岩基承载力的计算方法
zsd_7152779488
2022年09月14日 14:05:22
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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:图片

平衡条件:图片

式中:x、y为水平与垂直坐标(m);

图片为水平法向应力、垂直法向应力以及剪应力(kPa);

图片为岩体的重度(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

图片

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αβ角可按下式确定:

图片

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:

图片(普遍式)

图片

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

图片

推出垂直极限荷载公式:

图片(普朗特尔公式)

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:

图片

系数NcNγ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。

图片

图11-3 倾斜承载力曲线

2.垂直荷载下岩基的承载力

图片

图11-4 承载力系数NγNq

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:

图片

式中:Fs为安全系数;

NγNq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);

表11-1 形状系数表
基础形状/形状系数
条形
正方形
圆形
矩形
β1 0.5 0.4 0.3 图片
β2 1 1.3 1.3 图片

注:表中的bl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(图片 ),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。

表11-2 坝基岩体的容许承载力
岩石名称
容 许 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="">
坚硬和半坚硬岩石图片 图片 图片 图片 图片
软弱岩石图片 图片 图片 图片 图片
表11-3 岩基的许可承载力
岩 基 名 称
许 可 承 载 力(MPa)
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)

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知识点:岩基承载力的计算方法

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daghy
2022年09月14日 14:19:42
2楼

看一下。。了解下这方面的内容

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