10-地基工程地质.ppt

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1、第二编第二编 岩土工程性质与工程勘察岩土工程性质与工程勘察第一章第一章 岩石与矿物岩石与矿物第二章第二章 岩土工程性质岩土工程性质第三章第三章 原位测试原位测试第四章第四章 地下工程地质地下工程地质第五章第五章 地基工程地质沉降地基工程地质沉降第六章第六章 岩土工程勘察岩土工程勘察土木工程地质讲义土木工程地质讲义1第五章第五章 地基工程地质问题地基工程地质问题第一节第一节 岩质地基的工程地质问题岩质地基的工程地质问题 变形问题变形问题 强度问题强度问题第二节第二节 土质地基的工程地质问题土质地基的工程地质问题2第一节第一节 岩质地基的工程地质问题岩质地基的工程地质问题地基的定义：地基的定义：由

2、于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内由于建筑物的兴建，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变化的岩土体岩土体叫地基。叫地基。基础的定义：基础的定义：是建筑物在地面以下的那部分，它的作用是承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。载传给地基。3结构面：系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较结构面：系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸低、两向延伸(或具一定厚度或具一定厚度)

3、的地质界面的地质界面(或带或带)，例，例如岩层层面、如岩层层面、软弱夹层软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。、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，故又称为不连续由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称为不连续面面(discontinultiesdiscontinulties)。结构面在空间的分布和组合可将岩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体切割成不同形状的结构体(如图如图)软弱夹层：指岩体中那些性质软弱，有一定厚度的软弱夹层：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。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与周围岩体相比

4、，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。的特征。其中最常见、且危害较大的是泥化夹层。4一、地基：一、地基：由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来由于建筑物的兴建，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。岩土体。二、二、岩质地基的变形问题岩质地基的变形问题（受压变形）（受压变形）：（1）影响岩石地基变形性质的因素：影响岩石地基变形性质的因素：单个岩块受压变形分析单个岩块受压变形分析 ；岩体中结构面对受力变形的影响；岩体中结构面对受力变形的影响；风化作用对岩

5、体变形性质的影响；风化作用对岩体变形性质的影响；岩质地基内的洞穴问题。岩质地基内的洞穴问题。5弹性弹性(elasticity)elasticity):在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，去除外力部变形，去除外力(卸荷卸荷)后能够立即恢复原有形状和尺寸大小的后能够立即恢复原有形状和尺寸大小的性质，称为弹性。性质，称为弹性。塑性塑性(plasticity)plasticity):物体受力后产生变形，在外力去除物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷卸荷)后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不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能

6、恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。为塑性变形，或称永久变形、残余变形。粘性粘性(viscosity):viscosity):物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率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。随应力增加而增加的性质，称为粘性。脆性脆性(brittle)brittle):物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。为脆性。延性延性(ductile)ductile):物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性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。质，称为延性。（一）单

7、个岩块受压变形分析（一）单个岩块受压变形分析 ：6（一）单个岩块受压变形分析（一）单个岩块受压变形分析 ：（1 1）弹塑性变形型）弹塑性变形型安山石、大理安山石、大理石、石灰石等石、石灰石等较细较细的矿物晶的矿物晶粒组成的岩石粒组成的岩石安山石安山石7（2 2）裂纹受压变形型）裂纹受压变形型 花花岗岗岩岩、辉辉长长岩岩、硅硅质质石石英英砂砂岩岩、粗粗晶晶粒粒大大理理岩岩等等一一些些粗晶粒结构的岩石粗晶粒结构的岩石花岗岩（酸性深成岩）花岗岩（酸性深成岩）辉长岩（基性深成岩）辉长岩（基性深成岩）8（3 3）弹性变形为主的变形）弹性变形为主的变形 玄玄武武岩岩、辉辉绿绿岩岩、硅硅质质灰灰岩岩、石石英

8、英岩岩等等一一些些具具有有微微晶晶质质(或或玻玻璃璃质质)组组织织、结结构构致致密密、岩岩性性较较坚坚硬硬(相相对对具具有有脆脆性性)的的岩石岩石 玄武岩（基性喷出岩）玄武岩（基性喷出岩）9（4 4）塑性变形为主的变形）塑性变形为主的变形 泥泥页页岩岩、泥泥灰灰岩岩、泥泥岩岩、绢绢云云母母片片岩岩、滑滑石石片片岩岩、泥泥质质千千枚枚岩岩等等一一些些由由粘粘土土矿矿物物固固结结而而成成的的沉沉积积岩岩及及由由其其经经变变质质作作用用而而成的成的变质岩变质岩 10（二）岩体中结构面对受力变形的影响（二）岩体中结构面对受力变形的影响 ：（1 1）岩体的现场载荷试验：）岩体的现场载荷试验：根根据据压压

9、力力P P及及其其相相应应的的总总变变形形，计计算算所所得得的的模模量量称称为为岩岩体体变变形形模模量量E E0 0，其其定定义义为为岩岩体体在在受受压压条条件件下下应应力力与总应变之比，计算公式为与总应变之比，计算公式为E E0 =0 =岩体弹性模量岩体弹性模量E E，则根据则根据P P与弹性变形算与弹性变形算出的模量，计算公式为出的模量，计算公式为 11直线型直线型A A型；上凹型型；上凹型B B型；上凸型型；上凸型C C型；复合型型；复合型D D型型（1 1）直线型）直线型A A型型压力压力变形曲线主要有以下四种：变形曲线主要有以下四种：AlI型：型：当岩体是被多组节理裂隙切割时，结构疏

10、松、破碎，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。但裂隙、分布比较均匀，属此类曲线。A型型:一些较完整、坚硬、致密、均匀而裂隙稀少的岩体表一些较完整、坚硬、致密、均匀而裂隙稀少的岩体表现如此。现如此。12（2 2）上凹型）上凹型B B型型B型：型：多发生在具有水平方向的层理和节理多发生在具有水平方向的层理和节理(即垂直于压力即垂直于压力方向方向)的岩体中，一些夹层及层间空隙随压力增加而逐渐压密，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

11、一一1I型：型：这种情况往往发生在有这种情况往往发生在有23组高角度裂隙的岩体中，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。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（3 3）上凸型）上凸型C C型型出现这种类型的曲线，可能有以下几种情况：出现这种类型的曲线，可能有以下几种情况：A岩岩石石(如如泥泥岩岩、碳碳质质页页岩岩、绢绢云云母母片片岩岩等等)性性质质较较软软弱弱岩岩体体，曲曲线线变变缓缓反反映映了了岩岩体体中中微微裂裂纹逐渐扩展。纹逐渐

12、扩展。B节节理理裂裂隙隙很很发发育育，并并有有较较多多泥泥质质充充填填的的岩岩体体，曲曲线线变变缓缓反反映映了了岩岩体体结结构构随随压压力力增增大大而而逐渐松动，一些岩块向四周挤出。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，其曲线变缓岩体较深处埋藏有软弱岩层，其曲线变缓的原因是，在的原因是，在P增大时逐渐加力到下部软弱岩增大时逐渐加力到下部软弱岩层，使之产生压缩的结果。层，使之产生压缩的结果。14（4 4）复合型）复合型D D型型一般多发生在岩体裂隙较发育且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，受压时的力学

13、行为相当复杂，它它包括岩石的压密、节理裂隙的闭包括岩石的压密、节理裂隙的闭合、岩块沿节理的移动和转动，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以及受压层深度随压力的增大而加深等，加深等，所以往往表现出较复杂所以往往表现出较复杂形状的形状的PW曲线。曲线。15（2 2）结构面对岩体变形的影响：）结构面对岩体变形的影响：结构面方向结构面方向;结构面的性质结构面的性质;结构面发育的密度和数量结构面发育的密度和数量;结构面组合关系。结构面组合关系。（三）风化作用对岩体变形性质的影响：（三）风化作用对岩体变形性质的影响：(1)(1)岩石抗风化能力；岩石抗风化能力；酸酸性性岩岩(花花岗岗岩

14、岩、正正长长岩岩),),中中性性岩岩(闪闪长长岩岩、安安山山岩岩),),基基性性岩岩(玄玄武武岩岩、辉辉绿绿岩岩),),超基性岩超基性岩(橄榄岩橄榄岩)？变质岩则为：变质岩则为：浅变质岩，中等变质岩，深变质岩？浅变质岩，中等变质岩，深变质岩？而而沉沉积积岩岩的的抗抗风风化化能能力力则则比比较较复复杂杂，一一般般石石英英砂砂岩岩、硅硅质质石石灰灰岩岩抗抗风风化化能能力力较较强强，而而粘粘土土质质岩岩石石(粘粘土土岩岩、泥泥页页岩岩及及泥泥质质砂砂岩岩)则则较较低低。南南方方的的红红色色粘粘土岩，开挖暴露几天后就会发生风化崩解。土岩，开挖暴露几天后就会发生风化崩解。(2)(2)地基岩体较深处的古风

15、化壳；地基岩体较深处的古风化壳；有有些些地地方方近近期期的的风风化化深深度度不不大大，在在几几米米深深处处岩岩石石即即呈呈未未风风化化状状态态，可可是是再再继续向深处钻探，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。古风化壳。(3)(3)各种风化程度岩体分类及其对变形与强度的影响各种风化程度岩体分类及其对变形与强度的影响 16表表7 71 1 不同风化程度岩石物理力学性质指标参考数据不同风化程度岩石物理力学性质指标参考数据风风化化程度程度孔隙率孔隙率n湿抗压强度湿抗压强度RcMPa弹性模量弹性模量E(103MPa)岩芯获得岩芯获得率率锤

16、击锤击声声开挖方开挖方法法全风化全风化22.464.371.8824闷哑闷哑锹，镐锹，镐强风化强风化11.3122.4621.364.376.781.884824哑声哑声镐，风镐，风镐镐弱风化弱风化4.7411.3155.241.3615.186.786848发声发声不太不太清脆清脆风镐，风镐，爆破爆破微风化微风化0.494.74101.2155.2425.9815.189168较清较清脆脆爆破爆破未风化未风化101.2125.9891清脆清脆17（四）岩质地基内的洞穴问题：（四）岩质地基内的洞穴问题：岩体洞穴的类型：岩体洞穴的类型：(1)(1)可溶性岩石可溶性岩石(如石灰岩、石膏等如石灰岩、

17、石膏等)中的溶洞。中的溶洞。(2)(2)构造运动多发地区大型构造裂隙被淘空所成的洞穴。构造运动多发地区大型构造裂隙被淘空所成的洞穴。(3)(3)人工洞穴如矿洞、隧洞、墓室等。人工洞穴如矿洞、隧洞、墓室等。1819岩体坚固程度岩体坚固程度极坚硬的极坚硬的坚硬的坚硬的次坚硬次坚硬较软的较软的次松软次松软松软松软湿抗压强度湿抗压强度MPa60603030151588442f1010775533221岩体的普氏坚固因数岩体的普氏坚固因数f值值20三、三、岩质地基的变形计算岩质地基的变形计算：（一）地基岩体变形性质试验（一）地基岩体变形性质试验按此曲线：按此曲线：(1)(1)了解在各级荷载压力下了解在各

18、级荷载压力下的岩体竖向变形量。的岩体竖向变形量。(2)(2)可可依依据据弹弹性性力力学学理理论论计计算出岩体的算出岩体的E E值，即：值，即：（二）岩质地基内的附加应力（二）岩质地基内的附加应力Pz的分布的分布 21均均布布荷荷载载作作用用下下22三三角角形形分分布布荷荷载载作作用用下下23（三）岩质地基变形（三）岩质地基变形(沉降沉降)计算计算 ：方法的主要依据为：方法的主要依据为：地基岩体的应力一变形指标地基岩体的应力一变形指标E E；上部荷载压力上部荷载压力P P。在岩体内产生的附加应力在岩体内产生的附加应力PzPz值。值。计算原理为：计算原理为：所以所以24例例题题：一一工工程程基基底

19、底压压力力p p。=1MPa=1MPa，其其地地基基岩岩体体剖剖面面及及地地基基内内附附加加应应力力分分布布如如图图所所示示，岩岩基基 第第 一一 层层 为为 弱弱 风风 化化 的的 石石 英英 砂砂 岩岩，E E。=210=2103 3MPaMPa，厚厚h h1 1=5m=5m，第第二二层层为为碳碳质质砂砂、页页岩岩互互层层，h h2 2=5m=5m，E E2 2=110=1103 3MPaMPa，试试计计算算其其沉沉降值。降值。25一、岩质地基的强度问题：一、岩质地基的强度问题：地基强度地基强度是指地基在建筑物荷重作用下抵抗是指地基在建筑物荷重作用下抵抗破坏破坏的能力。的能力。（一）（一）

20、岩石强度试验及破坏机制岩石强度试验及破坏机制（1 1）脆性张破裂）脆性张破裂 岩岩性性较较硬硬而而脆脆，在在围围压压较较小小、温温度度较较低低、竖竖(轴轴)向向压压力力远远大大于于围围压压时时，四四周周发发生生拉拉张张变变形形，由由于于岩岩石石的的抗抗拉拉强强度度远远小小于于抗抗压压强强度度，横横向向的的拉拉应应力力较较快快地地超超过过抗抗拉拉强强度度，从从而而发发生生纵纵向向的的张张裂裂隙隙，继继续续扩扩张就会导致岩石破裂。张就会导致岩石破裂。（3 3）剪切塑性破裂）剪切塑性破裂 较较软软弱弱的的岩岩石石，在在较较高高围围压压下下岩岩石石延延性性较较强强，受受压压后后呈呈现现一一定定的的流流

21、塑塑性性，产生较多细微裂隙。最后才达到裂隙扩展破坏。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抗剪强度为抗压强度的1/101/10l/15l/15，抗拉强度为抗压强度的抗拉强度为抗压强度的1/201/201/301/30，抗弯强度为抗压强度的抗弯强度为抗压强度的1/81/81/141/14。（2 2）剪切破裂）剪切破裂一一般般坚坚硬硬的的岩岩石石，在在竖竖向向压压力力增增大大到到一一定定量量时时，矿矿物物粒粒间间发发生生错错动动，继继而而发生剪切裂隙，最后扩张而破坏。发生剪切裂隙，最后扩张而破坏。26（二）岩体中结构面的抗剪强度：（二）岩体中结构面的抗剪强度：（1 1）破裂

22、结构面；）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。其抗剪强度主要取决于结构面的起伏性和粗糙度。（2 2）破碎结构面；）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。其抗剪强度主要取决于充填物的组成和胶结程度。（3 3）层状结构面；）层状结构面；其其抗抗剪剪强强度度取取决决于于结结构构面面的的胶胶结结程程度度及及软软岩岩层层本本身身的的抗抗剪剪强强度。度。（4 4）泥化结构面）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。程度。27（三）影响地基岩体强度的因素：（三）影响地基岩体强度的因素：（

23、1 1）岩石自身的强度；）岩石自身的强度；（2 2）结构面的影响；）结构面的影响；（3 3）风化程度的影响。）风化程度的影响。28二、不良岩质地基加固处理措施：二、不良岩质地基加固处理措施：（1 1）表层风化破碎带：）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。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 2）节理裂隙带发育较深的岩基体：）节理裂隙带发育较深的岩基体：一一般般可可采采用用钻钻孔孔后后，灌灌注注水水泥泥砂砂浆浆(或或水水玻玻璃璃浆浆)进进入入节节理理裂裂隙隙中，把碎裂岩石胶结起来，加固并提高其力学指标。中，把碎裂岩石胶结起来，加固并提高

24、其力学指标。（3 3）当地基岩体中发现有控制岩体滑移条件的）当地基岩体中发现有控制岩体滑移条件的软弱结构面软弱结构面：为为保保证证地地基基岩岩体体的的稳稳定定，一一般般可可用用锚锚固固的的方方法法，即即用用钻钻孔孔穿穿过过软软弱弱结结构构面面，深深入入至至完完整整岩岩体体一一定定深深度度，插插入入预预应应力力钢钢筋筋或或钢钢缆。缆。29（4 4）当地基岩体中存在着倾角较大、埋藏较深或厚度较大）当地基岩体中存在着倾角较大、埋藏较深或厚度较大 的的断裂破碎带断裂破碎带和和软弱夹层软弱夹层：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

25、质挖除，然后回填混凝土。破碎物质挖除，然后回填混凝土。（5 5）若基岩受压层范围内存在有）若基岩受压层范围内存在有地下洞穴地下洞穴：应探明洞穴的发育情况，即深度、宽度等。再用探井应探明洞穴的发育情况，即深度、宽度等。再用探井(或大口或大口径钻孔径钻孔)下入，对洞穴作下入，对洞穴作填塞加固填塞加固。30第二节第二节 土质地基的工程地质问题土质地基的工程地质问题一、土质地基破坏的形式一、土质地基破坏的形式:整体剪切破坏常发生在浅埋基础下整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的的密砂或硬粘土密砂或硬粘土等坚实地基中，局等坚实地基中，局部剪切破坏常发生在部剪切破坏常发生在中等密实砂土中等密实砂土中，而刺入破坏

26、常发生在中，而刺入破坏常发生在松砂及软松砂及软土土中。中。在在密密实实的的地地基基中中，一一般般会会出出现现整整体体剪剪切切破破坏坏，但但当当基基础础埋埋置置深深度度很很深深时时，密密砂砂在在很很大大荷荷载载作作用用下下也也会会产产生生压压缩缩变变形形，从从而而出出现现刺刺入入剪剪切切破破坏坏；在在软软粘粘土土中中，当当加加荷荷速速度度较较慢慢时时会会产产生生压压缩缩变变形形，从从而而出出现现刺刺入入剪剪切切破破坏坏，但但当当加加荷荷很很快快时时，由由于于土土体体不不能能产产生生压压缩缩变变形形，就就可可能能产产生生整体剪切破坏整体剪切破坏。3132二、二、确定土质地基强度的方法一般有以下几种

27、：确定土质地基强度的方法一般有以下几种：（1 1）根据载荷试验的）根据载荷试验的PsPs曲线确定；曲线确定；（2 2）根据建筑地基基础设计规范确定；）根据建筑地基基础设计规范确定；（3 3）根据地基承载力理论计算公式确定）根据地基承载力理论计算公式确定 ；（4 4）根据当地经验确定。）根据当地经验确定。三、土质地基处理方法：三、土质地基处理方法：（1 1）排水固结法：）排水固结法：软粘土地基。软粘土地基。（2 2）机械压实法：）机械压实法：疏松粘性土，疏松粘性土，湿陷性黄土。湿陷性黄土。（3 3）挤密法：）挤密法：饱和砂土。饱和砂土。（4 4）换填及拌入法。）换填及拌入法。（5 5）其他地基处理方法。）其他地基处理方法。灌浆法，加筋法等。灌浆法，加筋法等。33