1第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第五章地基工程地質問題第一節巖質地基的工程地質問題變形問題

強度問題第二節土質地基的工程地質問題2第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第一節巖質地基的工程地質問題地基的定義：由于建筑物的興建，導致巖土體中某一范圍內原來的應力狀態發生了變化，這部分由建筑物荷載引起應力變化的巖土體叫地基。基礎的定義：是建筑物在地面以下的那部分，它的作用是承受整個建筑物的重量及作用在建筑物上的所有荷載，并將荷載傳給地基。3第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日結構面：系指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低、兩向延伸(或具一定厚度)的地質界面(或帶)，例如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙等。由于這種界面中斷了巖體的連續性，故又稱為不連續面(discontinulties)。結構面在空間的分布和組合可將巖體切割成不同形狀的結構體(如圖)軟弱夾層：指巖體中那些性質軟弱，有一定厚度的軟弱結構面或軟弱帶。與周圍巖體相比，軟弱夾層具有高壓縮性和低強度的特征。其中最常見、且危害較大的是泥化夾層。4第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日一、地基：由于建筑物的興建，導致巖土體中某一范圍內原來的應力狀態發生了變化，這部分由建筑物荷載引起應力變化的巖土體。二、巖質地基的變形問題（受壓變形）：（1）影響巖石地基變形性質的因素：

單個巖塊受壓變形分析；巖體中結構面對受力變形的影響；風化作用對巖體變形性質的影響；巖質地基內的洞穴問題。5第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日彈性(elasticity):

在一定的應力范圍內，物體受外力作用產生全部變形，去除外力(卸荷)后能夠立即恢復原有形狀和尺寸大小的性質，稱為彈性。塑性

(plasticity)

:物體受力后產生變形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢復原狀的性質，稱為塑性。不能恢復的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形、殘余變形。粘性(viscosity):

物體受力后變形不能在瞬時完成，且應變速率隨應力增加而增加的性質，稱為粘性。脆性(brittle):

物體受力后，變形很小時就發生破裂的性質，稱為脆性。延性(ductile):物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質，稱為延性。（一）單個巖塊受壓變形分析：6第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（一）單個巖塊受壓變形分析：（1）彈塑性變形型安山石、大理石、石灰石等較細的礦物晶粒組成的巖石安山石7第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（2）裂紋受壓變形型花崗巖、輝長巖、硅質石英砂巖、粗晶粒大理巖等一些粗晶粒結構的巖石花崗巖（酸性深成巖）輝長巖（基性深成巖）8第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（3）彈性變形為主的變形玄武巖、輝綠巖、硅質灰巖、石英巖等一些具有微晶質(或玻璃質)組織、結構致密、巖性較堅硬(相對具有脆性)的巖石玄武巖（基性噴出巖）9第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（4）塑性變形為主的變形泥頁巖、泥灰巖、泥巖、絹云母片巖、滑石片巖、泥質千枚巖等一些由粘土礦物固結而成的沉積巖及由其經變質作用而成的變質巖10第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）巖體中結構面對受力變形的影響：（1）巖體的現場載荷試驗：根據壓力P及其相應的總變形，計算所得的模量稱為巖體變形模量E0，其定義為巖體在受壓條件下應力與總應變之比，計算公式為

E0=巖體彈性模量E，則根據P與彈性變形算出的模量，計算公式為

11第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日直線型—A型；上凹型—B型；上凸型—C型；復合型—D型（1）直線型—A型壓力—變形曲線主要有以下四種：A—lI型：當巖體是被多組節理裂隙切割時，結構疏松、破碎，但裂隙、分布比較均勻，屬此類曲線。

A—Ⅰ型:一些較完整、堅硬、致密、均勻而裂隙稀少的巖體表現如此。12第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（2）上凹型—B型B—Ⅰ型：多發生在具有水平方向的層理和節理(即垂直于壓力方向)的巖體中，一些夾層及層間空隙隨壓力增加而逐漸壓密，由于巖體結構之間未發生錯動，故卸載時具有較大的彈性變形。

B一1I型：這種情況往往發生在有2～3組高角度裂隙的巖體中，在壓力作用下，各部巖塊像楔子一樣互相楔緊，卸載后變形自然難以恢復。卸載時可恢復變形小時，也可出現這種情況。

13第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（3）上凸型—C型出現這種類型的曲線，可能有以下幾種情況：A巖石(如泥巖、碳質頁巖、絹云母片巖等)性質較軟弱巖體，曲線變緩反映了巖體中微裂紋逐漸擴展。B節理裂隙很發育，并有較多泥質充填的巖體，曲線變緩反映了巖體結構隨壓力增大而逐漸松動，一些巖塊向四周擠出。C巖體較深處埋藏有軟弱巖層，其曲線變緩的原因是，在P增大時逐漸加力到下部軟弱巖層，使之產生壓縮的結果。14第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（4）復合型—D型一般多發生在巖體裂隙較發育且不均勻的情況下，這是由于巖體受壓時的力學行為相當復雜，它包括巖石的壓密、節理裂隙的閉合、巖塊沿節理的移動和轉動，以及受壓層深度隨壓力的增大而加深等，所以往往表現出較復雜形狀的P—W曲線。

15第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（2）結構面對巖體變形的影響：

①結構面方向;②結構面的性質;③結構面發育的密度和數量;④結構面組合關系。（三）風化作用對巖體變形性質的影響：(1)巖石抗風化能力；酸性巖(花崗巖、正長巖),中性巖(閃長巖、安山巖),基性巖(玄武巖、輝綠巖),超基性巖(橄欖巖)？變質巖則為：淺變質巖，中等變質巖，深變質巖？而沉積巖的抗風化能力則比較復雜，一般石英砂巖、硅質石灰巖抗風化能力較強，而粘土質巖石(粘土巖、泥頁巖及泥質砂巖)則較低。南方的紅色粘土巖，開挖暴露幾天后就會發生風化崩解。(2)地基巖體較深處的古風化殼；有些地方近期的風化深度不大，在幾米深處巖石即呈未風化狀態，可是再繼續向深處鉆探，卻又發現有較厚的風化巖石，這就是所謂的古風化殼。

(3)各種風化程度巖體分類及其對變形與強度的影響

16第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日表7—1不同風化程度巖石物理力學性質指標參考數據風化程度孔隙率n／％濕抗壓強度

Rc／MPa彈性模量

E／(103MPa)巖芯獲得率／％錘擊聲開挖方法全風化

>22.46

<4.37

<1.88

<24悶啞鍬，鎬強風化11.31～22.46

21.36～4.37

6.78～1.88

48～24啞聲鎬，風鎬弱風化4.74～11.31

55.24～1.36

15.18～6.78

68～48發聲不太清脆風鎬，爆破微風化0.49～4.74101.21～55.24

25.98～15.18

91～68較清脆爆破未風化

<0.49

>101.21

>25.98

>91清脆17第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（四）巖質地基內的洞穴問題：巖體洞穴的類型：(1)可溶性巖石(如石灰巖、石膏等)中的溶洞。(2)構造運動多發地區大型構造裂隙被淘空所成的洞穴。(3)人工洞穴如礦洞、隧洞、墓室等。18第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日19第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日巖體堅固程度極堅硬的堅硬的次堅硬較軟的次松軟松軟濕抗壓強度／MPa>6060～3030～1515～88～44～2f>1010～77～55～33～22～1巖體的普氏堅固因數f值20第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日三、巖質地基的變形計算：（一）地基巖體變形性質試驗按此曲線：(1)了解在各級荷載壓力下的巖體豎向變形量。(2)可依據彈性力學理論計算出巖體的E值，即：（二）巖質地基內的附加應力Pz的分布

21第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日均布荷載作用下22第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日三角形分布荷載作用下23第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（三）巖質地基變形(沉降)計算：方法的主要依據為：①地基巖體的應力一變形指標E；②上部荷載壓力P。在巖體內產生的附加應力Pz值。計算原理為：

所以24第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日例題：一工程基底壓力p。=1MPa，其地基巖體剖面及地基內附加應力分布如圖所示，巖基第一層為弱風化的石英砂巖，E。=2×103MPa，厚h1=5m，第二層為碳質砂、頁巖互層，h2=5m，E2=1×103MPa，試計算其沉降值。25第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日一、巖質地基的強度問題：地基強度是指地基在建筑物荷重作用下抵抗破壞的能力。（一）巖石強度試驗及破壞機制（1）脆性張破裂巖性較硬而脆，在圍壓較小、溫度較低、豎(軸)向壓力遠大于圍壓時，四周發生拉張變形，由于巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度，橫向的拉應力較快地超過抗拉強度，從而發生縱向的張裂隙，繼續擴張就會導致巖石破裂。（3）剪切塑性破裂較軟弱的巖石，在較高圍壓下巖石延性較強，受壓后呈現一定的流塑性，產生較多細微裂隙。最后才達到裂隙擴展破壞。抗剪強度為抗壓強度的1/10～l/15，抗拉強度為抗壓強度的1/20～1/30，抗彎強度為抗壓強度的1/8～1/14。

（2）剪切破裂一般堅硬的巖石，在豎向壓力增大到一定量時，礦物粒間發生錯動，繼而發生剪切裂隙，最后擴張而破壞。26第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）巖體中結構面的抗剪強度：（1）破裂結構面；其抗剪強度主要取決于結構面的起伏性和粗糙度。（2）破碎結構面；其抗剪強度主要取決于充填物的組成和膠結程度。（3）層狀結構面；其抗剪強度取決于結構面的膠結程度及軟巖層本身的抗剪強度。（4）泥化結構面；其抗剪強度取決于泥質物質的粘土礦物成分、含水量及固結程度。27第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（三）影響地基巖體強度的因素：（1）巖石自身的強度；（2）結構面的影響；（3）風化程度的影響。28第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日二、不良巖質地基加固處理措施：（1）表層風化破碎帶：若風化破碎層厚度不大，一般采取清基，即將破碎巖塊清除掉。（2）節理裂隙帶發育較深的巖基體：一般可采用鉆孔后，灌注水泥砂漿(或水玻璃漿)進入節理裂隙中，把碎裂巖石膠結起來，加固并提高其力學指標。

（3）當地基巖體中發現有控制巖體滑移條件的軟弱結構面：為保證地基巖體的穩定，一般可用錨固的方法，即用鉆孔穿過軟弱結構面，深入至完整巖體一定深度，插入預應力鋼筋或鋼纜。29第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（4）當地基巖體中存在著傾角較大、埋藏較深或厚度較大的斷裂破碎帶和軟弱夾層：若徹底清除，開挖量將很大。一般采用井或槽開挖方式，將破碎物質挖除，然后回填混凝土。（5）若基巖受壓層范圍內存在有地下洞穴：應探明洞穴的發育情況，即深度、寬度等。再用探井(或大口徑鉆孔)下入，對洞穴作填塞加固。

30第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第二節土質地基的工程地質問題一、土質地基破壞的形式:整體剪切破壞常發生在淺埋基礎下的密砂或硬粘土等堅實地基中，局部剪切破壞常發生在中等密實砂土中，而刺入破壞常發生在松砂及軟土中。在密實的地基中，一般會出現整體剪切破壞，但當基礎埋置深度很深時，密砂在很大荷載作用下也會產生壓縮變形，從而出現刺入剪切破壞；在軟粘土中，當加荷速度較慢時會產生壓縮變形，從而出現刺入剪切破壞，但當加荷很快時，由于土體不能產生壓縮變形，就可能產生整體剪切破壞。

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