第28卷第2期2003年6月广西大学学报(自然科学版)
JournalofGuangxiUniversity(NatSciEd)Vol.28,No.2 June,2003
α
文章编号:100127445(2003)0220155203
泥岩地基承载力的确定问题
钱伟文1,邓忠信2,张信贵3,朱丹红
4,易念平3
(1.南宁市勘测院,广西南宁530012;2.南宁水利电力设计院,广西南宁530001;3.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004;4.南宁有色基础工程勘察院,广西南宁530031)
摘要:推导了单轴抗压强度与抗剪强度之间的理论关系公式,并进行了泥岩试样的室内试验,明,.关键词:泥岩;承载力;单轴抗压强度;抗剪强度中图分类号:TU41 文献标识码:A
,所以确定泥岩地论研究,.确定泥岩地基的承载力离不开土工参数,应用何,目前工程单位应用最多、最广、最简单的就是单轴抗压强度与抗剪强度等土工常规参数.采用两种试验方法中的哪一种,与泥岩的风化程度密切相关,但对泥岩来说,其风化程度的划分与分带是目前国内外尚未能解决好的难题,所以针对不同风化程度的泥岩,是采用单轴抗压强度试验,还是用抗剪强度试验往往凭借工程师的主观判断.我们曾先后做过十多项工程的泥岩样品试验,对此深有体会.工程师们依据经验要求按岩(采用单轴抗压试验)、土(按常规土工试验)做出的参数来确定地基承载力会得出差异很大的结论,结果往往无所适从.表1列举了一组按单轴抗压强度试验确定的承载力并与载荷试验对比.由表中的数值可以看出,其差异很大,因泥岩饱和的frk折减后的数值相当于软土,试验中未采用饱和后的frk,而是采用天然状态下单轴抗压强度R代替饱和单轴抗压强度frk代入公式进行折减.
表1 泥岩承载力确定方法对照表 kPa
参数微风化按单轴抗压强度
R
286～471按土工参数
按IL,e按c,Υ400～450640按载荷试验
600～1200
表1中承载力确定按《地基基础设计规范(GBJ7289)》第3.25条规定:f=Ωfrk.其中f为岩石地基
承载力设计值;frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值;Ω为折减系数:微风化取0.2～0.33,中风化取0.17～0.25.土工参数确定承载力按规范附表五(附表5-4)确定.本文旨在讨论应用何种参数来评价泥岩承载力,故不涉及泥质岩地基的承载力具体数值的确定问题.
1 单轴抗压强度R与直剪强度参数c,Υ的理论关系
据单轴抗压强度试验模型(图1),单轴抗压强度R:
R=
,A
(1)
α
收稿日期:20030311;修订日期:20030425
基金项目:广西自然科学基金(桂科青9912013,桂科自0249010,桂科攻0231004)作者简介:钱伟文(19702),男,广西梧州人,南宁市勘测院工程师.
156
广西大学学报(自然科学版)第28卷
2
P为轴向荷载(kN),A为试样截面积(m).
主应力为:
Ρ1=R=
, Ρ3=0.A
(2)
)上的正由静力平衡条件得出任一斜截破坏面(与大主应力面夹角为Α
应力与剪应力表达式:
(Ρ1+Ρ3)+(Ρ1-Ρ3)cos2Α,Ρ=22(R+0)+(R-0)cos2Α, 其中Α=45°+;Ρ=222
)=R(-)=kΡR,(3)∴ Ρ=R+Rcos(90°+ΥsinΥ
2222其中kΡ=-,sinΥ
22
(Ρ1-Ρ3)sin2Α(R-0)sin()′===kR,Σ′fd=Σ22(4)
其中kΣ=
.cosΥ2
图2,设图中的Ρ与图1中的Ρ′相等,则水平面,因此抗剪强度是一致的.
为此做了多组单轴抗压强度与直剪强度对比试验.结果见表2.
2 试验结果分析
图2 直剪(水平)剪切破坏模型表2中:∃Σ为两试验方法确定的抗剪强度之差值(∃Σ=Σfj-Σ′′fd);Σfd为
单轴抗压强度试验确定的斜截破坏面上的抗剪强度;Σfj为直剪试验确定的水平破坏面上的抗剪强度.
在破坏面上正应力相同情况下比较Σ′>0,即Σfj>Σ′′fd与Σfj,当:∃Σfd时,Σfd在抗剪强度Σfj线以下,表示单轴抗压强度确定的Σ′=0,即Σ′′fd小于直剪试验确定的抗剪强度Σfj;∃Σfj=Σfd,说明Σfd刚好在抗剪强度Σfj线上,表示单轴抗压强度确定的Σ′
表2 抗压试验与直剪试验确定抗剪强度对比试验
岩性状态
单轴抗压试验
单轴抗压
确定的破坏面上抗剪强度
试验
Ρ=kΡ×R °C kPaΥ
R kPakΡ=0.5-0.5sinΥkΣ=0.5cosΥ
kPa
151047.9176040.1300.3372291.2144939.2123100.1850.3892279.7428333.8197100.2330.4164399.1235847.3142090.1330.3401890.55815.06300.1690.374106.38131.01800.2420.42943.66028.46000.2620.440157.212025.32800.2860.45280.22015.01600.3710.48359.45016.26200.3610.480223.81015.63600.3660.482131.72015.6281000.3660.48210271.08744.1771000.1520.35911707.0745.0310000.1460.3544526.0直接剪切试验
Ρ′fd=kΣ×R
kPa5922.54779.48204.34824.0235.977.1264.0126.677.3297.7173.413532.027648.010974.0
直接剪切试验 确定的破坏面上抗剪强度Σf
+Cfj=ΡtgΥ4018.
3296.7202.4391.86.107.145.157.35.115.46.2887.11432.4531.
[1**********]906
∃Σ=Σfj-Σ′fd
∃Σ kPa
Σ′Rfd
Σfj Σ′fd
粉砂岩
粉砂岩页 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩天饱天天天天天天饱天天天天天-1904.5-1483.3-1011.6-432.4-149.4+30.1-119.0+31.0-41.4-182.6-126.8-10644.0-16216.0-6442.40.
0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.[***********][***********]3593540.0.0.0.0.1.0.1.0.0.0.0.0.0.[***********]3927214141
由表2可见,除极个别的∃Σ>0以外,∃Σ均小于0,说明Σ′′.Σ′fd与Σfj不一致,基本上Σfj
倍就可得到Σ′.18～37.4MPa),其折减系数均稳定在0.34～0.5范围fd,而且无论R多大(0以内.Σfj与Σ′.21～1.39,说明Σfj与Σ′′fd的比值为0fd相比有减有增,但Σfj比Σfd增加的情况仅有两例,而且
第2期钱伟文等:
泥岩地基承载力的确定问题157
仅是出现在R
由以上分析可以看出,R折减50%～60%得到Σ′′fd,Σfd折减8%～79%得到Σfj,即有如下关系:
≈(0.34～0.5)R——Σfj≈(0.21～0.91)Σ′fdfdR——Σ′
出现Σ′fd与Σfj不相等并出现上述关系的主要原因,主要有以下几点:1)泥岩水平层理构造及取样形成水平裂隙的影响.沿层理面剪切的直剪试验的参数c,Υ偏小,而单轴抗压试验的剪切面则斜切水平层理面,其剪切参数c,Υ较水平的直剪试验偏大.2)泥岩的固结程度的影响.固结度好的泥岩其特征表现为各向同性,而固结度差的泥岩则表现为各向异性.
3 结论与建议
(1)泥岩作为软岩其特征有别于硬土与硬岩,.(2)
:宜采用剪切试验参数c,Υ来确定,采用理论公式计算定,(GBJ7-89)规定的数值,.(3,文中各参数的比例关系还有待于深入研究.
[1] 张信贵,,黄绍铿.南宁盆地泥岩承载性状研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):3572360.[2] 陆家梁.软岩巷道支护技术[M].长春:吉林科学技术出版社,1995.
[3] 吉随旺,张倬元邓荣贵,等.川中红色砂泥岩岩石力学特性研究[J].地质灾害与环境保护,2000,11(1):72274.[4] 黄国振.那吉水利枢纽坝基第三系软岩工程地质特性评价[J].广西水利水电,1998,(4):68271.
Problemofmudstonerockgroundbearingcapacity′sconfirming
12343
QIANWei2wen,DENZhong2xin,ZHANGXing2gui,ZHUDan2hong,YINianping
(1.ReconnaissanceInstituteofNanningCity,Nanning530012,China;2.TheHydroelectrityDesignInstituteofNan2ning,530001,China;3.CollegeofCivilandArchitecturalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China;4.NonferrousFoundationEngineeringReconnaissanceInstitute,Nanning530031,China)
Abstract:Onthebasisofdeducingtheoreticalformulabetweenuniaxialcompressivestrengthandshearstrength,mudstonerockistestedintheindoorandanalysed.whichconfirmingmudstonerockgroundbearingcapacityshowedapplydifferenttestmethodsandtheoreticformulafordifferentweathering′smudstonerock.Keywords:mudstonerock;bearingcapacity;uniaxialcompressivestrength;shearstrength
(责任编辑 唐汉民 刘海涛 张晓云)
第28卷第2期2003年6月广西大学学报(自然科学版)
JournalofGuangxiUniversity(NatSciEd)Vol.28,No.2 June,2003
α
文章编号:100127445(2003)0220155203
泥岩地基承载力的确定问题
钱伟文1,邓忠信2,张信贵3,朱丹红
4,易念平3
(1.南宁市勘测院,广西南宁530012;2.南宁水利电力设计院,广西南宁530001;3.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004;4.南宁有色基础工程勘察院,广西南宁530031)
摘要:推导了单轴抗压强度与抗剪强度之间的理论关系公式,并进行了泥岩试样的室内试验,明,.关键词:泥岩;承载力;单轴抗压强度;抗剪强度中图分类号:TU41 文献标识码:A
,所以确定泥岩地论研究,.确定泥岩地基的承载力离不开土工参数,应用何,目前工程单位应用最多、最广、最简单的就是单轴抗压强度与抗剪强度等土工常规参数.采用两种试验方法中的哪一种,与泥岩的风化程度密切相关,但对泥岩来说,其风化程度的划分与分带是目前国内外尚未能解决好的难题,所以针对不同风化程度的泥岩,是采用单轴抗压强度试验,还是用抗剪强度试验往往凭借工程师的主观判断.我们曾先后做过十多项工程的泥岩样品试验,对此深有体会.工程师们依据经验要求按岩(采用单轴抗压试验)、土(按常规土工试验)做出的参数来确定地基承载力会得出差异很大的结论,结果往往无所适从.表1列举了一组按单轴抗压强度试验确定的承载力并与载荷试验对比.由表中的数值可以看出,其差异很大,因泥岩饱和的frk折减后的数值相当于软土,试验中未采用饱和后的frk,而是采用天然状态下单轴抗压强度R代替饱和单轴抗压强度frk代入公式进行折减.
表1 泥岩承载力确定方法对照表 kPa
参数微风化按单轴抗压强度
R
286～471按土工参数
按IL,e按c,Υ400～450640按载荷试验
600～1200
表1中承载力确定按《地基基础设计规范(GBJ7289)》第3.25条规定:f=Ωfrk.其中f为岩石地基
承载力设计值;frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值;Ω为折减系数:微风化取0.2～0.33,中风化取0.17～0.25.土工参数确定承载力按规范附表五(附表5-4)确定.本文旨在讨论应用何种参数来评价泥岩承载力,故不涉及泥质岩地基的承载力具体数值的确定问题.
1 单轴抗压强度R与直剪强度参数c,Υ的理论关系
据单轴抗压强度试验模型(图1),单轴抗压强度R:
R=
,A
(1)
α
收稿日期:20030311;修订日期:20030425
基金项目:广西自然科学基金(桂科青9912013,桂科自0249010,桂科攻0231004)作者简介:钱伟文(19702),男,广西梧州人,南宁市勘测院工程师.
156
广西大学学报(自然科学版)第28卷
2
P为轴向荷载(kN),A为试样截面积(m).
主应力为:
Ρ1=R=
, Ρ3=0.A
(2)
)上的正由静力平衡条件得出任一斜截破坏面(与大主应力面夹角为Α
应力与剪应力表达式:
(Ρ1+Ρ3)+(Ρ1-Ρ3)cos2Α,Ρ=22(R+0)+(R-0)cos2Α, 其中Α=45°+;Ρ=222
)=R(-)=kΡR,(3)∴ Ρ=R+Rcos(90°+ΥsinΥ
2222其中kΡ=-,sinΥ
22
(Ρ1-Ρ3)sin2Α(R-0)sin()′===kR,Σ′fd=Σ22(4)
其中kΣ=
.cosΥ2
图2,设图中的Ρ与图1中的Ρ′相等,则水平面,因此抗剪强度是一致的.
为此做了多组单轴抗压强度与直剪强度对比试验.结果见表2.
2 试验结果分析
图2 直剪(水平)剪切破坏模型表2中:∃Σ为两试验方法确定的抗剪强度之差值(∃Σ=Σfj-Σ′′fd);Σfd为
单轴抗压强度试验确定的斜截破坏面上的抗剪强度;Σfj为直剪试验确定的水平破坏面上的抗剪强度.
在破坏面上正应力相同情况下比较Σ′>0,即Σfj>Σ′′fd与Σfj,当:∃Σfd时,Σfd在抗剪强度Σfj线以下,表示单轴抗压强度确定的Σ′=0,即Σ′′fd小于直剪试验确定的抗剪强度Σfj;∃Σfj=Σfd,说明Σfd刚好在抗剪强度Σfj线上,表示单轴抗压强度确定的Σ′
表2 抗压试验与直剪试验确定抗剪强度对比试验
岩性状态
单轴抗压试验
单轴抗压
确定的破坏面上抗剪强度
试验
Ρ=kΡ×R °C kPaΥ
R kPakΡ=0.5-0.5sinΥkΣ=0.5cosΥ
kPa
151047.9176040.1300.3372291.2144939.2123100.1850.3892279.7428333.8197100.2330.4164399.1235847.3142090.1330.3401890.55815.06300.1690.374106.38131.01800.2420.42943.66028.46000.2620.440157.212025.32800.2860.45280.22015.01600.3710.48359.45016.26200.3610.480223.81015.63600.3660.482131.72015.6281000.3660.48210271.08744.1771000.1520.35911707.0745.0310000.1460.3544526.0直接剪切试验
Ρ′fd=kΣ×R
kPa5922.54779.48204.34824.0235.977.1264.0126.677.3297.7173.413532.027648.010974.0
直接剪切试验 确定的破坏面上抗剪强度Σf
+Cfj=ΡtgΥ4018.
3296.7202.4391.86.107.145.157.35.115.46.2887.11432.4531.
[1**********]906
∃Σ=Σfj-Σ′fd
∃Σ kPa
Σ′Rfd
Σfj Σ′fd
粉砂岩
粉砂岩页 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩泥 岩天饱天天天天天天饱天天天天天-1904.5-1483.3-1011.6-432.4-149.4+30.1-119.0+31.0-41.4-182.6-126.8-10644.0-16216.0-6442.40.
0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.[***********][***********]3593540.0.0.0.0.1.0.1.0.0.0.0.0.0.[***********]3927214141
由表2可见,除极个别的∃Σ>0以外,∃Σ均小于0,说明Σ′′.Σ′fd与Σfj不一致,基本上Σfj
倍就可得到Σ′.18～37.4MPa),其折减系数均稳定在0.34～0.5范围fd,而且无论R多大(0以内.Σfj与Σ′.21～1.39,说明Σfj与Σ′′fd的比值为0fd相比有减有增,但Σfj比Σfd增加的情况仅有两例,而且
第2期钱伟文等:
泥岩地基承载力的确定问题157
仅是出现在R
由以上分析可以看出,R折减50%～60%得到Σ′′fd,Σfd折减8%～79%得到Σfj,即有如下关系:
≈(0.34～0.5)R——Σfj≈(0.21～0.91)Σ′fdfdR——Σ′
出现Σ′fd与Σfj不相等并出现上述关系的主要原因,主要有以下几点:1)泥岩水平层理构造及取样形成水平裂隙的影响.沿层理面剪切的直剪试验的参数c,Υ偏小,而单轴抗压试验的剪切面则斜切水平层理面,其剪切参数c,Υ较水平的直剪试验偏大.2)泥岩的固结程度的影响.固结度好的泥岩其特征表现为各向同性,而固结度差的泥岩则表现为各向异性.
3 结论与建议
(1)泥岩作为软岩其特征有别于硬土与硬岩,.(2)
:宜采用剪切试验参数c,Υ来确定,采用理论公式计算定,(GBJ7-89)规定的数值,.(3,文中各参数的比例关系还有待于深入研究.
[1] 张信贵,,黄绍铿.南宁盆地泥岩承载性状研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):3572360.[2] 陆家梁.软岩巷道支护技术[M].长春:吉林科学技术出版社,1995.
[3] 吉随旺,张倬元邓荣贵,等.川中红色砂泥岩岩石力学特性研究[J].地质灾害与环境保护,2000,11(1):72274.[4] 黄国振.那吉水利枢纽坝基第三系软岩工程地质特性评价[J].广西水利水电,1998,(4):68271.
Problemofmudstonerockgroundbearingcapacity′sconfirming
12343
QIANWei2wen,DENZhong2xin,ZHANGXing2gui,ZHUDan2hong,YINianping
(1.ReconnaissanceInstituteofNanningCity,Nanning530012,China;2.TheHydroelectrityDesignInstituteofNan2ning,530001,China;3.CollegeofCivilandArchitecturalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China;4.NonferrousFoundationEngineeringReconnaissanceInstitute,Nanning530031,China)
Abstract:Onthebasisofdeducingtheoreticalformulabetweenuniaxialcompressivestrengthandshearstrength,mudstonerockistestedintheindoorandanalysed.whichconfirmingmudstonerockgroundbearingcapacityshowedapplydifferenttestmethodsandtheoreticformulafordifferentweathering′smudstonerock.Keywords:mudstonerock;bearingcapacity;uniaxialcompressivestrength;shearstrength
(责任编辑 唐汉民 刘海涛 张晓云)