（本科）14 地基工程地质问题ppt课件.pptx

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1、课程主讲人：14 地基工程地质问题西南交通大学 王玉峰第十四讲 地基工程地质问题1地基变形与破坏的概念3地基承载力4地基处理本讲内容2地基变形及破坏的基本类型1 地基变形与破坏的概念 地球建筑物下部直接与土层、岩层接触的部位称为基础，“基础”是建筑物的地下部分，是它的“下部结构”。基础的作用是将建筑物的荷载安全可靠地传递给下面的土层、岩层。 “地基”是指承受结构物荷载的那部分岩体、土体，其深度范围大约是基础宽度的1.5-3倍，具体范围视基础形状与荷载而异。 地基中强度相对较高并用于承受建筑物主要荷载的岩层、土层称为持力层，其下面的岩层、土层为下卧层。 地基的变形是指地基在上覆荷载作用下的屈服变

2、形。地基的破坏是指地基在上覆荷载超过地基强度时，地基发生的失稳破坏。 地基必须满足两方面的要求：（1）地基应有足够的强度，在上覆荷载作用下不发生失稳破坏，并有一定的安全储备；（2）地基的沉降量、沉降差、倾斜或局部倾斜不能大于地基变形的允许值和保证建筑物安全的允许值。 人类工程活动的实施必须清楚认识拟建场址的工程地质特性，充分利用地基性能，方能保证工程建设的安全性，成功建设人类工程。 建造于1173年8月，圆形地基，面积为285m2，对地面的平均压强为497kPa。1178年首次发现倾斜，倾斜角度3.99，偏离地基外沿2.5m，顶层突出4.5m。1 地基变形与破坏的概念2 地基变形及破坏的基本类

3、型 （1）地基不均匀沉降和变形过大 地基不均匀沉降和变形过大是建筑工程师中最常见的两种地基变形。 在铁路路基和公路路基中常见的主要是路基沉降。造成路基下沉的原因有哪些？（1）地基土强度低，压缩性大，通常是下沉的重要原因，如淤泥质软土；（2）特殊土的不良工程性质也是造成该类土质地基发生沉降变形的重要原因，如膨胀土；（3）黄土质地疏松，大孔隙发育，富含可溶盐，特别是湿陷性黄土，遇水容易发生湿陷变形；（4）饱和粉砂地基在地震作用下发生液化，也是引起地基下沉、变形破坏的一种重要原因。2 地基变形及破坏的基本类型 （2）地基滑移、挤出 发生地基滑移、挤出的实质是地基强度不足，出现剪切破坏。通常多发生在软

4、弱地基土、陡坡路堤或具有滑移条件、产状不利的软弱岩层。 加拿大特朗斯康谷仓事故太焦铁路刘瓦沟大桥桥台滑移现象 在山区铁路和公路路堑边坡、大坝坝基工程中常有软弱岩层或风化岩层，当岩层产状不利、有滑移倾向时，应特别注意工程建筑建成后的地基滑移问题。 2 地基变形及破坏的基本类型 （3）地基剪切破坏模式 地基土中任意点应力分布3 地基承载力（1）单从承载极限考虑 单位面积上地基能承受的最大极限荷载值称为地基极限承载力。（2）考虑承载力与变形 地基容许承载力是保证地基强度和稳定的条件下，建筑物不产生过大沉降和不均匀沉降的地基承受荷载的能力。 3.1 地基承载力基本概念 地基承载力的确定是一个非常重要而

5、复杂的问题，地基承载力的大小，不仅与地基岩、土的物理力学性质有关，而且还与基础的型式、底宽、埋深、建筑类型、结构特点、荷载性质、施工方法、施工速度，以及地基中有无地下水等诸多因素有关。因此，在同一地基岩、土层中，基础埋置深度不同，或者基础形式不同，地基承载力大小也有所差异。3 地基承载力 3.2 地基承载力的确定方法 根据长期工程实践中总结出的地基承载力确定方法，可大致归纳为以下三种： 1）原位测试方法 平板荷载试验、旁压试验、螺旋压板载荷试验 2）地基土强度理论 临塑荷载法、极限荷载法 3）经验方法 间接原位测试方法、地基承载力表3 地基承载力 （1）原位测试方法 平板荷载试验载荷试验装置示

6、意图几种常见的平板载荷试验装置示意图1承压板；2油压千斤顶；3支撑板； 4斜撑杆；5斜撑板；6、7销钉；8压力表；9千分表；10观测装置支架；11千分表支座3 地基承载力 （1）原位测试方法 平板荷载试验 1） 地基的变形特征 （a）压密阶段：又称直线变形阶段，相当于p-s曲线的Oa部分，荷载和变形呈直线变化，地基的变形主要是在荷载作用下土中孔隙的减小，地基被压密。相对于比例界线点（ a点）的荷载称临塑荷载 Py。Py被作为地基允许承载力。 （b）剪切变形阶段：又称塑性变形阶段，相当于p-s曲线的ab段，在这一阶段p-s曲线不再保持线性关系。相对于塑性变形极限点（ b点）的荷载称极限荷载 Pu

7、。Pu被作为地基极限承载力。 （c）破坏阶段：相当于p-s曲线的bc段，在这一阶段，荷载稍有增加，地基土就会发生明显的剪断破坏，当塑性区形成一连续的剪切面，土体被挤出，承压板四周的土隆起，地基因失稳而破坏。3 地基承载力 （1）原位测试方法 平板荷载试验 2） 地基极限承载力的确定 在载荷试验经逐级加荷，土体经历了直线变形阶段、塑性区逐步发展阶段以及破坏阶段。当出现破坏时，沉降急剧增大，土体向侧向挤出，沉降速率不能稳定。因此，岩土工程勘察规范（2009年版）规定，在某一级荷载作用下，满足下列四种情况之一时，就认为已经达到了破坏，其对应的前一级荷载为极限荷载（即为极限承载力）： （a）承压板周围

8、的土明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展； （b）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载-沉降曲线出现明显陡降； （c）在某一级荷载作用下，24h内沉降速率不能达到相对稳定标准 （d）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。3 地基承载力 （1）原位测试方法 平板荷载试验 3） 地基承载力特征值的确定 地基承载力特征值是指由荷载试验确定的地基土压力变形曲线的线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。 （a）当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值； （b）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的倍时，取极限荷载的一半； （c）当不能按

9、上述二项要求确定时，承压板面积为0.250.5m2，可取s/d = 0.010.015所对应的荷载值（d为承压板直径），但其值不应大于最大加载量的一半。 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。3 地基承载力 （2）原位测试方法 旁压试验 又称横压试验。它的原理是通过旁压器，在竖直的孔内使旁压膜膨胀并由该膜（或护套）将压力横向传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，从而得到压力与钻孔体积增量（或旁压膜膨胀横向位移）之间的关系曲线，称为p-V曲线，又称旁压曲线。 （a）I段：初始阶段，随着压力的增大，变形逐渐减小；

10、（b）II段：似弹性阶段，压力与变形大致呈直线关系； （c）III段：塑性变形阶段，随着压力的增大，变形迅速增大。3 地基承载力 （3）原位测试方法 螺旋压板载荷试验 螺旋压板载荷试验是20世纪70年代初发展起来的一种原位测试技术。它是借助人力或机械力将螺旋板作为承压板旋入地下预定深度，用千斤顶通过传力杆向螺旋板施加压力，反力由螺旋地锚提供。施加的压力由位于螺旋板上端的电测传感器测定，同时测量承压板的沉降。 该方法一般适用于一定深度的砂土、粉土和黏性土层。它可以在不同深度处的原位应力条件下进行试验，扰动较小，能较好地反映地基土的性状。最大试验深度达30 m。1反力装置；2油压千斤顶；3百分表及

11、磁性支座；4百分表横梁；5一传力杆接头；6传力杆；7测力传感器； 8螺旋承压板螺旋压板载荷试验装置3 地基承载力 （2）强度理论法 计算地基承载力的理论公式有临塑荷载法和极限荷载法。 临塑荷载是在地基土中刚开始出现塑性剪切变形时的临界压力。 极限荷载是地基丧失稳定性时作用于地基的压力，此时，地基已完全剪切破坏。 对于给定的基础，地基从开始出现塑性区到整体剪切破坏，相应的基础荷载有一个相当大的变化范围。我国建筑地基基础设计规范（GB 50007-2011），采用塑性区最大深度不大于基础宽度的1/4所对应的临界压力p，以p为基础的理论公式并结合工程经验给出计算地基承载力特征值的公式： a=Mbb+

12、Mdmd+Mcck 其中，a-由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；kPa；b-基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；d-基础埋置深度(m)；Mb、Md、Mc-承载力系数；ck-基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值；-基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；m-基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。3 地基承载力 （3）经验方法 间接原位测试方法和地基承载力表 1）间接原位测试方法主要有静力触探试验、标准贯入试验、动力触弹试验等，不能直接测定地基承载力，但可以采用与荷载试验结果对比分析的方法，选择有代表性的土层同时进行荷载试验和原位测试，分别

13、求得地基承载力和原位测试指标，积累一定数量的数据组，用回归统计方法建立回归方程，间接确定地基承载力。 必须指出，经验公式都是根据一定区域或特定土类的试验资料统计得到的，使用时应注意其适用范围。 2）地基承载力表 地基承载力表是工程经验的总结，是在大量试验资料统计分析的基础上得到的。若要利用这些表确定地基承载力，必须采取岩、土样进行室内试验，以及现场进行动力触弹、标准贯入试验等原位测试。4 地基处理 对于那些土质软弱、不能满足建（构）筑物强度或变形要求；或者由于动力荷载（如地震荷载）作用而可能产生液化、失稳和震陷等灾害；或者由于浸水而产生沉陷；或由于吸水膨胀、失水下陷的地基，必须进行人工处理。这

14、种对不良场地进行补强加固的过程，即称为地基处理。地基处理的对象主要是软弱地基和特殊土地基。4 地基处理 4.1 地基基础的主要类型 （1）按埋深：浅基础（基底埋深5-10 m）和深基础（基底埋深10 m ） （2）按基础材料：砖基础、毛石基础、灰土基础、三合土基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础 （3）按基础构造形式：条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础 （4）按深基础类型划分：桩基、沉井、地下连续墙 （5）按基础受力性质：刚性基础、柔性基础条形基础独立基础筏形基础箱形基础4 地基处理 4.2 常用地基处理方法 地基处理的主要对象：（1）软弱地基：我国建筑地基基础设汁规范(GB50007一201

15、1)中规定，软弱地基指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基；（2）特殊土地基：包括湿陷性黄土、膨胀土、冻土等。 地基处理的主要目的：（1）提高地基的承载力，满足地基土在上部结构自重及外荷载作用下不致产生局部或整体切破坏，保证其稳定性；（2）减少地基压缩性，减小建筑物的沉降量和不均匀沉降；（3）改善地基的动力特性，提高其抗震性能；（4）改善地基渗透性，保证地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏或水力比超过允许值，导致涌土、流砂、边坡滑动等事故；（5）改善地基土的不良特性，如消除湿陷性，提高抗液化能力等。4 地基处理 4.2 常用地基处理方法 地基处理的主要方法：按地基处埋作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和冷热等处理方法。建筑地基处理技术规范（JGJ792012）采用的地基处理方法有预压法、置换法、强夯法、振冲法、土或灰土挤密法、砂石桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、托换法、强夯置换、水泥粉煤灰碎石桩法、夯实水泥土桩法、柱锤冲扩法、单液硅化法和碱液加固法等。4 地基处理1. 地基变形与破坏的主要类型及原理。2. 地基承载力的确定方法及其适用条件。1. 地基承载力的确定方法主要有哪些？地基平板荷载试验曲线的特征如何？2. 针对淤泥质软土地基有哪些有效的地基处理方法？各方法之间的优缺点是什么？