1、第第9 9章章 岩石力学在基础工程中的应用岩石力学在基础工程中的应用9.1 9.1 岩基的类型及其应力分布特征岩基的类型及其应力分布特征 9.1.1 9.1.1 岩基的类型岩基的类型 直接承受上部建筑物荷载作用的那部分土体或岩体称为地基。直接承受上部建筑物荷载作用的那部分土体或岩体称为地基。根据承载的特点，通常可将地基分为两种类型：承受垂直荷载的根据承载的特点，通常可将地基分为两种类型：承受垂直荷载的地基，一般工业民用建筑物的地基都是属于这种类型；承受斜向地基，一般工业民用建筑物的地基都是属于这种类型；承受斜向荷载荷载(同时承受垂直荷载与水平荷载同时承受垂直荷载与水平荷载)的地基，各类挡水建筑
2、物，的地基，各类挡水建筑物，如闸、坝等的地基属此类。如闸、坝等的地基属此类。 承受垂直荷载的地基，大多都是承受垂直荷载的地基，大多都是“软基软基”，这类地基的变形、，这类地基的变形、破坏机制和稳定性评价原理是土力学课程讨论的内容，这里不做破坏机制和稳定性评价原理是土力学课程讨论的内容，这里不做详述，根据本课程的需要仅指出有关问题的一般特点。详述，根据本课程的需要仅指出有关问题的一般特点。 承受斜向荷载的坝基与上部挡水建筑物之间有着复杂的相互承受斜向荷载的坝基与上部挡水建筑物之间有着复杂的相互作用，因而在变形、破坏特点和稳定性评价方面，这类地基存在作用，因而在变形、破坏特点和稳定性评价方面，这类
3、地基存在许多特殊问题。许多特殊问题。 9.1.2 9.1.2 岩基的应力分布特征岩基的应力分布特征1. 垂互荷载作用下地基内的应力分布垂互荷载作用下地基内的应力分布地基内的应力分布，取决于荷载特点和地基岩体的结构特征。为了说明岩地基内的应力分布，取决于荷载特点和地基岩体的结构特征。为了说明岩体结构对应力分布的影响，本节拟重点说明均质、层状结构以及碎裂结构三类体结构对应力分布的影响，本节拟重点说明均质、层状结构以及碎裂结构三类地基内的应力分布规律。地基内的应力分布规律。 关于均质地基的应力分布，土力学课程中有详细的讨论。这里，为了与非关于均质地基的应力分布，土力学课程中有详细的讨论。这里，为了与
4、非均质、各向异性地基内的应力分布情况进行对比，仅对条形均布荷载作用下地均质、各向异性地基内的应力分布情况进行对比，仅对条形均布荷载作用下地基内的应力分布特征作一简单介绍。基内的应力分布特征作一简单介绍。 根据弹性理论得知，在条形均布荷载作用下，地基内任一点的附加主应力根据弹性理论得知，在条形均布荷载作用下，地基内任一点的附加主应力(图图 9.1)可按下述公式求得，即：可按下述公式求得，即： 12sin2Ph （9.1） 32sin2Ph （9.2） 式中，式中，1，3为分别为最大与最小主应力，其各自的作用方向如图为分别为最大与最小主应力，其各自的作用方向如图 9.1 所示；所示；P为荷载强度；
5、为荷载强度；h为基础的砌置深度；为基础的砌置深度；为为岩石的密度；其他符号如图岩石的密度；其他符号如图 9.1 所所示。示。 图图9.1 条形均布荷载作用下地基内任一点的附加主应力条形均布荷载作用下地基内任一点的附加主应力 由上述公式所反映的地基内最大主应力等值线的分布如图由上述公式所反映的地基内最大主应力等值线的分布如图9.2(a)所所示。从图中可以看出，每一条等值线都是一个以基础底边为弦的圆弧，示。从图中可以看出，每一条等值线都是一个以基础底边为弦的圆弧，这正是式这正是式(9.1)所代表的情况。所代表的情况。 层状结构地基内的应力分布与前述的均质地基的情况截然不同；图层状结构地基内的应力分
6、布与前述的均质地基的情况截然不同；图9.2(b)和和9.2 (c)所示的，就是条形荷载作用下层状结构地基内最大主应力所示的，就是条形荷载作用下层状结构地基内最大主应力等值线的分布情况，它表明以下两点：等值线的分布情况，它表明以下两点： （1）分割岩体的软弱结构面）分割岩体的软弱结构面(如节理、层面裂隙等如节理、层面裂隙等)，由于其抗剪强度，由于其抗剪强度低，限制着应力向两侧传递、扩展，致使附加应力在所限岩体内集中。低，限制着应力向两侧传递、扩展，致使附加应力在所限岩体内集中。在这种情况下，附加应力可以顺沿在这种情况下，附加应力可以顺沿“层理层理”方向延展到很大的深度。分方向延展到很大的深度。分
7、割岩体的软弱结构面的抗剪强度愈低，上述效应愈明显。割岩体的软弱结构面的抗剪强度愈低，上述效应愈明显。 （2）层状结构地基内应力分布的特点，与软弱结构面的产状有密切）层状结构地基内应力分布的特点，与软弱结构面的产状有密切关系关系(图图9.2)。当分割岩体的软弱结构面直立时，基础下岩体内的应力集。当分割岩体的软弱结构面直立时，基础下岩体内的应力集中程度最高，应力与形变区延展的深度也最大中程度最高，应力与形变区延展的深度也最大(图图9.2(a)。当软弱结构面。当软弱结构面倾斜产出时，地基内往往有两个高值最大主应力方向，顺沿软弱结构面倾斜产出时，地基内往往有两个高值最大主应力方向，顺沿软弱结构面的方向
8、，应力集中程度较高，垂直软弱结构面的方向次之，且两者相对的方向，应力集中程度较高，垂直软弱结构面的方向次之，且两者相对大小随软弱结构面的陡缓而异大小随软弱结构面的陡缓而异(图图9.2(b)。当软弱结构面近水平分布时，。当软弱结构面近水平分布时，基础下的应力集中程度则相对较低，如图基础下的应力集中程度则相对较低，如图9.2(c)所示。所示。 图图9.2 条形基础下地基内的应力分布条形基础下地基内的应力分布(a)均质地基；均质地基；(b)各向异性的陡立层状岩石地基；各向异性的陡立层状岩石地基；(c)各向异性的倾斜层状岩石地基各向异性的倾斜层状岩石地基 2斜向荷载作用下地基内的应力分布斜向荷载作用下
9、地基内的应力分布 各类挡水建筑物的地基所承受的都是斜向荷载。它实际上是各类挡水建筑物的地基所承受的都是斜向荷载。它实际上是垂直荷载与水平荷载两者合成的结果。垂直荷载与水平荷载两者合成的结果。 一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布，即在上游一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布，即在上游坝趾处垂直荷载为零，然后线性增大，至下游坝趾处达最大值坝趾处垂直荷载为零，然后线性增大，至下游坝趾处达最大值(图图9.3(a)。垂直荷载的这种三角形分布，是坝重及库水推力所造成。垂直荷载的这种三角形分布，是坝重及库水推力所造成的力偶共同作用的结果。的力偶共同作用的结果。图图9.3 计算岩石坝基内应力的简
10、化方法计算岩石坝基内应力的简化方法 按上述原理，首先求解三角形分布的条形垂直荷载在地基内任意点按上述原理，首先求解三角形分布的条形垂直荷载在地基内任意点P处处(图图 9.3(a)所所引起的各项应力成分，得引起的各项应力成分，得 12222tanzB z xBPB zxBxzB xzxB (9.3) 221222222lgtanxB z xBzxBPB zzxBxzxzB xxxB (9.4) 1222tanxzPB zB zBxzB xxB (9.5) 同理，可求出三角形分布的条形水平荷载在尸点所引起的各项应力成同理，可求出三角形分布的条形水平荷载在尸点所引起的各项应力成分分(图图 9.3(b
11、)，得，得 12222tanzq zB zB zBxzB xzxB (9.6) 22212222223tan2lgxzxBqB zB zzBxBxzB xxzzxB (9.7) 221222222lgtanxzB z xBzxBqB zzxBxzxzB xzxB (9.8) 将上述各相应应力成分叠加，即得地基内任意点将上述各相应应力成分叠加，即得地基内任意点 P 处的附加总应力，即处的附加总应力，即 zzz （9.9） xxx （9.10） xzxzxz （9.11） 对于岩石坝基来说，由于岩体的抗压强度通常都很高，一般不会出现因对于岩石坝基来说，由于岩体的抗压强度通常都很高，一般不会出现因压
12、力过大而强度不足的问题，但对拉应力的作用则特别敏感。所以，对地基压力过大而强度不足的问题，但对拉应力的作用则特别敏感。所以，对地基内水平应力中的拉应力的分布情况，远比对垂直压应力内水平应力中的拉应力的分布情况，远比对垂直压应力z的分布情况更感兴的分布情况更感兴趣。为了阐明坝基内水平拉应力的分布，首先根据式（趣。为了阐明坝基内水平拉应力的分布，首先根据式（9.4）和（）和（9.7）分别画）分别画出由垂直荷载及水平荷载在地基内的不同高程上引起的水平内力出由垂直荷载及水平荷载在地基内的不同高程上引起的水平内力x和和x的的分布图解，如图分布图解，如图 9.4 和图和图 9.5 所示。合成上述两个图解即
13、得图所示。合成上述两个图解即得图 9.6 所示的总水所示的总水平拉应力的分布图。平拉应力的分布图。 从图从图 9.6 中可以看出， 在坝上游面附近的坝基上部， 存在一个水平拉应力中可以看出， 在坝上游面附近的坝基上部， 存在一个水平拉应力分布区。工程实践表明，该水平拉应力区的存在对坝基变形、破坏的发展有分布区。工程实践表明，该水平拉应力区的存在对坝基变形、破坏的发展有很大的影响。很大的影响。 图图9.4 由垂直的三角形荷载引起的由垂直的三角形荷载引起的水平应力水平应力 的分布的分布 x图图9.5由水平的三角形荷载引起的由水平的三角形荷载引起的水平应力水平应力 的分布的分布 x图图9.6 重力坝
14、坝基内水平拉应力区的分布重力坝坝基内水平拉应力区的分布9.2 9.2 岩基变形与沉降计算岩基变形与沉降计算 对于许多岩石地基工程而言，可以将岩石看作是一种各向同性的弹对于许多岩石地基工程而言，可以将岩石看作是一种各向同性的弹性材料；当有上部建筑物荷载作用时，地基沉降瞬时完成，即没有时间性材料；当有上部建筑物荷载作用时，地基沉降瞬时完成，即没有时间效应。在这种条件下，可以利用弹性理论计算地基的沉降值。根据完整效应。在这种条件下，可以利用弹性理论计算地基的沉降值。根据完整岩石和结构面的性质，可以将岩石地基的沉降分为以下三种类型：岩石和结构面的性质，可以将岩石地基的沉降分为以下三种类型： （1）由岩
15、石本身的变形、结构面的闭合与变形以及少数黏土夹层的）由岩石本身的变形、结构面的闭合与变形以及少数黏土夹层的压缩三个部分组合形成的地基沉降。当地基岩体比较完整、坚硬，且含压缩三个部分组合形成的地基沉降。当地基岩体比较完整、坚硬，且含有的黏土夹层较薄时有的黏土夹层较薄时(小于几个毫米小于几个毫米)，则可以认为其沉降是弹性的，也，则可以认为其沉降是弹性的，也就是说可以利用弹性理论计算地基沉降值。这种方法的适用范围包括均就是说可以利用弹性理论计算地基沉降值。这种方法的适用范围包括均质、各向同性岩石地基，成层岩石地基和横观各向同性岩石地基。质、各向同性岩石地基，成层岩石地基和横观各向同性岩石地基。 （2
16、）由于岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。绝大多数这）由于岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。绝大多数这种情况发生在基础位于岩石边坡顶部，且边坡岩体中存在潜在滑动的块种情况发生在基础位于岩石边坡顶部，且边坡岩体中存在潜在滑动的块体。体。 （3）与时间有关的地基沉降。这种沉降主要发生在软弱岩石地基和）与时间有关的地基沉降。这种沉降主要发生在软弱岩石地基和脆性岩石地基中；当地基岩体包含有一定厚度的黏土夹层时，也会有此脆性岩石地基中；当地基岩体包含有一定厚度的黏土夹层时，也会有此类沉降发生。类沉降发生。 9.2.1 9.2.1 弹性岩石地基弹性岩石地基利用弹性理论可以计算几种不同地质条件下的
17、岩石地基沉降，这些地质条利用弹性理论可以计算几种不同地质条件下的岩石地基沉降，这些地质条件包括均质、各向同性岩石地基、成层岩石地基和横观各向同性岩石地基。利件包括均质、各向同性岩石地基、成层岩石地基和横观各向同性岩石地基。利用下面介绍的方法计算岩石地基的沉降值时，建议进行敏感性分析以了解岩层用下面介绍的方法计算岩石地基的沉降值时，建议进行敏感性分析以了解岩层的分布情况和岩体的弹性参数对结果的影响。的分布情况和岩体的弹性参数对结果的影响。 （1）均质、各向同性岩石地基）均质、各向同性岩石地基 在被假定为均质、各向同性的岩石地基中，其地基沉降值可以通过简单地在被假定为均质、各向同性的岩石地基中，其
18、地基沉降值可以通过简单地利用弹性理论计算得到。对于圆形和矩形基础，均布荷载作用下地基的沉降值利用弹性理论计算得到。对于圆形和矩形基础，均布荷载作用下地基的沉降值可以通过下式可以通过下式(9.12)计算：计算： 2(1)dvC qBE (9.12) 式中，式中，q为为均布的基底压力；均布的基底压力；B 为基础尺寸参数，圆形基础为其直径，矩形基为基础尺寸参数，圆形基础为其直径，矩形基础为其宽度；础为其宽度；dC为为与基础形状和计算位置相关的沉降计算系数， 具体取值见表与基础形状和计算位置相关的沉降计算系数， 具体取值见表9.1；E、为为地基岩体的变形模量和泊松比。地基岩体的变形模量和泊松比。 表表
19、9.1 基础形状和计算位置相关的沉降计算系数基础形状和计算位置相关的沉降计算系数 （2）成层岩石地基）成层岩石地基 在成层岩石地基中，当上层岩石的厚度较小时，同样可以利用上述的弹性在成层岩石地基中，当上层岩石的厚度较小时，同样可以利用上述的弹性方法计算地基沉降值。下面介绍几种典型的成层岩石地基的沉降计算方法。方法计算地基沉降值。下面介绍几种典型的成层岩石地基的沉降计算方法。 第一种情形如图第一种情形如图 9.7(b)所示，即上层地基岩体为可压缩性岩层，且下有刚所示，即上层地基岩体为可压缩性岩层，且下有刚性岩层的情形。这种情形的沉降计算相当于可压缩范围有限均质、各向同性岩性岩层的情形。这种情形的
20、沉降计算相当于可压缩范围有限均质、各向同性岩石地基的沉降计算，即同样地可以利用式石地基的沉降计算，即同样地可以利用式(9.12)来进行计算，只是需要对沉降计来进行计算，只是需要对沉降计算系数算系数dC进行适当修正。进行适当修正。 第二种情形如图第二种情形如图 9.7(c)所示， 即在较为坚硬的地基岩体中存在有厚所示， 即在较为坚硬的地基岩体中存在有厚度不大的度不大的可压缩夹层的情形。这种情形的沉降计算假定可压缩夹层以下的岩体为刚性，可压缩夹层的情形。这种情形的沉降计算假定可压缩夹层以下的岩体为刚性，且无限延伸，即总的沉降是由可压缩夹层及其以上岩体的压缩量组合形成的。且无限延伸，即总的沉降是由可
21、压缩夹层及其以上岩体的压缩量组合形成的。因此，同样可以利用上述第一种情形的方法计算地基沉降值，只是需要将公式因此，同样可以利用上述第一种情形的方法计算地基沉降值，只是需要将公式中的弹性常数折算为加权平均值，查表中的弹性常数折算为加权平均值，查表 9.2 过程中过程中H为两层岩体的厚度之和为两层岩体的厚度之和(12HH)。 第三种情形如图第三种情形如图 9.7(d)所示，即上部为刚性岩层，下部可压缩性岩层厚度所示，即上部为刚性岩层，下部可压缩性岩层厚度很大，可认为无限延伸的情形。这种情形的地基沉降计算可以通过对全部由可很大，可认为无限延伸的情形。这种情形的地基沉降计算可以通过对全部由可压缩性岩层
22、构成的地基沉降值进行折减求得，计算公式如下：压缩性岩层构成的地基沉降值进行折减求得，计算公式如下： va (9.13) 图图9.7 不同地质条件下岩石地基的沉降计算不同地质条件下岩石地基的沉降计算(a)均质、各向同性；均质、各向同性；(b)可压缩性岩层下卧有刚性岩层；可压缩性岩层下卧有刚性岩层；(c)坚硬的地基岩体中有厚度不大的可压缩夹层；坚硬的地基岩体中有厚度不大的可压缩夹层；(d)上部为刚性岩层下部为可压缩性岩层；上部为刚性岩层下部为可压缩性岩层；(e)倾斜岩层；（倾斜岩层；（f）横观各向同性岩石）横观各向同性岩石 表表9.2 基础形状和计算位置相关的沉降计算系数基础形状和计算位置相关的沉
23、降计算系数 9.2.2 9.2.2 横观各向同性岩石地基横观各向同性岩石地基对于弹性的横观各向同性岩石地基，可以利用对于弹性的横观各向同性岩石地基，可以利用 Genard 和和 Harrison(1970)、Kulhawy 和和 goodman(1980)提供的公式计算沉降值。这些公式适用于圆形基础下横提供的公式计算沉降值。这些公式适用于圆形基础下横观各向同性岩石地基的沉降计算，且要求基础荷载方向与基础底面垂直。横观各向观各向同性岩石地基的沉降计算，且要求基础荷载方向与基础底面垂直。横观各向同性岩石的弹性参数包括竖向的、水平的变形模量同性岩石的弹性参数包括竖向的、水平的变形模量zE和和hE，竖
24、向和水平向之间的，竖向和水平向之间的剪变模量剪变模量hzG，水平应力引起竖向应变的泊松比水平应力引起竖向应变的泊松比zh和和竖向应力引起水平应变的泊竖向应力引起水平应变的泊松比松比zh。 地基沉降地基沉降z的计算公式根据系数的计算公式根据系数2的取值不同有以下三个表达式：的取值不同有以下三个表达式： 当当20 时，时，2222()()2() () hzzhzQ cGde erGcd ecd e (9.14a) 当当2H时，时，02rB； 当当BH时，时，1 22201.60.6752BrHH 在应用上述公式过程中，还需注意一个问题，那就是上层岩体圆形受力区域的半径在应用上述公式过程中，还需注意
25、一个问题，那就是上层岩体圆形受力区域的半径r的取值问题。对的取值问题。对r进行的敏感性分析表明，随着进行的敏感性分析表明，随着r的增大，岩体中的拉应力也将的增大，岩体中的拉应力也将不断增大。不断增大。 9.3.8 9.3.8 岩溶地基承载力岩溶地基承载力 由于岩溶地区工程地质条件的复杂性，其基础工程设计极具由于岩溶地区工程地质条件的复杂性，其基础工程设计极具挑战性。在岩溶地区发生过不少地基失效的工程事故，这些事故挑战性。在岩溶地区发生过不少地基失效的工程事故，这些事故发生的原因主要有两个方面，一是在工程选址阶段没有探查到地发生的原因主要有两个方面，一是在工程选址阶段没有探查到地基范围内的洞穴，
26、地基设计没有考虑洞穴的影响；二是没有充分基范围内的洞穴，地基设计没有考虑洞穴的影响；二是没有充分考虑到洞穴对地基承载力和沉降的影响。因此，相应地，岩溶地考虑到洞穴对地基承载力和沉降的影响。因此，相应地，岩溶地区成功的基础工程设计应该充分考虑到上述两个方面的原因。首区成功的基础工程设计应该充分考虑到上述两个方面的原因。首先，必须查清洞穴所在的位置，工程能避开的话尽量避开；其次，先，必须查清洞穴所在的位置，工程能避开的话尽量避开；其次，确实不能避开时，应该确定存在洞穴时岩溶地基的承载力，当承确实不能避开时，应该确定存在洞穴时岩溶地基的承载力，当承载力不足时，则采取一些有效的工程措施进行治理。载力不
27、足时，则采取一些有效的工程措施进行治理。 岩溶地基稳定性评价，是指通过勘察查明建筑场地的岩溶发岩溶地基稳定性评价，是指通过勘察查明建筑场地的岩溶发育和分布特征，在此基础上合理地进行建筑场地选择。图育和分布特征，在此基础上合理地进行建筑场地选择。图9.14给给出了岩溶地基上的一系列梁板跨越式基础。出了岩溶地基上的一系列梁板跨越式基础。 也可以利用换填法治理岩溶地基。也可以利用换填法治理岩溶地基。 还可以利用强夯法提高岩溶地基的承载力，这种方法主要适还可以利用强夯法提高岩溶地基的承载力，这种方法主要适用于洞穴垂直高度有限的岩溶地基。用于洞穴垂直高度有限的岩溶地基。 对于规模较大的洞穴，还可以利用桩
28、基础进行处理。对于规模较大的洞穴，还可以利用桩基础进行处理。 图图9.14 岩溶地基的治理措施岩溶地基的治理措施 9.4 9.4 岩基的抗滑稳定分析岩基的抗滑稳定分析 当岩基受到有水平方向荷载作用后，由于岩体中存在节理及软当岩基受到有水平方向荷载作用后，由于岩体中存在节理及软弱夹层，因而增加了岩基滑动的可能。实践表明，坚硬岩基滑动破弱夹层，因而增加了岩基滑动的可能。实践表明，坚硬岩基滑动破坏的形式不同于松软地基。前者的破坏往往受到岩体中的节理、裂坏的形式不同于松软地基。前者的破坏往往受到岩体中的节理、裂隙、断层破碎带以及软弱结构面的空间方位及其相互间的组合形态隙、断层破碎带以及软弱结构面的空间
29、方位及其相互间的组合形态所控制。由于岩基中天然岩体的强度，主要取决于岩体中各软弱结所控制。由于岩基中天然岩体的强度，主要取决于岩体中各软弱结构面的分布情况及其组合形式，而不决定于个别岩石块体的极限强构面的分布情况及其组合形式，而不决定于个别岩石块体的极限强度。因此，在探讨坝基的强度与稳定性时首先应当查明岩基中的各度。因此，在探讨坝基的强度与稳定性时首先应当查明岩基中的各种结构面与软弱夹层位置、方向、性质，以及搞清它们在滑移过程种结构面与软弱夹层位置、方向、性质，以及搞清它们在滑移过程中所起的作用。中所起的作用。 根据过去岩基失事的经验以及室内模型试验的情况来看，大坝根据过去岩基失事的经验以及室
30、内模型试验的情况来看，大坝失稳形式主要有两种情况：第一种情况是岩基中的岩体强度远远大失稳形式主要有两种情况：第一种情况是岩基中的岩体强度远远大于坝体混凝土强度，同时岩体坚固完整且无显著的软弱结构面。这于坝体混凝土强度，同时岩体坚固完整且无显著的软弱结构面。这时大坝的失稳多半是沿坝体与岩基接触处产生，这种破坏形式称为时大坝的失稳多半是沿坝体与岩基接触处产生，这种破坏形式称为表层滑动破坏。第二种情况是在岩基内部存在着节理、裂隙和软弱表层滑动破坏。第二种情况是在岩基内部存在着节理、裂隙和软弱夹层，或者存在着其他不利于稳定的结构面。在此情况下岩基容易夹层，或者存在着其他不利于稳定的结构面。在此情况下岩
31、基容易产生深层滑动。除了上述两种破坏形式之外，有时还会产生所谓混产生深层滑动。除了上述两种破坏形式之外，有时还会产生所谓混合滑动的破坏形式。合滑动的破坏形式。 目前评价岩基抗滑稳定，一般仍采用稳定系数分析法。目前评价岩基抗滑稳定，一般仍采用稳定系数分析法。 9.4.1 9.4.1 坝基接触面或浅层的抗滑稳定坝基接触面或浅层的抗滑稳定( (图图9.15) ) 稳定系数稳定系数sK为为 0sfVKH (9.42) 式中，式中，V为垂为垂直作用力之和，包括坝基水压力直作用力之和，包括坝基水压力(扬压力扬压力)；H为为水平作用力之和；水平作用力之和；0f为为摩擦系数。在水工中，是将潮湿岩体的平面置于倾
32、斜面上求得，一般为摩擦系数。在水工中，是将潮湿岩体的平面置于倾斜面上求得，一般为 0.60.8 。 上式没有考虑坝基与岩面间的黏聚力。而且由于基础与岩面的上式没有考虑坝基与岩面间的黏聚力。而且由于基础与岩面的接触往往造成台阶接触往往造成台阶状，并用砂浆与基础黏结。因而接触面上的抗剪强度状，并用砂浆与基础黏结。因而接触面上的抗剪强度可采用库仑方程可采用库仑方程00f，则则 00sAfVKH (9.43) 式中，式中，为正应力；为正应力；0为接触面上的黏聚力或混凝土与岩石间的黏聚力；为接触面上的黏聚力或混凝土与岩石间的黏聚力；A 为底面积。为底面积。 近年来在一些文献中，考虑到坝基剪应力的变化幅度
33、较大近年来在一些文献中，考虑到坝基剪应力的变化幅度较大而将上式改写为：而将上式改写为： 00sAfVKH (9.44) max/m代表平均剪应力与在下游坝址最大应力之比，一般采用代表平均剪应力与在下游坝址最大应力之比，一般采用 0.5。 图图9.15 坝基接触面或浅层的抗滑计算坝基接触面或浅层的抗滑计算 9.4.2 9.4.2 岩基深层的抗滑稳定岩基深层的抗滑稳定图图7-16单斜面的深层滑动单斜面的深层滑动(a)滑面倾向上游；滑面倾向上游；(b)滑面倾向下游滑面倾向下游 （1）单斜滑移面倾向上游）单斜滑移面倾向上游(图图 9.16(a) 0cossincossinsfVUHCLKHV (9.4
34、5) 当坝底扬压力当坝底扬压力0U 和黏聚力和黏聚力0C 时，则时，则 0cossincossinsfVHKHV (9.46) （2）单斜滑移面倾向下游）单斜滑移面倾向下游(图图 9.16(b) 0cossincossinsfVUHCLKHV (9.47) （3）双斜滑移面）双斜滑移面(图图 9.17) 在这种双斜滑移面形式下， 计算抗滑稳定时将双斜滑移面所构成的楔体在这种双斜滑移面形式下， 计算抗滑稳定时将双斜滑移面所构成的楔体? ABC划分为二个楔体，即划分为二个楔体，即ABD及及BCD。这时，。这时，ABD是属于单斜滑移面向下游的是属于单斜滑移面向下游的模型。为了抵抗其下滑，可用抗力模型
35、。为了抵抗其下滑，可用抗力R将其支撑。而将其支撑。而BCD则属于滑移面倾向下游则属于滑移面倾向下游的模型。它受到楔体的模型。它受到楔体ABD向下滑移的推力，即向下滑移的推力，即R的推力。按照力的平衡原理，的推力。按照力的平衡原理，我们可求出我们可求出ABD的的R抗力抗力 1111(cossin)()(sincos)cossin()HfVVfRf (9.48) ABD楔体抗滑稳定的稳定系数楔体抗滑稳定的稳定系数sK为为 222 sin()coscos()sinsf RVKRV (9.49) 式中，式中，1f、2f为为 AB 及及 BC 滑面上的摩擦系数；滑面上的摩擦系数；为岩石的内摩擦角。为岩石
36、的内摩擦角。 图图9.17 双斜面的深层滑动双斜面的深层滑动 9.5 9.5 岩基的加固岩基的加固 建建(构构)筑物的地基，长期埋藏于地下，在整个地质历史中，筑物的地基，长期埋藏于地下，在整个地质历史中，它遭受了地壳变动的影响，使岩体存在着褶皱、破裂和折断等现它遭受了地壳变动的影响，使岩体存在着褶皱、破裂和折断等现象，直接影响到建象，直接影响到建(构构)筑物地基的选用。对于要求高的建筑物地基的选用。对于要求高的建(构构)筑物筑物来说，首先在选址时就应该尽量避开构造破碎带、断层、软弱夹来说，首先在选址时就应该尽量避开构造破碎带、断层、软弱夹层、节理裂隙密集带、溶洞发育等地段，将建层、节理裂隙密集
37、带、溶洞发育等地段，将建(构构)筑物选在最良筑物选在最良好的岩基上。但实际上，任何地区都难找到十分完美的地质条件，好的岩基上。但实际上，任何地区都难找到十分完美的地质条件，多少存在着这样或那样的缺陷。因此，一般的岩基都需要有一定多少存在着这样或那样的缺陷。因此，一般的岩基都需要有一定的人工处理，方能确保建的人工处理，方能确保建(构构)筑物的安全。筑物的安全。 处理过的岩基应该达到如下的要求：处理过的岩基应该达到如下的要求： （1）地基的岩体应具有均一的弹性模量和足够的抗压强度。）地基的岩体应具有均一的弹性模量和足够的抗压强度。尽量减少建尽量减少建(构构)筑物修建后的绝对沉降量。要注意减少地基各
38、部筑物修建后的绝对沉降量。要注意减少地基各部位间出现的拉应力和应力集中现象，使建筑物不致遭受倾覆、滑位间出现的拉应力和应力集中现象，使建筑物不致遭受倾覆、滑动和断裂等威胁。动和断裂等威胁。 （2）建）建(构构)筑物的基础与地基之间要保证结合紧密，有足够筑物的基础与地基之间要保证结合紧密，有足够的抗剪强度，使建的抗剪强度，使建(构构)筑物不致因承受水压力、土压力、地震力筑物不致因承受水压力、土压力、地震力或其他推力，沿着某些抗剪强度低的软弱结构面滑动。或其他推力，沿着某些抗剪强度低的软弱结构面滑动。 （3）如为坝基，则要求有足够的抗渗能力，使库体蓄水后不）如为坝基，则要求有足够的抗渗能力，使库体
39、蓄水后不致产生大量渗漏，避免增高坝基扬压力和恶化地质条件，导致坝致产生大量渗漏，避免增高坝基扬压力和恶化地质条件，导致坝基不稳。基不稳。 为了达到上述的要求，一般采用如下处理方法：为了达到上述的要求，一般采用如下处理方法： （1）当岩基内有断层或软弱带或局部破碎带时，则需将破碎）当岩基内有断层或软弱带或局部破碎带时，则需将破碎或软弱部分，采用挖、掏、填或软弱部分，采用挖、掏、填(回填混凝土回填混凝土)的处理。的处理。 （2）改善岩基的强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体的整）改善岩基的强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体的整体性，提高岩基的承载能力，达到防止或减少不均匀沉降的目的。体性，提高岩基的
40、承载能力，达到防止或减少不均匀沉降的目的。固结灌浆是处理岩基表层裂隙的最好方法，它可使基岩的整体弹固结灌浆是处理岩基表层裂隙的最好方法，它可使基岩的整体弹性模量提高性模量提高12倍，对加固岩基有显著的作用。倍，对加固岩基有显著的作用。 （3）增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的）增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度。力学强度。 （4）如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，）如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使
41、坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。帷幕灌浆一般用水泥浆或黏土浆灌注，有时也用热管涌等现象。帷幕灌浆一般用水泥浆或黏土浆灌注，有时也用热沥青灌注。沥青灌注。 （5）开挖和回填是处理岩基的最常用方法，对断层破碎带、）开挖和回填是处理岩基的最常用方法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化等较为有效。若其位于表层，一般采用明挖，软弱夹层、带状风化等较为有效。若其位于表层，一般采用明挖，局部的用槽挖或洞挖等，务必使基础位于比较完整的坚硬岩体上。局部的用槽挖或洞挖等，务必使基础位于比较完整的坚硬岩体上。如遇破碎带不宽的小断层，可采用如遇破碎带
42、不宽的小断层，可采用“搭桥搭桥的方法，以跨过破碎的方法，以跨过破碎带。对一般张开裂隙的处理，可沿裂隙凿成宽缝，用键槽回填混带。对一般张开裂隙的处理，可沿裂隙凿成宽缝，用键槽回填混凝土。凝土。 复习思考题复习思考题 9.1 岩石地基工程有哪些特征？岩石地基工程有哪些特征？9.2 岩石地基设计应满足哪些原则？岩石地基设计应满足哪些原则？9.3 岩石地基上常用的基础型式有哪几种？地基破坏模式有哪些？岩石地基上常用的基础型式有哪几种？地基破坏模式有哪些？9.4 确定岩石地基中应力分布的意义是什么？确定岩石地基中应力分布的意义是什么？9.5 根据完整岩石和结构面的性质，可以将岩石地基的沉降分为哪三根据完整岩石和结构面的性质，可以将岩石地基的沉降分为哪三种类型？种类型？9.6 岩石地基承载力的确定应考虑哪些因素？主要有哪几种方法？岩石地基承载力的确定应考虑哪些因素？主要有哪几种方法？9.7 岩石地基加固常用的方法有哪些？岩石地基加固常用的方法有哪些？
