3土地基和岩石地基工程

1地基基础设计满足的两个基本条件是：(1)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；(稳定要求)(2)控制基础沉降量，使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用。（变形要求）3土地基和岩石地基工程2地基承载力3荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏稳定要求4地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差变形要求53.1一般土质地基地基极限承载力：是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。地基土在荷载作用下，往往会由于承载力不足而产生剪切破坏。6剪切破坏的形式•整体剪切破坏oPSPcrfuab临塑荷载极限荷载7整体剪切破坏8剪切破坏的形式•局部剪切破坏静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那样的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。9剪切破坏的形式•冲剪破坏随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏10剪切破坏的形式•地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩性质有关。•较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏•软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或者冲剪破坏。11地基承载力确定的主要途径：包括：（1）原位载荷实验：适用于一级建筑及取原状土较困难的，有条件可首选此方法。（2）理论计算公式法（3）由土的物理力学指标查取；适用于中小型工程123.1.1地基极限承载力计算公式承载力计算公式很多，一般都包括有3项：（1）反映粘聚力c作用的一项；（2）反映基础宽度b影响的一项；（3）反映基础埋深d作用的一项．每项中均含有一个数值不同的无量纲系数，称为承载力系数．它们均是土的内摩擦角中的函数．不同的承载力公式，其承载力系数的数值不同．13bNdNcNpqcu213.1.1.1太沙基极限承载力Nc、Nq、N可查表。14•松散砂土和软土：破坏方式为：冲剪、局部剪切破坏太沙基建议采用降低土的抗剪强度指标的方法对极限承载力计算公式加以修正，即取：cc32tan32tan15修正后得地基极限承载力为：bNdNcNpqcu2132)(rq虚线可查表、、NNNC16•方形荷载作用下的地基极限承载力(边长为b)bNdNcNpqcu4.03.1圆形荷载作用下的地基极限承载力NbdNcNpqcu4.03.1式中圆形基础的直径为对于矩形基础（宽度b为，长度为l）可近似按b/l值，在条形基础（b/l=0）和方形基础（b/l=1）的承载力之间用插值法求得。b17•3.1.1.2汉森极限承载力在太沙基理论基础上，假定基底光滑，考虑荷载倾斜、偏心、基础形状、地面倾斜、基底倾斜的影响。bgdiSbNbgdiSdNbgdiScNpqqqqqqccccccu21tan)1(8.1)245(tan)tanexp(cot)1(02qqqCNNNNN承载力系数：18考虑荷载倾斜影响的条件如下：19)()(0cot4507.10cot7.010cot5.01)0()0(115.05.0555倾斜基底水平基底荷载倾斜系数：cAQocAQHicAQHicNiicAHiqcqqc201)()arctan()sin1(tan21)()()sin1(tan21)()arctan(4.01)()(35.016.04.01sin12.0122dbdbdbdbddbdbdbdbddilbslbislbisqcqqcc埋深系数：基础形状系数：21)tan7.2exp()tan2exp(1471)tan5.01(1471050bbbgggqcqc地面或基底倾斜系数：223.1.1.3地基承载力理论公式讨论（1）两公式算出的是极限承载力，设计时必须考虑安全系数进行折减，折减系数为1/2-1/3；（2）公式推导中采用叠加原理，考虑了①土无质量，有粘聚力和内摩擦角，无超载；②土无质量，无粘聚力，有内摩擦角和超载；③土有质量，无粘聚力，有内摩擦角，无超载；计算结果偏小，但偏于安全；（3）承载力随的提高而提高，同时随埋深及基础宽度的增大而增大。（图）（4）地下水的存在会使承载力降低。、c2324NCNrNq25dbdb条基26[例3.2]有一宽为4m的条形基础，埋置在中砂层下2m深处，其上作用着倾斜的中心荷载：垂直方向的分力Q＝900KN/m,水平方向的分力H=150KN/m，中砂层土的内摩擦角，天然重度，浮重度，设地下水位与基底齐平，试确定地基的极限承载力。（注：考虑地下水位以下采用浮重度。）3/5.18mKN0323/5.9mKN27db28砂土有效重度293.1.2粘性土地基承载力dcNbdlbpuucu2.012.01承载力计算公式：303.1.3无粘性土地基承载力采用有效应力强度指标砂土和碎石土、c0c31323.2特殊土质地基•3.2.1黄土地基•1概念黄土是一种在半干旱气候条件下以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、含碳酸盐类，并具有针状大孔和垂直节理的一种特殊性土。黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，导致建筑物破坏，具有特性的黄土，称湿陷性黄土。33•2、成因我国黄土的粒度成分具有自西北向东南逐渐变细的规律，并可大致分三个弧形带。从物质的主导来源而言，应认为绝大部分黄土是风成的。343、地质年代黄土在整个第四纪的各个世中均有堆积，而各世中黄土由于堆积年代长短不一，上覆土层厚度不一，其工程性质不一。一般湿陷性黄土（全新世早期～晚更新期）与新近堆积黄土（全新世近期）具有湿陷性。而比上两者堆积时代更老的黄土，通常不具湿陷性。353.2.1.1黄土的特征及其分布原生黄土：风力搬运堆积，未经扰动，不具层理的次生黄土：其他成因堆积，有层理，夹有砂、砾石层的湿陷性黄土非湿陷性黄土（遇水不湿陷，按一般粘性土地基设计）自重湿陷（在自重作用下产生湿陷）非自重湿陷（在附加压力作用下产生湿陷）1黄土分类：(1)按成因分(2)按工程性质分36作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占10％，亚洲约占30％；以前苏联的黄土分布最广，约占其国土面积的15％；我国黄土分布面积达63.5万平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%。其中有湿陷性的约为43万平方公里。主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主要来源于沙漠与戈壁。2黄土的分布：37383我国湿陷性黄土的固有特征有：1）黄色、褐黄色、灰黄色；2）粒度成分以粉土颗粒（0.05～0.005mm）为主，约占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有较多的可溶性盐类，例如：重碳酸盐、硫酸盐、氯化物；5）具有垂直节理；6）一般具有肉眼可见的大孔。394工程特征：1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显；5）透水性较强；6）强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。405影响黄土湿陷性的因素：（1）黄土中的大孔性和多孔性是湿陷的内在根据；（2）水和压力是湿陷的外在条件。黄土湿陷主要与自身结构有关：（1）微结构（存在架空空隙）（2）颗粒组成（粉粒含量较高）（3）化学成分（存在易溶盐、可溶盐）41一般情况下：（1）黄土的粘粒含量越多，湿陷性越弱；（2）黄土中易溶盐、可溶盐越大，PH值越高，湿陷性就越强；（3）黄土的天然空隙比越大，湿陷性越强；天然含水量越大，湿陷性越弱；（4）在天然含水量和空隙比一定条件下，黄土湿陷随压力的增大而增大；但压力增大到某一值时，湿陷却随压力的增加而减少。42黄土地貌平原43丘陵44沟壑45464748495051525354黄土的多孔性、大孔性555657天然状态下强度较高5859606162636465铺土工织物对黄土路提进行处理66Soilreinforcementconcept6768陕西省泾河南岸黄土滑坡（滑坎高54米，滑距约230米）693.2.1.2黄土湿陷性的判定与评价黄土的湿陷性是最关心的问题，评价黄土是否具有湿陷性和湿陷的程度如何则是该问题的核心。在黄土地区勘察中，湿陷性评价正确与否直接影响设计措施的采取。黄土的湿陷性计算与评价，按一般的工作次序，其内容主要有：（1）判别湿陷性与非湿陷性黄土；（2）判别自重与非自重湿陷性黄土；（3）判别湿陷性黄土场地的湿陷类型；（4）判别湿陷等级；（5）确定湿陷起始压力；（6）确定湿陷起始含水量。70（1）湿陷性与非湿陷性黄土的判定：黄土的湿陷性试验是在室内的固结仪内进行的，其方法是：分级加荷至规定压力，当下沉稳定后，使土样浸水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的计算式是：0hhhpps；下沉稳定时的高度，时土样，加压至一定压力保持天然湿度和结构的cmph；土样的原始高度，cm0h；定的高度，，在浸水作用下下沉稳上述加压稳定后的土样cmph71《黄土规范》规定，测定湿陷系数时的压力p从基础底面(初勘时从地面下1.5m)算起，到其下10m内的土层为200kPa，10m以下至非湿陷性土层顶面应用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa时，仍应用300kPa．如基底压力大于300kPa时，宜用实际压力判别黄土的湿陷性．)72值越大，湿陷性越强时，为湿陷性黄土时，为非湿陷性黄土,015.0015.0ss为强烈湿陷性；为中等湿陷性；为轻微湿陷性；07.007.003.003.0sss1湿陷性判别：2湿陷性等级：黄土的湿陷性一般是自地表以下逐渐减弱，埋深七、八米以上的黄土湿陷性较强。不同地区，不同时代的黄土是不同的，这与土的成因，固结成岩作用、所处的环境等条件有关。73（2）自重与非自重湿陷性黄土的判别自重湿陷性：当某一深处的黄土层被水浸湿后，仅在其上覆土层的饱和自重压力（饱和度＝85%）下产生湿陷变形的，称自重湿陷性。非自重湿陷性黄土：当某一深度处的黄土层浸水后，除上覆土的饱和自重外，尚需要一定的附加荷载（压力）才发生湿陷的，称非自重湿陷性。测定方法：也是在室内固结仪上进行，即分级加荷至上覆土层的饱和自重压力，当下沉稳定后，使土样浸水湿陷达稳定为止。74自重湿陷系数的计算公式：式中：：土样的原始高度，cm：原始土样加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度，cm；：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度，cm当0.015时，定为非自重湿陷性黄土。≥0.015时，为自重湿陷性黄土。0hozzzshhh'zhzhzszs75（3）湿陷性黄土场地的湿陷类型的划分在黄土地区地基勘察中，应按照实测自重湿陷量或计算自重湿陷量制定建筑物场地的湿陷类型。实测自重湿陷量应根据现场试坑浸水试验确定。①计算自重湿陷量按下列公式计算：niizsizsh1076建筑场地湿陷类型：时，自重湿陷场地；时，非自重湿陷场地；cmzscmzs77实际工程中当77②现场试坑浸水试验在现场进行试坑浸水试验时，试坑一般挖成圆形或方形，其直径或边长不应小于湿陷性黄土层的厚度，且不应小于10m。试坑的深度为0.5m，坑底铺一层5-10cm厚的砂或石子。在坑内不同深度处和坑外地面上设置若干沉降观测标点，并注意观察试坑浸水后地面裂缝