工程地质设计参数获取方法及应用.docx

工程地质设计参数获取方法及应用.docx

《工程地质设计参数获取方法及应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程地质设计参数获取方法及应用.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

工程地质设计参数获取方法及应用

甲、设计参数及获取方法

一、承载力

（一）类型

1、容许承载力：

系指在保证地基稳定的条件下，建筑物不产生超允许的沉降的地基承载力

2、基本承载力：

系指其基础短边宽度b<2m,埋藏深度hw3m的地基容许承载力

3、极限承载力：

容许承载力乘以安全系数（2~3）即为极限承载力（采用概率理论为基础的极状态设计法时,按可靠度理论进行的工程设计,用极限承载

力

4、承载力标准值：

多个,一般为6个以上试验单值经过概率理论进行统计,

经过修的算术平均值。

当修正中变异系数S>0.3时，应查明误差大的原因；当

变异系数S>0.4时，变形指标标准值可取经验值

极限承载力基本值乘以回归修正系数即为地基极限承载力标准值

5、承载力特征值：

由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值。

其最大值为比例极限值

6、承载力设计值：

地基承载力标准值经深宽修正后的地基承载力值。

地基承载力标准值乘以承载力分项系数f=rs*fk,对于一级建筑物取0.95,二级

取0.74,三级取0.85

成都地区为地基极限承载力标准值除以地基承载力分项系数,分项系数为

1.6,相当于乘以0.625

（二）承载力数值的取得：

1、原位测试

1）载荷试验（岩、土）

2）动探（粗粒土）,击数查表或密实度查表

3）标贯（砂、细粒土）,击数查表或密实度查表

4）静探（软弱土）,端阻查表

5）其它,如旁压等

2、室内试验

1）粘性土：

根据e、Il

2）红粘土：

根据含水比aw、液塑比lr

3）粉土：

根据e、w（天然含水量）

4）软土：

根据w（天然含水量）

5）岩石

（1）根据岩块天然单轴极限抗压强度折减

1重庆市地基极限承载力标准值为fk=“产“p*fr

式中：

fk—地基极限承载力标准值

fr—岩石在天然湿度下的单轴极限抗压强度

2—岩体裂隙影响系数，当裂隙不发育时取1，较发育时取0.67,不发育时取0.33

2p—边坡影响系数，当岩质地基表面坡度3w10°时取1,3w

45°时取0.67,3>80°时取0.33

2建筑地基基础设计规范

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，取小值作为岩石地基承载力，岩石地基承载力不进行修正

3铁路地基基础均采用容许承载力。

基本承载力经深宽修正；岩石不修正采用

采用承载力表查取，是根据岩块强度、破碎程度，以72份荷载试验（以比例界限作为基本承载力），并参考国内有关规范和建筑经验提出来的，未涉及岩块极限抗压强度与承载力的关系，工作中常采用（1/10~1/20）R作为地基基本承载力，硬岩为1/20R，软岩为1/10R，只是根据经验而来。

实际上，其它规范采用（1/3~1/6）R作为承载力取值的标准较有根据

（2）根据岩石的软硬程度、节理裂隙发育程度、风化程度查表，表中数值是根据大量试验资料结合工程实践而来

二、岩石极限抗压强度

（一）分类—一般由单轴进行，指岩石标准试样在单向受压状态下破坏时的极限强度。

分：

1、干燥状态下的极限抗压强度（干压）

2、饱和状态下的极限抗压强度（湿压）—分天然饱和，干燥饱和

3、天然状态下的极限抗压强度（天然压）

（二）岩石的软化性

是指岩石耐风化、耐水浸的能力，以软化系数来衡量

Kd=Rb/Rc

式中：

Kd—软化系数

Rb——饱和状态下的极限抗压强度

—Rc—干燥状态下的极限抗压强

—Rc—铁路指风干状态下岩石的极限抗压强度；工民建指在天然含水量或风干状态下岩石的极限抗压强度

三、岩石极限抗拉、抗弯强度

（一）抗拉强度：

指在瞬间荷载作用下导致岩石粘聚性破坏的极限力，是指岩石在单向拉伸条件下的极限应力，平均为抗压强度的3~5%

（二）抗弯强度：

又称抗折断强度，多采用简支梁中央受集中荷载作用下产生挠曲直至折断时的强度，平均为抗压强度的7~12%

四、岩土密度、重度

（一）颗粒密度（比重）

（二）土的密度p—土的总质量与其体积之比，g/cm3

岩石的密度（视密度）p—岩石的总质量与其体积之比，g/cm3

（三）重度（重力密度）一俗称容重丫，岩或土的总重量与其体积之比，即质

量密度乘以重力加速度丫=g*p,KN/m3

（四）数值的取得

1、细粒土：

一般通过室内试验

2、粗粒土：

有灌水法、灌砂法及核子密度仪法

五、剪切强度c、u值

（一）土的c、u值一是指在外力作用下下抵抗剪切滑动的极限强度，以库仑定律表示：

t=dtgu+c,表示在法向应力变化不大时，抗剪强度与法向应力的关系近近似为一条直线

1、直接剪切（直剪）试验—将试样置于一定的垂应力下，在水平方向陆续

向试样施加剪应力进行剪切

粘性土：

T=CTtgU+C

砂性土：

以内摩擦角为主，T=CtgU

有三种剪切形式：

1）快剪—试样不排水不固结。

试样在施加垂直压力后，立即施加水平剪切，控制在3~5分钟内完成

2）固结快剪—试样固结排水。

试样在垂直压力下，使其充分排水固结后，控制在3~5分钟内完成（在剪切时不让孔隙水排出）

3）慢剪—试样固结排水。

试样在垂直压力作用下，充分排水固结后，以很慢的速率完成

2、三轴压缩试验先在几个不同侧压力（周围压力，即小主应力C3）条件下，逐渐增大

垂直压力（即大主应力C1）直至破坏，籍此求取试样的抗剪强度参数，它的特点是：

仪器可以控制大小主应力及排水条件，受力状态明确，剪切面不固定，又能测定土的孔隙压力和体积变化。

可求取C、）u、孔隙

水压力、地基水平垂直系数、压缩模量、泊松比、侧压力系数、无侧限抗压强度等。

可分三种形式

1）不固结不排水（UU）试验，可求得总抗剪强度参数Cu、uu值

2）固结不排水（CU）试验，可求得总抗剪强度参数Ccu、Ucu值或者有效抗剪强度参数c/、U/固结排水（CD）试验，可求得有效抗剪强度参数Cd、Ud值

3）总应力法和有效应力法土体受到外力作用时，一部分是由孔隙的水所承受，称为孔隙水压力

（u），一部分由土颗粒承受，称为有效应力（C/）二者与总法向应力

（C）的关系为C=C/+u

（1）用T=CtgU+C表示的为总应力法，其指标称总应力强度指标

（2）用t=（c-u）tgu/+C/表示的E有效应力法，式中c/u/分别为土的有效凝聚力和有效内摩擦力，统称为有效应力强度指标

（二）土的有效c/、U/值粘性土通过三轴固结不排水有效应力法计算

砂性土因不好取样作试验，只好根据标贯值估算有效内摩擦角，U/=（V20N+15°）

三）岩石的c、U值岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，它可分为抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度三种形式

1、抗剪断强度—是指岩石在垂直荷载作用下，受剪切方向的荷载而产生断裂时的极限应力，由角膜剪断仪完成（40~65°之间的剪切面），t=Ctg

U+c

2、抗剪强度—是指岩石沿已有的软弱面或破裂面在垂直荷载作用下，在水平方向施加剪切力而产生破坏或剪切滑动时的指标，一般由直剪仪完成，主要测定岩石软弱面、砼与岩石胶结面、岩石与岩石的摩擦系数

1）软弱面，t=CtgU+c

2）已有破裂面（平滑，c=0）t=CtgU

3、抗切强度一是指岩石在垂直荷载为零时沿剪切方向抵抗剪断的强度，T=c

4、野外剪切试验一直接取得软弱面的c、u值

六、边坡率

土质路堑边坡应根据工程地质、水文地质条件、土的性质、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。

一般地，只要坡地稳定，无软弱面，地下水等，结合以往的实践经验，由查表确定

石质路堑边坡应根据工程地质、水文地质、岩性、边坡高度、施工方法，并结合岩体结构、结构面产状、风化程度和地貌形态以及自然稳定边坡和人工边坡的调查综合确定。

一般地，当无边坡可能切断外倾结构面的不稳定因素外，根据以往实践经验，可查表确定

七、基底摩擦系数f

（一）现场抗剪试验

（二）查表

八、压缩模量、弹性模量、变形模量当土受压后，有弹性变形、塑性变形、压缩变形三种情况：

土体受压后，移去外加应力，土体又能部分地恢复原来形状，称弹性变形；引起土体形状的不可逆变化，称为塑性变形；当土体受压后，孔隙中水与空气被挤出，土体呈现压缩状态称压缩变形

（一）土的压缩模量、变形模量

1、土的压缩模量—在无侧向膨胀条件下，压缩时垂直压力增量与垂直应变增

量的比值。

通常采用a0.1~0.2Mpa-1

数值的取得

1）土的压缩试验

2）静探，根据端阻Ps查表（细粒土）

2、土的变形模量—土在受压变形过程中，允许产生侧向膨胀条件下，竖向压应力与竖向压应变之比，它和材料力学中关于弹性材料的杨氏弹性模量的定义是一致的

数值的取得

1）静探：

根据端阻Ps查表（细粒土）

2）动探：

根据动探击数查表（粗粒土）

3）标贯：

根据标贯击数查表（细粒土、砂）

4）变形模量Eo与压缩模量Es的关系式

22

Eo=（1-2u/1-u）*Es或Eo=（1-2E/1+E）*EsE=（u/1-u）

3、弹性模量一也称杨氏模量，软土的不排水杨氏模量Eo约为X/PsKpa

（二）岩石的弹性模量、变形模量

弹性模量是指岩石在弹性范围内应力与应变的比值。

一般规定用抗压强度的50%作为应力和该应力下的纵向应变值进进行计算

数值的取得一室内试验

变形模量是指应力与总应变的比值，即Eo=b/（Ee+Ep）），式中：

6—正

应力，Ee—弹性正应变，Ep—塑性正应变

数值由室内试验取得

九、泊松比与侧压力系数

（一）土的侧压力系数与泊松比

1、侧压力系数：

在不允许有侧向变形的情况下，土样受到轴向压力增量△

将会引起侧向压力的相应增量厶d3,比值△63/^61称为土的侧压力系数E或

静止土压力系数K0

E=Ko=△d3/△d1

2、泊松比（又称侧膨胀系数）：

在不存在侧向应力的情况下，土样在产生轴向压缩应变的同时，会产生侧向膨胀应变，侧向应变和轴向应变的比值谓之。

上述二者之间的关系为：

E=u/（1-u）u=E/（1+E）

4、数值的取得

1）试验：

一般先测定土地的侧压力系数，然后再间接算得土的泊松比。

侧压力系数可采用压缩仪法、三轴压缩仪法，二种方法都可以得出轴向压力与侧向压力的关系曲线，其平均斜率即为土地的侧压力系数

2）根据土的性质查表

3）原位测试—扁铲侧胀试验

（二）岩石的泊松比及侧压力系数岩石的松比是在弹性模量相对应条件下的径向应变与轴向应变之比，是在岩石单轴压缩变形试验时测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值，据此算出岩石的弹性模量和泊松比。

其值有平均弹性模量和平均泊松比；有在抗压强度50%处的割线模量及相应的泊松比。

根据需要也可计算任何压力下的弹性模量和泊松比。

另外，其值可查表（一般为抗压强度50%处的弹

性模量）

注：

抗压强度50%处的弹性模量，又称割线模量，割线模量对于任何一类岩石都具有平均值的含义十、土的无侧限抗压强度

土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂直压力的极限强度谓之

数值的取得

1）试验

（1）应变控制式无侧限压力仪

（2）三轴剪切试验仪

（3）根据无侧限抗压强度测定土的不排水抗剪强度（假定u=0）

2）根据十字板剪切强度Cu乘以2确定qu,即qu=2Cu

3）根据静探端阻查表十一、孔隙水压力系数

在不排水条件下,土试样所受到的主应力发生变化时，土中孔隙水压力也将随之而发生变化。

有初始孔隙水压力系数B,等于施

加周围压力产生的孔隙水压力uo与最小主应力d3之比，即B=uo/d3；有破坏时的孔隙水压力系数Af,等于试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力u1与初

始孔隙水压力系数B乘以应差（d1-d3）之比,即Af=u1/B（d1-d3）当以孔隙水压力为纵坐标,轴向应变为横坐标,绘制出孔隙水压力与员轴向应变关系曲线时,就可以得到任一应变值时的孔隙水压力

数值取得：

1）固结不排水的三轴剪切试验（CU）

2）静探—带测定孔隙水压力的探头

3）埋入土中的测压装置

注：

固结不排水试验在测定孔隙水压力的时候，若系饱和土，所测的孔隙压力就代表孔隙水压力u；若系非饱和土，则要分别测定孔隙气压力ua

及毛细管表面张力Uc（为负值），U=Ua+Uc，如果土体不受外力作用，孔隙气压力与大气压力平衡，相对来说Ua为零，则U=Uc；所以非饱和土中的

孔隙水压力总是负值

十二、波速、岩体完整性系数

（一）波速

体波

1、纵波（Vp），又称压缩波，表示质点的振动方向与波的传播方向一致

2、横波（Vs），又称剪切波，表示质点的振动方向垂直于波的传播方向面波—瑞利波

数值的取得：

弹性波勘探、测井，可用于围岩分级、划分风化程度、划分裂隙发育程度，以及测定岩体的动弹性模量、动泊松比等

（二）岩体完整性系数亦称裂隙系数，表示岩体被裂隙切割后所反映出的完整或破碎程度，为岩体

弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方，即Kv=（岩体波速/岩块波速）2

1、岩体波速—野外测定

2、岩块波速—试验室测定十三、岩石、岩体基本质量指标

（一）岩石基本质量指标（RQD）:

反映岩体在裂隙切割下的完整性，为岩芯中大于10cm的累计长度与岩芯相对应的孔深之比，真实含义为：

采用75mm口径

（N型）双层岩芯管和金刚石钻头所采取的岩芯率，RQD=大于10cm的岩芯长

度/岩芯对应的钻孔深度

（二）岩体质量指标综合反映岩体的一个特征值，与岩石强度、完整程度有关，其值为:

BQ=90+3Rc+250Kv式中：

Rc—岩石单轴饱和抗压强度，心一岩体完整性系数

十四、前期固结压力、压缩指数、回弹指数

（一）前期固结压力Pc：

是指该土层在地质历史上所曾经承受过的上覆土层自重压力或其它作用力，并在该力作用下，已固结稳定的最大压力。

它与目前上

覆土层自重压力Po的比值称为超固结比，用OCR表示，Pc>Po为超压密土；Pc=Po为正常压密土；PcvPo为欠压密土

取值方法

1、在e—LgP曲线上作图选取

2、根据测试及试验资料估算：

Pc=（qU/2）/o.11+o.o37Ip；Pc=qc/4；Pc=48N

（二）压缩指数

e—LgP曲线上直线部分的斜率

取值方法：

1、作图计算

2、查表

3、通过含水量估算：

Cc=o.o115w

通过天然孔隙比估算：

Cc=o.75（eo-o.5）

（三）回弹指数

e—LgP曲线上回弹圈中圈之长轴方向端点连线的斜率

十五、最佳含水量、最大干密度、承载比、回弹模量

（一）最佳含水量、最大干密度通过扰动土的击实试验来达到。

在一定的击实功能作用下，能使填筑土达到最大密度所需的含水量称为最佳含水量，与其相应的干密度称为最大干密度

（二）承载比

也称加州承载比，是路面基层和底层材料以及各种土料当贯入柱贯入达到

2.5（或5）mm时的单位压力,从而得出与标准荷载强度的比值（%）。

采用不同含水

量的扰动动土样

（三）回弹模量不同含水量不同密度扰动的细粒土样，单位压力下经修正后的变形量，通过室内压力仪法试验完成十六、渗透系数K

单位水力坡度下的流速，反映水在重力作用下，岩土容许水透过自身的性能数据的取得

1）水文地质试验

2）室内试验

3）查表十七、桩周土侧极限摩阻力、桩尖土的极限承载力（铁路桥规）、桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值（桩基规范）、嵌岩灌注桩岩石极限侧阻力、极限端阻力（高层建筑规范）

桩的外侧与岩土体接触面之间的遭破坏时的摩擦力，以及柱尖土的遭破坏时的极限承载力

数据的取得

1）试桩

2）根据土性指标查表（细粒土用Il，粗粒土用密实度）根据岩石的抗压强度及裂隙系数查表

3）不同行业有不同的标准，查表时一定要结合适用条件十八、地基系数与比例系数

（一）地基系数：

是地基土在外力作用下，产生单位变形时所需的压力，也称

基床系数、弹性抗力系数、地基反力系数、地层抗力系数，单位时Mpa/m。

p

它是根据捷克工程师Wikler假定压力与沉降成正比而来。

有的认为是一个常数；有的认为在土层中是随深度成正比增加的一个变数，由地基系数的比例系数与深度之积构成。

一般地，在弹性桩设计时，土层中提比例系数。

在隧道设计时，一般提地基系数。

岩层中地基系数是一个常数。

地基系数有水平、垂直之分

注：

地铁隧道提供地基系数，车站基坑弹性桩、连续墙设计时应在土中应提地基系数的比例系数（水平地基系数）

（三）数据的取得

1、原位测试，常用方法有K30、旁压仪法

1）K30：

直径30cm荷载板下1.25mm时对应的荷载强度P（Mpa）与其下沉量1.25mm的比值（Mpa/m）。

一般求取垂直基床系数

2）旁压：

通过旁压腔压力与变形的关系求取。

一般求取水平基床系数

3）标贯：

通过经验公式估算：

K=（1.5~3）N

2、室内试验

1）三轴试验：

将土样经饱和处理后，在K0状态下固结，对一组土样分别做（Ti=rh,cr3=Korh,n=△3仏cr1=0,0.1,0.2,0.3不同应力路径下的三轴慢切试验，得到△ciz~△ho曲线，求得初始切线模量或某一割线模量，定义为基床系数K（垂直、水平）

（K0固结：

天然土层在自重和无侧向变形条件下的固结）

2）固结试验

根据固结试验中测得的应力与变形关系来确定基床系数（垂直、水平）

K=[（c2-c1）/（e1-e2）]*[（1+em））/ho]

式中：

（c2-ci）—应力增量（ei-e2）—相应的孔隙比减量

em—（e1+e2）/2

3、根据土性、密实程度、塑性状态、标贯击数等查表

4、一般地，水平基床系数大于垂直基床系数

（二）地基系数的比例系数

单位深度上的地基系数，Mpa/m2或KN/m4。

通过试验取得某一深度的地基

系数后，除以该深度；另外，可根据土性、Il、密实度查表

十九、岩土的热物理指标

通常由导温系数、导热系数、比热容组成，三者关系为：

比热容C=3.6入/a*p式中：

入一导热系数；a—导温系数P—密度

取样后，在试验室内测定。

通常采用面热源法、热线比较法、热平衡法确定二十、砂砾土的不均匀系数、粘粒含量

反映砂砾土颗粒均匀程度的量值，Cu=d6o/dio式中：

d60—

d60—限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径小于该粒径的土含量占总质量的60%

d10—有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径小于该粒径的土含量占总质

量的i0%

通过筛分确定不均匀系数，用密度计或移液管法测定粘粒含量v0.005mm

二十一、岸坡稳定角

保持坡面安全、稳定的极限坡度，一般采用4种方法综合确定

1、自然边坡调查法

2、岩体内摩擦角及结构面综合判定法

3、自然边坡、岩体内摩擦角综合判定法：

（i+u）/2

4、SARMA（萨尔玛）法：

利用极限平衡理论，通过力学模拟程序公式计算二十二、移动盆地范围

（一）地表移动与变形预测包括地表最大下沉值的预测，地表最大垂直变形值的预测，地表最大水平

移动和变形的预测，地表最大下沉速度的预测，盆地内移动与变形值的预测等

1、地表最大下沉值的预测

水平矿层时：

no=qo*m

非水平矿层时：

no=q°*m*cosa式中：

m—矿层的法线厚度，a—矿层倾角，水平矿层时：

qo—充分采动情况下

的下沉系数，可查表

2、地表最大倾斜、最大曲率、最大水平移动值，最大水平变形值预测（铁手册P397）

3、移动盆地边界的预测（同上）

4、地表最大下沉速度的预测（同上）二十三、水库坍岸范围

库区坍岸预测，参见铁路不良地质勘察规程，一般采用外福线经验二十四、液化指数、抗液化指数

注意行业标准，铁路、公路、工民建是不同的液化指数为建筑抗震设计规范特有，为划分液化等级用；抗液化指数为铁路抗震设计规范用（公路称液化抵抗系数），是指标贯或静探之实测值与临界值之比，是液化土力学指标确定折减系数的根据二十五、岩土施工工程分级、填料性质的确定

查表二十六、膨胀岩土参数的确定

（一）大气影响深度：

由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度，影响特别显著的深度称大气影响急剧层深度。

它通过土的湿度系数确定—按气象资料的降水量、蒸发量计算

（二）膨胀岩土指标

1、膨胀土：

Fs>40%，蒙脱石含量》7%，阳离子交换量》170mmoL/L

2、膨胀岩：

Fs>30%，饱和吸水率》10%，膨胀力》100Kpa

上述指标通过室内试验确定，三个指标中只要有两个指标符合就是膨胀岩、

土

二十七、高地应力指标

一般认为：

地层的最大主应力大于垂直地压力，即dmax>yh时为高地应

力；在以岩石强度判别硬质岩的标准为R/dmax=4~7时为高地应力；R/dmax

V4时为极高地应力。

软质岩的标准为dz/R>2时就为高地应力，使围岩变形，式中：

dz—垂直地应力，R—岩石极限抗压强度

地应力的测量方法：

在勘察阶段，在钻孔中以水压致裂法较好，洞室中可用二次应力法等

二十八、有害气体指标一般指瓦斯气，包括瓦斯含量、压力、涌出量、放散指数、坚固性系数，在相应的施工中应确定瓦斯工区长度是否采用防爆设备施工等

1、瓦斯含量：

煤层或岩层在自然条件下单位重量或单位体积所含有的瓦斯量，单位m3/t

1）直接在占孔中测，用密闭式或集气式岩芯采取器

2）间接测定法：

钻孔煤芯解吸法，根据瓦斯压力、吸附常数、煤的水分、灰分、挥发分计算

2、瓦斯压力：

煤层或岩层中瓦斯所具有的气体压力

1）钻孔中直接测定

2）根据瓦斯含量、瓦斯含量系数等方法推算

3、瓦斯涌出量：

从煤和岩石内涌向隧道或坑道的瓦斯数量，一般用单位时间

内涌出的瓦斯量（绝对瓦斯涌出量）m3/min，通过相关公式预测，以及隧道中

实测

4、放散指数：

瓦斯从钻孔中单位时间内，单位长度涌出的最大流量L/min。

一般最新鲜煤样试验室测定

5、坚固系数：

煤的各种性质所决定的抵抗外力破坏的能力。

采样试验室确定。

6、煤层突出危险判别指标

D=（o.oo75H/f-3）*（P-0.74），K=△P/f

7、瓦斯工区长度：

决定是否按瓦斯隧道施工的长度

8、瓦斯隧道符合下列条件之一者，应采用防爆设备

1）炮后半小时不能保证洞内瓦斯浓度降为o.5%

2）有突出危险的煤层

3）隧道长距离处于煤层煤系地层中

4）瓦斯压力》0.5Mp