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* * 第七章 地基与边坡稳定的工程地质分析 Engineering geological analysise on stability of foundation and slope 第一节 岩质地基稳定分析 本章结构 第二节 岩质边坡稳定问题 第一节 岩质地基 稳定分析 地基的工程地质问题可分为土质地基和岩质地基两类。早期人们认为,岩质地基对大多数工程类型而言都有足够的承载能力,但实际上,岩质地基失稳导致水工或其他建筑损毁的事例也不少,加拿大特朗斯康谷仓事故就是明显一例。 加拿大特朗斯康谷仓事故1911 一、岩质地基洞穴问题及其分析 1.洞穴问题 岩质地基中的洞穴主要包括三类,即: ①可溶岩区的溶洞; ②构造发育区中被淘空的构造裂隙段; ③人工洞穴如矿洞、隧洞等。 洞穴以上修建工程时,洞顶岩石会在基础荷载P0引发的附加应力PZ作用下发生变形,甚至破裂塌陷,引发地基失效,危及建筑的安全稳定。 2.洞穴稳定性分析 岩质地基洞穴稳定的关键是基础底面到洞穴顶的岩体厚度达到可维持稳定的安全值,即建筑基础下的岩体厚度大于安全厚度Z0。 如右图,假定建筑基础底宽为b,荷载为P0,附加应力扩散角为θ,则至基础下Z′深度时,附加应力为PZ。 PZ P0 Z′ b θ θ 一般认为:坚硬岩体中PZ=0.2P0;软弱岩体中PZ=0.1P0时,岩体不会发生大的变形与产生新的裂隙,故 而据经验 θ=30° 一般岩体; θ=40° 坚固完整岩体 为安全见,通常所有岩体取θ=30°故有, 坚硬岩体(花岗岩、石英岩) 软弱岩体(泥灰岩、千枚岩) 二、岩质地基沉降变形 岩质地基在上部荷载下可产生受压变形,最简单的情况是受到铅垂向下的单轴应力作用而产生压缩。常识与经验告诉我们,岩质地基未破坏前的变形量均处在弹性变形阶段,故压缩变形量一是与附加应力大小有关系,另一个则是与岩石的弹性模量有关系。 δ ε 理解关键: ①均布荷载产生的附加应力在基础中心线下最大。 ②沉降变形均发生于弹性变形阶段。 详见弹性力学 1.岩质地基内附加应力PZ的分布 假定岩质地基承受的是均布荷载P0,基础宽度为b,则地基内各处的附加应力PZ在中心线上是最大的,由弹性力学和工程实践经验可知,岩质地基中一般当: Z=0.5b时,PZ=0.5P0 Z=2.5b时,PZ=0.2P0 Z=5b时,PZ=0.05P0 P0 PZ Z b 2.岩质地基沉降量计算 以岩石弹性模量计算公式可知: 对于岩质地基而言,ε就是垂向沉降量,具体到岩质地基,则有 当某深度处的岩层(可天然也可人工分层)厚为h时,沉降变形量应为: 当已知岩基受压层范围(一般取PZ=0.1P0范围内的深度)内岩基各分层的Ei值(原位试验确定),各分层的厚度及各层的平均附加应力时,地基岩体在基础荷载P0下的沉降变形值就为: 三、不良岩质地基处理措施 1.清基:即清除地基表面的风化层和破碎岩块,建筑等级不同,清基程度不同。 超高层建筑:重型设备(水压机等)、高大砼坝、重型桥梁基础 清到微风化层甚至完整基岩上 中、小型工程——只须清到弱风化层甚至强风化层 2.固结灌浆:即钻孔灌注水泥砂浆入裂隙中,胶结加固岩体。 3.锚固:地基岩体中有控制性大型滑移面时用。 4.砼塞、砼键加固法:用井、硐(巷道)、槽开挖,再灌注形成塞。 第二节 岩质边坡 稳定问题 自然界的边坡按其岩土性质也可分为岩质边坡和土质边坡两类。土质边坡的稳定问题属于土力学处理的经典问题。而岩质边坡问题则属于工程地质学研究的对象。 一、岩质边坡的破坏类型 包括崩塌和滑坡两种类型。 1.崩塌 陡峻边坡上巨大岩块在重力作用下突发式地翻滚跌落。崩塌是一种拉裂破坏,发生时要求边坡上部有拉应力的集中现象,即产生拉应力区。 坡角大小不同,拉应力区范围不同,一般坡角越大,拉应力区范围也越大,越易产生崩塌。 300 450 900 崩塌规模也可以较大,由此产生较强的破坏性导致巨大的生命财产损失. 2.滑坡 滑坡:斜坡岩土体在重力作用下去失原有稳定性,沿斜坡内某些软弱滑移面作整体下滑破坏的现象(剪切破坏)。 岩质边坡:软弱滑移面为实际存在的结构面。 土质边坡:滑移面为不可见的潜在面,计算时需假定。 (1)滑坡的构成 图3-9 滑坡要素及滑坡形态特征示意图 1—滑坡体;2—滑坡周界;3—破裂壁;4—滑坡台阶;5—滑动面;6
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