩体变形性质的影响：(1)岩石抗风化能力；酸性岩(花岗岩、正长岩),中性岩(闪长岩、安山岩),基性岩(玄武岩、辉绿岩),超基性岩(橄榄岩)？变质岩则为：浅变质岩，中等变质岩，深变质岩？而沉积岩的抗风化能力则比较复杂，一般石英砂岩、硅质石灰岩抗风化能力较强，而粘土质岩石(粘土岩、泥页岩及泥质砂岩)则较低。南方的红色粘土岩，开挖暴露几天后就会发生风化崩解。(2)地基岩体较深处的古风化壳；有些地方近期的风化深度不大，在几米深处岩石即呈未风化状态，可是再继续向深处钻探，却又发现有较厚的风化岩石，这就是所谓的古风化壳。

(3)各种风化程度岩体分类及其对变形与强度的影响

16第十六页，共三十三页，2022年，8月28日表7—1不同风化程度岩石物理力学性质指标参考数据风化程度孔隙率n／％湿抗压强度

Rc／MPa弹性模量

E／(103MPa)岩芯获得率／％锤击声开挖方法全风化

>22.46

<4.37

<1.88

<24闷哑锹，镐强风化11.31～22.46

21.36～4.37

6.78～1.88

48～24哑声镐，风镐弱风化4.74～11.31

55.24～1.36

15.18～6.78

68～48发声不太清脆风镐，爆破微风化0.49～4.74101.21～55.24

25.98～15.18

91～68较清脆爆破未风化

<0.49

>101.21

>25.98

>91清脆17第十七页，共三十三页，2022年，8月28日（四）岩质地基内的洞穴问题：岩体洞穴的类型：(1)可溶性岩石(如石灰岩、石膏等)中的溶洞。(2)构造运动多发地区大型构造裂隙被淘空所成的洞穴。(3)人工洞穴如矿洞、隧洞、墓室等。18第十八页，共三十三页，2022年，8月28日19第十九页，共三十三页，2022年，8月28日岩体坚固程度极坚硬的坚硬的次坚硬较软的次松软松软湿抗压强度／MPa>6060～3030～1515～88～44～2f>1010～77～55～33～22～1岩体的普氏坚固因数f值20第二十页，共三十三页，2022年，8月28日三、岩质地基的变形计算：（一）地基岩体变形性质试验按此曲线：(1)了解在各级荷载压力下的岩体竖向变形量。(2)可依据弹性力学理论计算出岩体的E值，即：（二）岩质地基内的附加应力Pz的分布

21第二十一页，共三十三页，2022年，8月28日均布荷载作用下22第二十二页，共三十三页，2022年，8月28日三角形分布荷载作用下23第二十三页，共三十三页，2022年，8月28日（三）岩质地基变形(沉降)计算：方法的主要依据为：①地基岩体的应力一变形指标E；②上部荷载压力P。在岩体内产生的附加应力Pz值。计算原理为：

所以24第二十四页，共三十三页，2022年，8月28日例题：一工程基底压力p。=1MPa，其地基岩体剖面及地基内附加应力分布如图所示，岩基第一层为弱风化的石英砂岩，E。=2×103MPa，厚h1=5m，第二层为碳质砂、页岩互层，h2=5m，E2=1×103MPa，试计算其沉降值。25第二十五页，共三十三页，2022年，8月28日一、岩质地基的强度问题：地基强度是指地基在建筑物荷重作用下抵抗破坏的能力。（一）岩石强度试验及破坏机制（1）脆性张破裂岩性较硬而脆，在围压较小、温度较低、竖(轴)向压力远大于围压时，四周发生拉张变形，由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，横向的拉应力较快地超过抗拉强度，从而发生纵向的张裂隙，继续扩张就会导致岩石破裂。（3）剪切塑性破裂较软弱的岩石，在较高围压下岩石延性较强，受压后呈现一定的流塑性，产生较多细微裂隙。最后才达到裂隙扩展破坏。抗剪强度为抗压强度的1/10～l/15，抗拉强度为抗压强度的1/20～1/30，抗弯强度为抗压强度的1/8～1/14。

（2）剪切破裂一般坚硬的岩石，在竖向压力增大到一定量时，矿物粒间发生错动，继而发生剪切裂隙，最后扩张而破坏。26第二十六页，共三十三页，2022年，8月28日（二）岩体中结构面的抗剪强度：（1）破裂结构面；其抗剪强度主要取决于结构面的起伏性和粗糙度。（2）破碎结构面；其抗剪强度主要取决于充填物的组成和胶结程度。（3）层状结构面；其抗剪强度取决于结构面的胶结程度及软岩层本身的抗剪强度。（4）泥化结构面；其抗剪强度取决于泥质物质的粘土矿物成分、含水量及固结程度。27第二十七页，共三十三页，2022年，8月28日（三）影响地基岩体强度的因素：（1）岩石自身的强度；（2）结构面的影响；（3）风化程度的影响。28第二十八页，共三十三页，2022年，8月28日二、不良岩质地基加固处理措施：（1）表层风化破碎带：若风化破碎层厚度不大，一般采取清基，即将破碎岩块清除掉。（2）节理裂隙带发育较深的岩基体：一般可采用钻孔后，灌注水泥砂浆(或水玻璃浆)进入节理裂隙中，把碎裂岩石胶结起来，加固并提高其力学指标。

（3）当地基岩体中发现有控制岩体滑移条件的软弱结构面：为保证地基岩体的稳定，一般可用锚固的方法，即用钻孔穿过软弱结构面，深入至完整岩体一定深度，插入预应力钢筋或钢缆。29第二十九页，共三十三页，2022年，8月28日（4）当地基岩体中存在着倾角较大、埋藏较深或厚度较大的断裂破碎带和软弱夹层：若彻底清除，开挖量将很大。一般采用井或槽开挖方式，将破碎物质挖除，然后回填混凝土。（5）若基岩受压层范围内存在有地下洞穴：应探明洞穴的发育情况，即深度、宽度等。再用探井(或大口径钻孔)下入，对洞穴作填塞加固。

30第三十页，共三十三页，2022年，8月28日第二节土质地基的工程地质问题一、土质地基破坏的形式:整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中，局部剪切破坏常发生在中等密实砂土中，而刺入破坏常发生在松砂及软土中。在密实的地基中，一般会出现整体剪切破坏，但当基础埋置深度很深时，密砂在很大荷载作用下也会产生压缩变形，从而出现刺入剪切破坏；在软粘土中，当加荷速度较慢时会产生压缩变形，从而出现刺入剪切破坏，但当加荷很快时，由于土体不能产生压缩变形，就可能产生整体剪切破坏。