所谓岩基的极限承载力,就是指岩基所能负担的最大荷载(或称极限荷载)。当岩基承受这种荷载时,岩基中的某一区域将处于塑性平衡状态,形成所谓的塑性区(或称极限平衡区),这时基础沿着某一连续滑动面产生滑动。 在计算岩基的极限承载力时,需用到塑性力学中的有关公式。对于塑性区的每一点来说,由于它处于塑性平衡状态,因此它必须满足塑性条件,此外,还应满足平衡条件,亦即塑性区中的任一点应同时满足下述两种条件: 塑性条件:
所谓岩基的极限承载力,就是指岩基所能负担的最大荷载(或称极限荷载)。当岩基承受这种荷载时,岩基中的某一区域将处于塑性平衡状态,形成所谓的塑性区(或称极限平衡区),这时基础沿着某一连续滑动面产生滑动。
在计算岩基的极限承载力时,需用到塑性力学中的有关公式。对于塑性区的每一点来说,由于它处于塑性平衡状态,因此它必须满足塑性条件,此外,还应满足平衡条件,亦即塑性区中的任一点应同时满足下述两种条件:
塑性条件:
平衡条件:
式中:x、y为水平与垂直坐标(m);
为水平法向应力、垂直法向应力以及剪应力(kPa);
为岩体的重度(kN/m3)、内摩擦角、凝聚力(kPa)。
计算岩基的极限承载力,实际上就是根据岩基的边界条件去求解上述三个基本方程,从而得出作用于岩基上的应力。设计时,必须把设计荷载限制在极限承载力以内,并具有足够的安全系数。
1.倾斜荷载下岩基的承载力
1)基础水平的情况
图11-2 倾斜荷载作用下的滑动面
(a)基础水平的情况 (b)基础倾斜的情况
当坝基荷载远远大于岩基中滑动岩体的重量时,这时滑动面就可按照岩体重度γ=0的情况来确定。此时,滑动面的形状是一个较为简单的曲面,如图(a)所示。图中由滑动面ABCD所围成的塑性区,是由两个三角形区ABO和OCD以及一个类似于“扇形”的所谓扇形区OBC所构成。各区域的有关角度如图(a)所示,其中α与β角可按下式确定:
式中:δ为荷载与铅垂线之间夹角。
由塑性条件和平衡条件确定作用于滑动面上各点的应力,然后根据滑动体ABCDA所应满足的平衡条件,求得岩基的极限荷载P为
式中:
q为基础侧面的均布荷载(kPa),如图11-2(a)所示
c为黏聚力(kPa)
e为自然对数的底
普朗特尔利用塑性力在不计重量以及φ≈0的情况下
推出垂直极限荷载公式:
2)基础倾斜的情况
对于宽度为b,埋深为h的倾斜基础,基础底面与水平面的夹角为δ。这时地基的极限承载力可由下式计算:
系数Nc和Nγ可根据基础倾角 以有基础埋置深度h与宽度b之比自倾斜承载力曲线中查出。
上式 不仅可以计算倾斜荷载下的岩基承载力,而且也可近似用于计算垂直荷载作用下倾斜地基的承载力 及拱坝坝肩的承载力。
图11-3 倾斜承载力曲线
2.垂直荷载下岩基的承载力
图11-4 承载力系数Nγ、Nq
下面列出各种形状的基础(条形、正方形、圆形、矩形等基础)在垂直荷载作用下的许可承载力
的计算公式:
式中:Fs为安全系数;
Nγ、Nq为承载力系数,由右图根据内摩擦角确定;
β1、β2 为基础形状系数,由形状系数表确定;
b为基础短边宽度(若为圆形基础,代表直径)(m);
h为基础埋置深度(m);
|
|
|
|
|
β1 | 0.5 | 0.4 | 0.3 | |
β2 | 1 | 1.3 | 1.3 |
注:表中的b和l分别表示矩形基础的短边和长边。
3.根据规范或经验确定岩基的承载力
1)根据规范确定岩基的承载力
岩基的容许承载力是反映岩基整体强度的性质,取决于岩石强度和岩体完整性,对于软岩还需要考虑长期强度问题,另外还应当考虑岩体三维应力状态。
《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008)规定,坚硬岩的容许承载力可按单轴饱和抗压强度的1/25-1/20取值,中硬岩的容许承载力可按单轴饱和抗压强度的1/20-1/10取值。软岩的容许承载力采用荷载试验极限承载力的1/3与比例极限二者的小值作为标准值,如无荷载试验成果,可通过三轴压缩试验确定,或按岩石单轴饱和抗压强度的1/10-1/5取值。
2)根据经验确定岩基的承载力
经验方法一般情况是结合岩体的节理裂隙发育程度,根据岩块单轴饱和极限抗压强度( ),折算成坝基岩体的容许承载力,具体数值如表11-2所示。
对于风化的岩基的许可承载力,可按风化程度将上列数值降低到25%~50%。对于Ⅳ级和V级水工建筑物,在岩基未经风化破坏的情况下,可考虑采用表11-3所列的许可承载力。
|
|
|||
节理不发育(间距>1.0m) | 节理较发育(间距1.0~0.3 m) | 节理发育(间距0.3~0.1 m) | 节理极发育(间距<1.0 m="" td=""> | |
坚硬和半坚硬岩石 | ||||
软弱岩石 |
|
|
松软的岩基(凝灰岩、密实的白垩、粗面岩) 中等坚硬的岩基(砂岩、石灰岩等) 坚硬的岩基(片麻岩、花岗岩、密实的砂岩,密实的石灰岩等) 特别坚硬的岩基(石英岩、细粒花岗岩等) |
内容源于网络,如有侵权,请联系删除
相关资料推荐:
不同年代规范中地基基础承载力的计算方法
装配式混凝土剪力墙结构水平缝抗剪机理及 承载力计算方法综述
知识点:岩基承载力的计算方法