关于土质地基与岩石地基的承载力问题

引用 ljmtidilgw 2011-4-3 14:46

土和岩石的情况差别很大
理论上有差别,实践上更是不能照搬土的东西到另一个岩石的东西
土的承载力存在深度校正, 垂直应力和水平应力一般接近或相等
岩石的垂直应力和水平应力差别很大,中国大部分地区是水平地应力是垂直地应力的2-3倍

引用 cd1117 2011-4-3 15:16

版主说的极是，但问题的实质究竟是什么呢？能否细说一二？

引用 ljmtidilgw 2011-4-3 19:10

岩石的确切地说，承载力变化很大，同样的岩石，全风化、强风化、弱风化和新鲜状态都是天壤之别，可以是500kPa，也可以是10MPa。因此，一定要判断岩石的进一步分类。当然，比较好的是按照岩体质量分类比风化分类更科学。
差的岩石和很硬的土的承载力比较接近，即所谓的岩石-土过渡。如全风化岩石或V类岩体和坚硬的土性状和强度指标比较接近，当然承载力也比较接近。
当岩石条件变好，岩石很坚硬、节理裂隙发育少，那么岩石的拱效应比土拱效应要强很多，当然承载力和模量比土也高很多。您可以在好岩石里打5米直径的洞不支护，您根本不可能在土里打5米的洞不支护。
那么岩石好的时候强度很高、拱效应很强，深度效应相对没有多大意义，尽管承载力计算您也可以考虑深度效应（如传统的承载力计算公式），但其贡献相对其它参数是毛毛雨！
极限承载力按照：
岩石极限承载力Qult
Q极限=5 - 6qu  （qu=UCS无侧限抗压强度）
无侧限抗压强度qu=2Cu 不排水抗剪强度
Q极限承载力=5.14Cu

引用 ljmtidilgw 2011-4-3 19:25

建议楼主看看这个帖子。
岩土各类力学参数估算、计算转换、野外技巧大全

引用 ljmtidilgw 2011-4-3 19:27

这个深度效应类似大家熟悉的土的有效应力，在岩石里，很少有人研究岩石的有效应力。

引用 cd1117 2011-4-3 20:06

专家就是专家，渊博，说的极是！
深度效应和拱效应是一个方面，从地基岩土的破坏机理方面还有什么不一样吗？

引用 牧马人 2011-4-4 01:02

土力学把岩石和土都当作材料看待，原因自然就在于土和岩石的性质不同。土是具有弹塑性的材料，其破坏是剪切破坏；而岩石是脆性材料，其破坏是破裂破坏。这就是土力学的观点。其实土力学由于脱离了岩土成因这个根本，所以存在不少重大问题，甚至产生误导。例如：不但不同土质的土体，其弹塑性存在一定差异，甚至很大的差异，即使是同一类土体，其弹塑性也存在一定差异。例如碎石土和粘土的工程性能差别极大；又如有的岩石（泥岩）又具有弹塑性而并无脆性，或者既具有一定的弹塑性.又具有一定的脆性等等。

引用 cd1117 2011-4-4 10:44

嗯，牧马人专家说到破坏了！土是散体材料看，具有弹塑性，构成地基时，当承受不了上部荷载时，其破坏是剪切破坏，其破裂面的产生自然与深度及能延伸到地面多大范围（宽度）有关；而岩石是脆性材料，当其作为地基承受上部荷载时，其破坏是破裂破坏，能否分析一下为什么岩石作为地基基础持力层时，发生破裂破坏时与深度及宽度无关呢？

引用 cd1117 2011-4-4 12:50

能否这样理解：土中应力传递是扩散的.其变形分两个阶段：1.弹性压缩阶段.2.塑性剪切阶段.因此其承载能力大小受三个因素影响：一.土夲身抗剪强度.二.侧限.三.受力体积（因为体积越大.所需破坏路径越长）.因此土对荷载的承受能力除土夲身强度贡献外，尚有很大一部分决定于侧限及体积.因此.需进行深宽修正.当然、基础宽度越大，相应变形亦可能越大.因此.宽度修正应慎重.以6m为限.反观岩石.其受力变形机理完全不同.相当于刚性构件.无塑性变形.只要荷载达到其强度峰值.不管环境如何.恐必会破坏.

引用 ljmtidilgw 2011-4-6 21:45

Hoek 在2002年提出的以下Hoek&Brown经验岩石破坏准则可以给您一些解释,当然我们也都清楚同样的材料当侧限压力增大,材料的抗剪强度也增大.
σ1'=σ3'+σc*(m*σ3'/σc+s)^a

引用 Fle_Flo 2011-4-6 23:41

本帖最后由 Fle_Flo 于 2011-4-7 00:05 编辑

    1.牧马人专家说：“土是具有弹塑性的材料，其破坏是剪切破坏；而岩石是脆性材料，其破坏是破裂破坏。”其实是说力学里面的“屈服准则”，或者说“强度理论”问题。这是力学研究的重点，也是一个前沿问题。正因为有很多难以确定，才成为重点和前沿。
    对于土来说，一般公认它符合摩尔－库伦强度理论，就是用c、φ来描述。
    对于岩石等脆性材料，一般认为符合第一强度理论，或Mises屈服准则，但也有用c、φ来描述的。有条件时，Hoek-Brown屈服准则更好。对于岩体裂隙、节理面等通常仍用摩尔－库伦强度来描述。
    就现在的认识深度而言，是不是用c、φ来描述岩体并不十分关键。因为认识深度不够，说不清楚，想关键也关键不起来。
    但不管是用摩尔－库伦，还是霍克－布朗，都是与周围的应力条件相关的，理论上也就与深度有关了。
2.正如ljmtidilgw 大版所言，岩体的重点在于结构面的复杂性和初始应力场的复杂性。我想，就当下而言，弄清楚这些，比弄清楚强度理论更重要。

引用 牧马人 2011-4-7 01:41

关于这个问题，我在另一个帖子《桩基规范表5.3.5-2疑问》里已经述及，虽然那个帖子是谈桩基，实际上也是这个问题的答案。如下：
“我不知道你注意到没有，表5.3.5-2中所列出的“桩的端阻力与桩长有关”的部分，都是土体，也就是说桩的极限端阻力随桩长增大的现象只发生在土质地基中，该表的最后岩质地基中则没有这种现象，为什么？这和土体中桩的端阻力破坏模式有关。土体中的桩在受荷以后，桩端土体随荷载增量向桩端两侧挤出，从塑性变形发展到剪切变形而破坏。
根据经典的单桩端阻力极限平衡理论计算模式，土质地基中桩端平面以上的土的重量将作用于被动剪切区的滑动面上，使抵抗剪切滑动的抗力增大，桩的入土深度越大，剪切抗力增量越大，极限端阻力也就越大。这就是土质地基中桩长与极限端阻力的关系，或者说桩的入土深度越大，桩的极限端阻力也就越大。
如果通俗一点说就是：桩的入土深度越大，压在桩侧上的上覆土体越厚，重量越大，桩底的土体就越不容易发生向桩底两侧挤出变形，所以桩的入土深度越大，桩的极限端阻力也就越大."
那么换成别的基础形式，其原理也是相同的。

引用 Fle_Flo 2011-4-7 12:43

本帖最后由 Fle_Flo 于 2011-4-7 12:47 编辑

1.《建筑地基基础设计规范》承载力一节中，关于土的几种方法都有摩尔-库伦理论做为依据。唯有岩石的一条，更倾向于经验。这说明人们对岩石基础的破坏形态并没有足够的认识，远远达不到像对土那样“心里还有点底”。
2.看条文说明中的这两句：
（1）“第一，抗压强度试验时，岩石试件处于无侧限的单轴受力状态；而地基承载力则处于有围压的三轴应力状态。如果地基是完整的，则后者远远高于前者。”这句正说明，规范编者也不否认地应力状态对承载力是有影响的。
（2）“经试算和与已有的经验对比，条文给出的折减系数是安全的。”这句正说明，岩石承载力的这种确定方法是出于理论认识不足的无奈，所以只能保证是安全的。
3.关于岩石的“脆性破裂”我想说的是，脆性材料在受压时，出现和压力方向相同的裂纹，即横向开裂（拉裂），是在小围压条件下才会发生的。当埋于地基深处，受较大三向应力时，这种破坏是不会出现的。正如上面条文说明所说：无侧限和三轴状态是有区别的。但这种区别，并不是说两种条件下屈服准则不同，人们追求的恰恰是用同一个屈服准则来统一说明两种看似不同的情况，即去揭示表象下的力学本质。

引用 ljmtidilgw 2011-4-7 22:45

牧马人专家和Fle_Flo高手的发言很精彩，不看不行！

单轴抗压或无侧限抗压UCS给出的岩石指标一般比较保守，实际一般有侧限，那么岩石强度会增加很多。

很有意思，一般我们做岩石试验最普通的是点荷载（Is）和单轴抗压（UCS），通常换算是UCS=20*Is
有人用点荷载（Is）值代表岩石的抗拉强度 - 说点荷载试验机理和抗拉强度很有关系！也就是说抗压是抗拉的20倍！当然，这个只是一种很简单的关系，实际情况很复杂。至少说明岩石抗拉强度远远小于抗压强度。

引用 xmgao9996 2011-4-10 23:10

学习了，谢谢！

引用 牧马人 2011-4-12 02:38

上面各位朋友都谈了不少看法，我再说说个人的认识，这是我从工程实践中积累的个人认识，不一定对。
上面的讨论，大部分都是从土力学的观点出发，而我认为这恰恰是土力学的尴尬。由于岩土条件的千变万化，而土力学的试验研究又十分有限，但面对日益增多的工程问题又不得不寻求出一些准则去解决，这些准则就不可避免地具有十分粗糙、概略的属性，往往不能细究，甚至产生错误。不同种类的岩土体；不同成因的同一种岩土体；不同成因、不同工程环境条件下的岩土体等等，都具有不同的工程特性，是不可能用同一个准则去衡量的。
上面说到的土体的弹塑性以及岩石的脆性，这只是一个粗略的属性，不可能细化，例如土体的宽深修正，在不同的地基组合，不同的含水条件，不同的荷载条件下，采用同一个公式计算，认真说是不合适的，但在目前的条件下，则无法细化。地应力、风化程度、风化特性、裂隙的组合、发育程度和发育方向、结构面状况等等条件都将对地基承载力、地基破坏方式产生影响。然而，对这些条件我们无法也不可能细化考虑，更不可能量化处理，只能概化处理或者不予考虑。所以采用土力学处理工程问题，很强调经验的作用，这这也是一种无奈。除此之外，研究岩土的成因对于我们处理岩土工程问题很有必要，我们可以通过查明岩土的成因去了解与掌握其工程特性，合理地解决岩土工程问题。

引用 aijun12321 2011-4-17 10:56

这么精彩的发言，学习了

引用 chisum9 2011-4-18 14:36

Learn something!

引用 ljmtidilgw 2011-4-19 21:46

以前搞过一个项目，勘察报告提交的土的参数大概如下：

粉质粘土:
硬塑 cu=70kPa, c'=5, φ'=28°
坚硬 Cu=100kPa, c'=10, φ'=29°

当时聪明了一把，没有给岩石的以上指标，只给了不同岩体类别的弹性模量、泊松比、允许承载力等参数。

好了，现在设计需要V类页岩、IV类页岩的以上参数，要进行挡土结构设计

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