岳阳地区板岩地基承载力折减系数研究

刘晓红，陈 岗（湖南理工学院 土木建筑工程学院，湖南 岳阳 414006）

岳阳地区板岩地基承载力折减系数研究

刘晓红，陈 岗
（湖南理工学院 土木建筑工程学院，湖南 岳阳 414006）

通过收集岳阳地区24个住宅小区不同风化程度板岩地基现场及室内试验成果，得到了72个测点承载力特征值fa及相应岩体室内饱和单轴抗压强度标准值frk，经计算获得了各测点地基承载力折减系数ψr. 探讨了3种风化程度板岩地基折减系数ψr随抗压强度标准值frk的变化规律，并给出了相应的ψr～frk关系曲线及经验公式. 同时，将不同风化程度板岩试验数据统一分析表明，板岩地基（不区分风化程度）折减系数ψr随其抗压强度标准值frk的增大而呈指数函数增大，并给出了岳阳地区板岩地基统一的ψr～frk关系曲线及其经验公式.

板岩强度； 地基承载力； 折减系数； 经验公式

引言

元古界冷家溪群板岩层为岳阳地区主要地层，由泥岩或砂岩变质而来，保留有沉积岩的层理性，从上至下风化程度依次为强风化、中风化、微风化. 随着岳阳地区经济建设的发展，该板岩层已成为各类建筑物可利用的主要地基. GB50007- 2011《建筑地基基础设计规范》[1］（以下简称“规范”）推荐采用现场岩石地基载荷试验（以下简称“现场试验”）和室内饱和单轴抗压强度试验（以下简称“室内试验”）两种方法来确定岩石地基承载力特征值. 现场试验被认为是确定岩石地基承载力较为可靠的方法，它可在原位直接确定承载力、变形模量等参数，能充分发挥岩石地基承载能力； 但该方法对试验设备要求高、试验周期长、费用较昂贵. 相比而言，室内试验具有操作简单、周期短、成本低的优点，是目前确定岩石地基承载力应用较广泛的方法[2～6］.

根据室内试验确定岩基承载力特征值的先决条件是折减系数rψ的确定. “规范”规定：rψ值需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[1］. 工程实践表明，rψ值不仅与岩体的完整程度有关，还与岩石类型、风化程度、强度大小等因素有关. 用一个简单的折减系数rψ来反映不同应力状态下岩石强度间的关系已引起一些工程技术人员的质疑. “规范”中的rψ值已被许多工程证明过于保守，南京、武汉等地区的rψ值超过了0.6，长沙红层的rψ值已普遍取到 0.4～0.8，超越了规范值，且目前大多工程折减系数值都按照0.6～0.8取值，建筑物也都表现出极佳的安全性[7～10］.

迄今为止，岳阳地区还没有板岩地基承载力折减系数rψ的地区经验值，工程设计中普遍采用“规范”建议值. 根据笔者在岳阳地区20多年的工程经验，采用“规范”建议折减系数确定的板岩地基承载力特征值，经常小于现场载荷实验结果，即“规范”建议的折减系数用于岳阳地区板岩地基承载力确定过于保守. 尽管不少设计单位意识到“规范”建议取值偏低，因无地区经验值，也不得不按此执行，从而造成工程成本大幅度提高，引起不必要的浪费. 为此，本文通过收集岳阳地区24个已完工程项目板岩地基现场试验及相应场地板岩室内试验成果，对72个测点现场及室内试验成果进行一对一的对比分析，探讨风化程度、抗压强度等因素对板岩地基折减系数的影响规律. 经统计拟合，得到一组适用于岳阳地区板岩地基承载力折减系数经验公式，为岳阳地区板岩地基承载力折减系数的确定提供参考.

1 岩基承载力折减系数的定义

“规范”5.2.6条明确规定： 对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值af，可按本规范附录H中岩石地基载荷试验方法确定，也可根据室内饱和单轴抗压强度标准值rkf按（1）式计算：

其中rψ为折减系数. 即通过乘以一个小于1的系数，满足岩石地基承载力的安全储备.rkf按（2）式计算：

其中mf为岩石饱和单轴抗压强度平均值，ψ为统计修正系数[1］. 对（1）式进行变换，得到如（3）式所示的折减系数rψ计算式：

对于岩石地基的同一测点，分别进行现场试验和室内试验. 通过现场试验获得岩石地基的承载力特征值fa； 通过室内试验，获得一组试样的强度平均值，经统计修正可得到强度标准值frk. 将同一测点的fa及frk实测值代入（3）式，即可计算出该测点岩石地基承载力折减系数ψr.

2 板岩地基折减系数经验公式

2.1 数据收集与折减系数计算

为了获得岳阳地区不同风化程度板岩地基承载力折减系数经验公式，笔者从岳阳市科正建设工程质检有限公司、岳阳市建筑设计院等单位，收集了东方花园住宅小区等6个代表性的强风化板岩场地18个测点、景湖湾住宅小区等10个代表性的中风化板岩场地30个测点、金地花园住宅小区等8个代表性的微风化板岩场地24个测点现场试验得到的地基承载力特征值af及室内试验得到的饱和单轴抗压强度标准值rkf. 对每一测点按（3）式计算相应的折减系数rψ. 强风化、中风化、微风化板岩地基各测点相关试验数据及折减系数rψ详见表1～3.

表1 强风化板岩试验成果及折减系数

Q4 675 2701 0.25 Q5 550 2390 0.23 2 水榭花都 Q6 765 3060 0.25 Q7 820 3160 0.26 Q8 625 2612 0.24 3 宝德东堤湾 Q9 815 3140 0.26 Q10 250 1470 0.17 Q11 500 2270 0.22 4 桃花小区 Q12 340 1789 0.19 Q13 690 2750 0.25 Q14 550 2390 0.23 5 德郡小区 Q15 740 2846 0.26 Q16 825 3180 0.26 Q17 390 1950 0.20 6 新胜小区 Q18 300 1651 0.18

表2 中风化板岩试验成果及折减系数

表3 微风化板岩试验成果及折减系数

W10 8815 18762 0.47 4 岳州帝苑 W11 13880 25998 0.53 W12 9585 19968 0.48 W13 12890 24792 0.52 5 上东一城 W14 16580 29616 0.56 W15 14690 27204 0.54 W16 7355 16350 0.45 6 沁园商住楼 W17 11190 22380 0.50 W18 8815 18762 0.47 W19 8075 17556 0.46 7 金达阳光 W20 12020 23586 0.51 W21 9580 19968 0.48 W22 24680 40467 0.61 8 湘沪湘城 W23 18250 32028 0.57 W24 22100 36852 0.60

对表1～3中所列数据分别进行统计，得到强风化、中风化、微风化板岩地基承载力特征值af、抗压强度标准值rkf、折减系数rψ的常见范围值及平均值，详见表4.

表4 三种风化程度板岩地 基承载力范围值与平均值

从表4中可看出，岳阳地区强风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.17～0.26之间，均值为0.23，较之“规范”建议的“较破碎岩体可取0.1～0.2”偏大，平均地基承载力特征值可提高53.3%； 中风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.26～0.47之间，均值为0.37，较之“规范”建议的“较完整岩体可取0.2～0.5”略为偏大，但数据离散性有所减小，平均地基承载力特征值可提高5.7%； 微风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.45～0.61之间，均值为0.52，较之“规范”建议的“完整岩体可取0.5”偏大，平均地基承载力特征值可提高4.0%.

2.2 折减系数经验公式拟合

以抗压强度标准值rkf为横坐标、折减系数rψ为纵坐标，建立直角坐标系. 将表1～3中相应数据点及拟合曲线放在同一坐标系下，如图1～3所示.

图1 强风化板岩ψr～frk变化关系

图2 中风化板岩ψr～frk变化关系

图3 微风化板岩～变化关系

图4 不同风化程度板岩～变化关系

由图1～3可知，强风化、微风化板岩地基折减系数rψ均随抗压强度标准值rkf的增大而线性增大，中风化板岩地基rψ随rkf的增大而非线性增大. 相应的拟合公式详见（4）～（6）式，拟合效果良好，相应拟合度均在0.98以上.

将表1～3中三种风化程度板岩相应的抗压强度标准值rkf和折减系数rψ统一分析，数据点和拟合曲线如图4所示. 由图4可知，岳阳地区板岩地基折减系数rψ随抗压强度标准值rkf的增大而非线性增大，二者间呈指数函数关系，具有很好的拟合度（20.992 R=），见（7）式. 板岩（不考虑风化程度）

2.3 折减系数经验公式的应用与意义

针对上述板岩地基承载力折减系数的4个经验公式的应用，笔者建议： 针对每一类风化程度的板岩地基，同时用其中的两个公式分别计算出rψ值，然后取其中的较小值作为承载力折减系数. 如强风化板岩地基分别用（4）式和（7）式、中风化板岩地基分别用（5）式和（7）式、微风化板岩地基分别用（6）式和（7）式计算rψ值，然后找出两者间的较小值即为相应地基承载力折减系数. 这样能进一步提高rψ值的安全性和相对合理性.

上述基于工程试验数据拟合的4个折减系数经验公式，形式简单，所包含的未知参数少，便于应用推广. 只要通过相对容易的室内试验获得抗压强度标准值rkf，就可估算板岩地基承载力折减系数rψ. 在工程条件允许的情况下，可适当减少费用相对昂贵的现场岩基载荷试验，在一定程度上降低工程费用. 该组公式的提出具有一定的实用价值和经济价值，同时填补了“规范”中折减系数rψ由“地方经验确定”的空白，为岳阳地区板岩地基承载力折减系数的确定开辟了新的途径.

3 结论

（1） 本文收集到的24个住宅小区72个测点现场及室内试验结果统计表明： 岳阳地区强风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.17～0.26之间，均值为0.23，较之“规范”建议的“较破碎岩体可取0.1～0.2”偏大； 中风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.26～0.47之间，均值为0.37，较之“规范”建议的“较完整岩体可取0.2～0.5”略为偏大，但数据离散性有所减小； 微风化板岩地基承力折减系数常见值介于0.45～0.61之间，均值为0.52，较之“规范”建议的“完整岩体可取0.5”偏大.

（2） 获得了岳阳地区3种风化程度板岩地基折减系数ψr随抗压强度标准值frk的变化规律： 强风化和中风化板岩地基ψr随frk值的增大而线性增大； 中风化板岩地基ψr随frk的增大呈指数函数增大. 并给出了3种风化程度板岩地基的ψr～frk关系曲线及其经验公式.

（3） 将不同风化程度板岩试验数据统一分析表明，板岩地基（不区分风化程度）折减系数ψr随抗压强度标准值frk的增大呈指数函数增大，并给出了岳阳地区板岩地基统一的ψr～frk关系曲线及其经验公式.

（4） 本文研究成果基于工程实践，简单实用，填补了岳阳地区板岩地基承载力折减系数ψr地方经验值的空白，为岳阳地区板岩地基承载力折减系数的确定开辟了新的途径，具有一定的应用价值和经济价值.

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Study on Discount Coefficient of Yueyang Slate Foundation Bearing Capacity

LIU Xiao-hong，CHEN Gang
（College of Construction & Engineering，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414006，China）

By collecting field and laboratory test results under different weathering degree slate foundation of 24 residential quarters in Yueyang，the bearing capacity characteristic values faof 72 measuring points and corresponding to saturated uniaxial compressive strength standard values frkwere obtained，and the bearing capacity reduction coefficient ψrof each test point was calculated. Changes of reduction coefficient with compressive strength standard value of 3 kinds of weathering degree slate foundation were discussed，and the corresponding ψr～frkrelation curves and their empirical formulas were given. Moreover，test data unified analysis showed that slate foundation （not distinguishing weathering degree） bearing capacity reduction coefficient increases with the increasing of compressive strength standard value as exponential function，and the unified relation curve ψr～frkand its empirical formula were given.

slate strength，bearing capacity of foundation，reduction coefficient，empirical formula

TU471+.6

A

1672-5298（2016）02-0062-06

2016-04-05

湖南省自然科学基金资助项目（14JJ4061）； 湖南省教育厅科学研究项目（11C0619）； 湖南省普通高等学校教学改革研究课题（2012A09）；湖南省教育科学“十二五”规划课题（XJK014CGD036）

刘晓红（1967- ），女，湖南沅江人，博士，湖南理工学院土木建筑工程学院教授. 主要研究方向： 岩土工程