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关于土质地基与岩石地基的承载力问题

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cd1117 发表于 2011-4-3 12:01:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
我们都知道,对于地基承载力,普遍的看法是:对土质地层而言,地基承载力与基础的宽度及埋置深度都有关系,这从土力学理论及现行规范中都可以看的出来;但对于岩石地基而言,却没有深入地细致阐述,好像只是给一个结论性的意见,即认为岩石地基与基础的宽度及埋置深度没有关系!(当然,随深度增加,岩石的结构和完整性均将变好,其承载力会增加,这是另一回事),现请大家讨论一下,这究竟是为什么呢?机理上有什么不一样呢?其问题的实质究竟在哪里呢?


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ljmtidilgw 发表于 2011-4-3 14:46:06 | 显示全部楼层
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

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 楼主| cd1117 发表于 2011-4-3 15:16:29 | 显示全部楼层
版主说的极是,但问题的实质究竟是什么呢?能否细说一二?

鲜花(279) 鸡蛋(4)
ljmtidilgw 发表于 2011-4-3 19:10:17 | 显示全部楼层
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

点评

Q极限承载力=5.14Cu ,个人感觉这个公式是针对淤泥等软弱土的计算公式,如果是可塑—硬塑的土,个人感觉5.14的系数较小  详情 回复 发表于 2012-11-15 15:54
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ljmtidilgw 发表于 2011-4-3 19:25:06 | 显示全部楼层
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

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ljmtidilgw 发表于 2011-4-3 19:27:19 | 显示全部楼层
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。

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 楼主| cd1117 发表于 2011-4-3 20:06:48 | 显示全部楼层
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?

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牧马人 发表于 2011-4-4 01:02:59 | 显示全部楼层
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。

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 楼主| cd1117 发表于 2011-4-4 10:44:21 | 显示全部楼层
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?

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 楼主| cd1117 发表于 2011-4-4 12:50:01 | 显示全部楼层
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.

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ljmtidilgw 发表于 2011-4-6 21:45:20 | 显示全部楼层
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

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Fle_Flo 发表于 2011-4-6 23:41:01 | 显示全部楼层
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。

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牧马人 发表于 2011-4-7 01:41:05 | 显示全部楼层
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。

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Fle_Flo 发表于 2011-4-7 12:43:22 | 显示全部楼层
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。

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ljmtidilgw 发表于 2011-4-7 22:45:59 | 显示全部楼层
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。
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xmgao9996 发表于 2011-4-10 23:10:50 | 显示全部楼层
学习了,谢谢!
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牧马人 发表于 2011-4-12 02:38:54 | 显示全部楼层
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。

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aijun12321 发表于 2011-4-17 10:56:36 | 显示全部楼层
这么精彩的发言,学习了
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chisum9 发表于 2011-4-18 14:36:04 | 显示全部楼层
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ljmtidilgw 发表于 2011-4-19 21:46:02 | 显示全部楼层
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

点评

页岩属于软岩,现场取样实验室做无侧限抗压非常困难,只能原位测试或按经验给出。5类页岩应该相当于花岗岩全风化吧,四类围岩相当于强风化吧?不过页岩或者泥岩五类和四类的区分也是比较困难的,因为页岩的风化带本身  详情 回复 发表于 2012-11-9 11:44
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ljmtidilgw 发表于 2011-4-19 21:51:56 | 显示全部楼层
记得去年一个总工人物曾经把我提交的一套岩石参数,类似V类岩石 Cu=0kPa, c'=20, φ'=30°,改成了
c'=100, φ'=17°,我很是不理解,因为他依靠的是Hoek-Brown破坏准则,在坏岩石里会把 φ'计算得很小。

这次是另外一个高级总工,比较适合我的口味,给了一套建议参数如下:
V类页岩 cu=0kPa, c'=20, φ'=30°,ka=0.33,kp=3,ko=0.5
IV类页岩 Cu=0kPa, c'=30, φ'=35°
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ljmtidilgw 发表于 2011-4-19 21:55:21 | 显示全部楼层
岩体参数比较混乱,有人给岩石参数 - 结果很大; 也有的给结构面参数 --结果很小!!!

以上参数考虑岩石和土的过渡,很坏的岩石和很硬的土应该性状接近。

但建议有条件最好做原位剪切试验,特别是涉及高边坡或大型岩石基坑开挖等重大工程。
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牧马人 发表于 2011-4-29 00:04:47 | 显示全部楼层
Fle_Flo 发表于 2011-4-7 12:43
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 ...

岩石地基虽然有围压,地基承载力很高,但当荷载超过其极限承载力时也会破坏,这种破坏是刺入破坏,而且是不可逆的永久性破坏。与土体破坏特性完全不同。另一方面我们不要忘了,部分岩石(例如泥、页岩)具有一定的弹塑性,有的地基破坏具有土质地基的特性,即也可能产生沉降破坏。
尽管在岩土工程中有大量岩体力学的研究成果,但是由于这些研究还是沿袭传统方法—把岩石当作材料看待,而不去过问其成因—这一错误的观点,所以仍然无法找到岩质地基特性的真谛,也就无法解决岩质地基的承载力问题。规范的编制也不得不沿袭老办法—根据大量的载荷试验成果来探索岩质地基的承载力问题,并且为了安全可靠,不得不采用最保守的安全系数,这就导致大量的地基资源浪费。我举几个例子,早在10年前我在一篇论文中就看到,南京市也是根据大量的载荷试验成果确定,岩质地基的承载力折减系数为0.4—0.8,这一取值同样引入了可靠度的考虑;如果各位稍微注意即可经常看到,根据现行规范计算出的地基承载力,远远低于我们的经验估值。例如在这里有一种T2g薄层白云岩,按照现行规范计算,其fa不会高于5000Kpa,但载荷试验结果,加载到7000Kpa仍然没有破坏,由于反力装置破坏而终止试验。
岩质地基承载力问题同样清楚的反映出传统岩土力学的尴尬和无能。所以我们只有在岩土工程中大力开展岩土成因的研究—沉积相、成岩作用和成土作用的研究,我们才能走出现有的困境,找到真正的出路。

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Fle_Flo 发表于 2011-4-29 22:37:11 | 显示全部楼层
这也是一个处理好共性与个性,平衡好经验主义与教条主义的问题。
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ljmtidilgw 发表于 2011-4-29 22:46:46 | 显示全部楼层
建议大家多研究下Hoek-Brown破坏准则。我搞国际工程时,我们作了很多野外大型抗剪,但德国专家仍要求使用Hoek-Brown破坏准则提交岩体力学参数。可见大家对其的认可!
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floyyz 发表于 2011-4-30 00:17:12 | 显示全部楼层
看高手们讨论,真长见识!
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牧马人 发表于 2011-4-30 00:19:59 | 显示全部楼层
超版可以介绍一下Hoek-Brown破坏准则吗?说实话,对这些东西我不关心,但了解也是应该的。你的知识丰富,多向你请教。
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楚八怪怪 发表于 2011-4-30 12:19:02 | 显示全部楼层
就楼主所提问,就事论事而言,非常赞赏牧马人专家的精彩回答。总觉得,岩土问题很多的时候,不是理论技术问题,而是方法论,是艺术。正是因为它的不确定性,要拿捏得分寸极好,需要高超艺术,而艺术的提升,领悟力很重要。
此问题的问问答答以及坛子里好些问题的问问答答非常精彩,其中牧马人、ljmtidilgw 、Fle_Flo等高手着实让人佩服,希望有人把他们整理一下,编成书,让更多的人收益!

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ljmtidilgw 发表于 2011-4-30 20:32:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2012-6-13 23:11 编辑
牧马人 发表于 2011-4-30 00:19
超版可以介绍一下Hoek-Brown破坏准则吗?说实话,对这些东西我不关心,但了解也是应该的。你的知识丰富,多 ...

专家客气!

如果有Hoek的中文版"实用岩石工程学"或"边坡工程",里面介绍很详细。不过,我经常用以下小软件计算,对于IV、III、II类岩体比较合适。

Roclab  - Hoek -Brown岩体力学参数计算-目前国际上公认的岩石参数处理模式
学Roclab程序用Hoek-Brown准则,看岩芯定岩体参数,群英聚会东南西北人!
http://www.eswnman.net/thread-15565-1-1.html
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牧马人 发表于 2011-5-1 01:24:18 | 显示全部楼层
楚八怪怪 朋友的提议很好,不是高大钊先生也整理成书了吗,我们这个论坛也是藏龙卧虎之地,高人不少。如果超版有时间,可以担当此任,如果超版没时间,有没有哪位能人自告奋勇担当此任。论坛早就提出出书的倡议,但至今未见行动,可能就是人选问题。建议超版发专贴征集人选,我一定尽力配合。
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hiron 发表于 2011-5-3 07:37:23 | 显示全部楼层
路过,学习下哈!!
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wujian21 发表于 2011-5-3 09:05:57 | 显示全部楼层
说的都有些道理,可惜没有系统的。
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0509080226 发表于 2011-5-26 12:58:51 | 显示全部楼层
服了,你们太厉害了,学习学习。
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zhuxianhui 发表于 2011-5-27 15:10:15 | 显示全部楼层
GAO
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zhuxianhui 发表于 2011-6-21 19:41:28 | 显示全部楼层
ok
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whp123 发表于 2011-8-11 13:17:09 | 显示全部楼层
真是精彩!学习了
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风萧 发表于 2011-11-1 12:23:59 | 显示全部楼层
围观学习,专家们分析的好,顶起来...
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cdddd 发表于 2011-12-13 11:20:20 | 显示全部楼层
大家讨论很激烈,但是没有人提到在工程实践中,哪个工程基础放在基岩上发生了破坏,破坏的模式跟以上哪个讨论符合?还有深度基岩和浅部基岩在一定范围内何在作用下,其破坏模式肯定有差异!主要是破坏时岩土一定有空间移动。深部和浅部基岩向测向移动受到的限制存在不一致,推理深部和浅部基岩承载力存在差异,也就存在深部修正的问题!至于怎么修正大家可以讨论!
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cdddd 发表于 2011-12-13 11:21:34 | 显示全部楼层
这里有一个经典均匀岩石破坏模式
均质岩基破坏模型.GIF
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tsywyg 发表于 2011-12-15 22:41:23 | 显示全部楼层
最初土的承载力是根据平板载荷试验确定的,一般取沉降曲线的直线段捌点处(弹性变形段)对应的荷载值,实践中发现土还存在塑性变形,所以进行深宽修正。岩石地基主要考虑弹性变形

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ljmtidilgw  在2012-2-17 20:21  送朵鲜花  并说:精彩帖子,送朵鲜花鼓励一下
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ljmtidilgw 发表于 2012-6-27 00:05:28 | 显示全部楼层
cdddd 发表于 2011-12-13 11:20
大家讨论很激烈,但是没有人提到在工程实践中,哪个工程基础放在基岩上发生了破坏,破坏的模式跟以上哪个讨 ...

岩石的破坏模式没有规律,有规律就找结构面和组合结构面
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cdddd 发表于 2012-11-9 10:57:14 | 显示全部楼层
大家可能忽略一个基本问题,在工程界,现阶段的工程荷载值水平条件下,对深部岩土能产生上述破坏的可能性有好大?哪个可以举出实例!
关键是破坏挤出的东西往哪个去,你们想过没有?
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jiangmanhu 发表于 2012-11-9 11:37:59 | 显示全部楼层
本质还是应力应变准则不一样,土是塑性变形(本构关系复杂)的代表--即变形不能完全恢复,而岩石则完全是弹性变形-与混凝土一样。

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ljmtidilgw  在2012-11-9 11:44  送朵鲜花  并说:我非常同意你的观点,送朵鲜花鼓励一下
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jiangmanhu 发表于 2012-11-9 11:44:45 | 显示全部楼层
ljmtidilgw 发表于 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:

页岩属于软岩,现场取样实验室做无侧限抗压非常困难,只能原位测试或按经验给出。5类页岩应该相当于花岗岩全风化吧,四类围岩相当于强风化吧?不过页岩或者泥岩五类和四类的区分也是比较困难的,因为页岩的风化带本身就不明显。

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ljmtidilgw + 3 + 26 谢谢回复!

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ljmtidilgw 发表于 2012-11-11 14:52:21 | 显示全部楼层
jiangmanhu 发表于 2012-11-9 11:44
页岩属于软岩,现场取样实验室做无侧限抗压非常困难,只能原位测试或按经验给出。5类页岩应该相当于花岗岩 ...

用物探方法测试下模量和波速也可以
再和强度和岩体分类建立相关
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twycxg 发表于 2012-11-15 15:54:53 | 显示全部楼层
ljmtidilgw 发表于 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50 ...

Q极限承载力=5.14Cu ,个人感觉这个公式是针对淤泥等软弱土的计算公式,如果是可塑—硬塑的土,个人感觉5.14的系数较小
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ximoguyan123 发表于 2012-11-15 21:09:27 | 显示全部楼层
做个记号,慢慢学习,谢谢楼上各位同仁
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吉米 发表于 2016-8-18 18:24:59 | 显示全部楼层
哈哈,看的人少,回一下 支持东南西北人
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sdf916 发表于 2016-8-19 08:02:55 | 显示全部楼层
学习是种享受
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mqwing 发表于 2016-8-22 08:43:02 | 显示全部楼层
学习
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