力学哥岩石地基承载力真正的奥妙所在-工程智库

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来源：微信号 又土又木
所有的工程基础都要支承在土壤或岩石上。因此,如何合理确定土壤或岩石的承载力,对确保工程安全和节约投资都具有十分重要的意义。 多年来,人们对地基基础作了大量的试验和研究,并取得了重大成果。由于土质地基承载力低,情况复杂,容易出问题,特别为人们重视。
今天就给大家准备一下相关知识，来重新系统的学习一下。
老规矩，强调一下我们的学习路径，只有深入理解规范体系，才谈得上“按规范执行”。规范体系的任何一个系数，都应能找到它存在的机理！

工程概念
建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 > 5 地基计算 > 5.2 承载力计
5.2.6 对于完整、较完整、较破碎的岩石地基承载力特征值可按本规范附录H岩石地基载荷试验方法确定；对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：
?a＝ψr·?rk （5. 2.6）
式中：
?a——岩石地基承载力特征值(kPa)；
?rk——岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa),可按本规范附录J确定；
ψr——折减系数。根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地方经验确定。无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取0.1～0.2。
注：
1 上述折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的继续；
2 对于黏土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理。
条文说明：5.2.6 岩石地基的承载力一般较土高得多。本条规定：“用岩石地基载荷试验确定”。但对完整、较完整和较破碎的岩体可以取样试验时，可以根据饱和单轴抗压强度标准值，乘以折减系数确定地基承载力特征值。
关键问题是如何确定折减系数。岩石饱和单轴抗压强度与地基承载力之间的不同在于：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。第二，岩块强度与岩体强度是不同的，原因在于岩体中存在或多或少、或宽或窄、或显或隐的裂隙，这些裂隙不同程度地降低了地基的承载力。显然，越完整、折减越少；越破碎，折减越多。
由于情况复杂，折减系数的取值原则上由地方经验确定，无经验时，按岩体的完整程度，给出了一个范围值。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。
至于“破碎”和“极破碎”的岩石地基，因无法取样试验，故不能用该法确定地基承载力特征值。
岩样试验中，尺寸效应是一个不可忽视的因素。本规范规定试件尺寸为ф50mm×100mm。
建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 > 附录H 岩石地基载荷试验要点
H.0.10岩石地基承载力(特征值)的确定应符合下列规定：
1 对应于p-s曲线上起始直线段的终点为比例界限。符合终止加载条件的前一级荷载为极限荷载。将极限荷载除以3的安全系数，所得值与对应于比例界限的荷载相比较，取小值。
2 每个场地载荷试验的数量不应少于3个，取最小值作为岩石地基承载力特征值。
3岩石地基承载力不进行 深 宽 修正。
规范—核电厂岩土工程
核电厂岩土工程勘察规范 GB 51041-2014 > 13 岩土工程分析评价和成果报告 > 13.3 地基承载力
13.3.4 对完整、较完整和较破碎的岩石地基，除极软岩外，承载力特征值可按下式计算：
(13.3.4)
式中：
fak——岩石地基承载力特征值(MPa)；
frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值，易软化岩石采用天然湿度单轴抗压强度标准值(MPa)；
ψr——折减系数，根据岩体完整程度和结构面的间距、宽度、产状和组合，由地区经验确定。无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取0.1～0.2。
条文说明：13.3.4 采用岩石饱和单轴抗压强度，根据岩体的完整程度乘以折减系数确定地基承载力特征值，是现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007规定的方法，本规范引用了该方法。用饱和单轴抗压强度确定地基承载力特征值有两个问题：一是由于裂隙的存在，岩体强度肯定低于岩块强度，因此要求乘以小于1.0的折减系数，越破碎，折减系数越小。二是单轴抗压强度试验时侧向压力为0，而地基中岩体的受力状态为有一定侧向压力条件下的竖向压缩，该法偏于安全。对于岩石地基，由于建筑物基础压力一般相对不大，采用该方法确定的地基承载力多数情况可以满足设计要求，且可操作性强，故在工程上广为应用。但对地基承载力要求较高的构筑物，过分偏于保守可能不能满足设计要求，故可根据本规范第13.3.6条规定进行深度修正。
核电厂岩土工程勘察规范 GB 51041-2014 > 13 岩土工程分析评价和成果报告 > 13.3 地基承载力
13.3.5 对完整和较完整的极软岩，当可取不扰动试样测定天然湿度的抗剪指标时，地基承载力极限值、特征值可分别按下列公式计算：
(13.3.5-1)
(13.3.5-2)
式中：
fr——岩石地基承载力极限值；
fa——由抗剪强度指标确定的岩石地基承载力特征值；
Nb、Nd、Nc——承载力系数，应按表13.3.5取值；
b、d——基础宽度和基础埋置深度，基础宽度大于6m时按6m取值；
γ、γm——分别为基础底面以下一倍短边宽深度内岩体有效重度和基础底面以上岩体有效重度加权平均值；
ck——基础底面以下一倍短边宽深度内岩石的黏聚力标准值。
条文说明：
13.3.5脆性破坏岩石与塑性破坏岩石具有不同的破坏机制：脆性材料破坏前没有显著的变形，根据格里非斯准则，本质是拉伸破坏；塑性材料破坏前有显著的变形，根据莫尔-库仑准则，本质是剪切破坏，表现为颗粒间的滑移。故对于塑性岩石(一般为软岩或极软岩)，可采用抗剪强度指标确定地基承载力。本条规定的计算公式(13.3.5-1)和承载力系数，均引自《重庆市建筑地基基础设计规范》DB 50／5001-1997。考虑到核电厂对安全的特殊要求，安全系数取3，并对适用条件作了限制。
核电厂岩土工程勘察规范 GB 51041-2014 > 13 岩土工程分析评价和成果报告 > 13.3 地基承载力
13.3.6深层平板载荷试验确定的地基承载力特征值可不进行深度修正；按本规范表13.3.3、公式(13.3.4)和浅层平板载荷试验确定的地基承载力特征值，可根据基础埋深按下式修正：
(13.3.6)
式中：
fa——修正的岩石地基承载力特征值；
ηd——岩石地基承载力修正系数，应按表13.3.6取值。
岩石地基类型
ηd
脆性破坏岩石
1.0
细粒塑性破坏岩石
2.0
粗粒塑性破坏岩石
3.0
条文说明：13.3.6 基础有一定的埋置深度，基础下的地基是三向应力状态，埋深越大，侧压力越大。莫尔-库仑准则和格里非斯准则中虽然前者适用于塑性破坏材料，后者适用于脆性破坏材料，但围压均有重要影响。单轴抗压强度试验时围压为零，是一种极端情况。对于地基，随着埋深的增加，围压增大，地基承载力会有所提高。编制组搜集了不同地区不同岩性的试验资料，都证明了这一点。《重庆市建筑地基基础设计规范》DB 50／5001-1997规定，岩石地基宽度修正系数取0；深度修正系数极软岩取2.0，软质岩取3.0，硬质岩取4.0。鉴于核电厂的特殊性，在目前经验不多的情况下，宜偏安全考虑。故对脆性破坏岩石，深度修正系数取1.0；对塑性破坏的摩擦材料，考虑其内摩擦角的大小给出了较低的深度修正系数。颗粒较粗的弱胶结砂岩、砾岩，碎屑状、块石状的风化岩取3.0，颗粒较细的泥岩、土状风化岩取2.0。均暂不考虑宽度修正。随着经验的积累和研究的深入，待本规范修订时进一步完善。
规范—[重庆市]
[重庆市]建筑地基基础设计规范 DBJ50-047-2016 > 4 地基计算 > 4.2 地基承载力计算
4.2.6 地基承载力特征值应根据地基极限承载力标准值按下式确定：

4.2.7当岩体完整、较完整、较破碎时，岩质地基承载力特征值可由天然岩石单轴抗压强度标准值乘以折减系数估算。折减系数对完整岩体取0.47～0.57，【0.5】
对较完整岩体取0.37～0.47，【0.2~0.5】
对较破碎岩体取0.23～0.37。【0.1~0.2】
注：施工期及使用期岩体可能遭水浸泡时可采用饱和试样。
4.2.8 对位于边坡上的基础，除应按平地地基进行承载力验算外还应按【边坡地基】进行承载力验算。但对位于坡角β小于45°且坡高小于8m的稳定土质边坡或极破碎岩质边坡上的基础(图4.1.7)，当其垂直于坡顶边缘线方向的基础底面边长b 小于或等于3m，基础底面外缘到坡面的水平距离a，对于条形基础不小于该边长的3.5倍，对于矩形或圆形基础不小于该边长的2.5倍且不小于2.5m时，可仅按平地地基进行承载力验算。对位于无外倾结构面、岩体完整、较完整或较破碎且稳定的岩质迈坡上的基础，可仅按边坡地基进行承载力验算。
4.2.9 对位于土质边坡、破碎或极破碎岩质边坡和有外倾结构面的岩质边坡上的基础，边坡地基承载力特征值应根据坡上建（构）筑物基础 【反算的底面极限压力】除以地基承载安全系数的方式估算，地基承载安全系数对土质边坡应取2，对岩质边坡应取3。坡上建（构）筑物基础底面极限压力应采用边坡稳定性的反算确定，反算应符合下列要求：
1 边坡稳定系数取1；
2 除结构面充当滑面外，滑面采用从基础底面内边缘通过的圆弧形滑面；
3 当有边坡支护结构时，可将支护结构有效抗力计入。
4.2.10 对位于无外倾结构面、岩体完整、较完整或较破碎且稳定的岩质边坡上的基础（图4.2.10），边坡地基承载力特征值可根据平地地基承载力特征值折减估算，折减系数可根据基础外边缘与坡脚连线倾角按表4.2.10确定。


总结
岩石地基承载力涉及一下因素：
1、完整性：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎；
2、坚硬程度：

3、深度修正，宽度修正；
4、边坡地基承载力特征值（反算）；