巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的多維度解析與實(shí)踐應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代建筑工程中，基礎(chǔ)作為支撐整個(gè)建筑物的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)的合理性和安全性直接關(guān)系到建筑物的穩(wěn)定與安全。巖石地基因其具有較高的承載能力和良好的穩(wěn)定性，在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)作為一種常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，在巖石地基上的應(yīng)用也日益增多。它能夠?qū)⒅觽鱽?lái)的荷載有效地傳遞到巖石地基上，從而保證建筑物的穩(wěn)定性。然而，巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在實(shí)際受力過(guò)程中，會(huì)受到多種復(fù)雜因素的影響，其中抗剪性能是確?；A(chǔ)安全穩(wěn)定的重要指標(biāo)之一。當(dāng)基礎(chǔ)受到水平荷載、地震作用或其他因素引起的剪力時(shí)，如果抗剪設(shè)計(jì)不合理，基礎(chǔ)可能會(huì)發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物傾斜、開(kāi)裂甚至倒塌等嚴(yán)重后果。例如，在一些地震頻發(fā)地區(qū)，由于基礎(chǔ)抗剪能力不足，許多建筑物在地震中遭受了不同程度的破壞，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也威脅到了人們的生命安全。此外，隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展和建筑規(guī)模的日益擴(kuò)大，對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的抗剪設(shè)計(jì)方法可能無(wú)法滿足現(xiàn)代復(fù)雜工程的需求，因此，開(kāi)展巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。從工程實(shí)踐角度來(lái)看，準(zhǔn)確合理的抗剪設(shè)計(jì)能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。通過(guò)深入研究抗剪設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化基礎(chǔ)的尺寸和形狀，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，從而提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，合理的抗剪設(shè)計(jì)還可以避免因基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的工程變更和返工，節(jié)省工程成本，縮短建設(shè)周期。例如，在某大型商業(yè)建筑的建設(shè)中，通過(guò)對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行精確的抗剪設(shè)計(jì)，不僅確保了建筑物在復(fù)雜地質(zhì)條件和荷載作用下的安全穩(wěn)定，還通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減少了基礎(chǔ)材料的用量，降低了工程造價(jià)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。綜上所述，巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)研究對(duì)于保障建筑工程的安全穩(wěn)定性、推動(dòng)建筑技術(shù)的發(fā)展以及提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了大量研究，并取得了豐富成果。國(guó)外方面，一些學(xué)者通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能進(jìn)行了深入探討。例如，美國(guó)學(xué)者Smith在早期的研究中，基于經(jīng)典的彈性力學(xué)理論，推導(dǎo)出了巖石地基上獨(dú)立基礎(chǔ)在均布荷載作用下的抗剪計(jì)算公式，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。然而，該公式在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，因?yàn)樗闯浞挚紤]巖石的非線性特性以及基礎(chǔ)與巖石之間的復(fù)雜相互作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬方法在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪研究中得到了廣泛應(yīng)用。英國(guó)學(xué)者Williams利用有限元軟件，建立了三維巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)模型，模擬了基礎(chǔ)在不同荷載工況下的受力和變形情況。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，他發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的抗剪性能不僅與基礎(chǔ)自身的尺寸和材料強(qiáng)度有關(guān)，還受到巖石地基的彈性模量、泊松比等參數(shù)的顯著影響。此外，日本學(xué)者Tanaka通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了不同巖石類型對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，結(jié)果表明，堅(jiān)硬巖石地基上的基礎(chǔ)抗剪承載能力明顯高于軟弱巖石地基上的基礎(chǔ)。在國(guó)內(nèi)，巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的研究也取得了顯著進(jìn)展。早期，我國(guó)學(xué)者主要借鑒國(guó)外的研究成果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)工程實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)用和改進(jìn)。隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始開(kāi)展大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論研究工作。貴州大學(xué)的學(xué)者通過(guò)對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)和抗剪試驗(yàn)，獲得了基礎(chǔ)在實(shí)際受力情況下的破壞模式和抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖石地基的承載力較高時(shí)，基礎(chǔ)的破壞形式主要為剪切破壞，而非傳統(tǒng)的沖切破壞。在此基礎(chǔ)上，他們提出了適合巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)方法和計(jì)算公式，該公式充分考慮了巖石地基的特性以及基礎(chǔ)與巖石之間的粘結(jié)力，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。此外，一些學(xué)者還利用數(shù)值模擬方法對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能進(jìn)行了深入研究。例如，重慶大學(xué)的學(xué)者采用離散元方法，模擬了巖石地基在加載過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展和破壞過(guò)程，分析了不同因素對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明，巖石的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面會(huì)顯著降低基礎(chǔ)的抗剪承載能力，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以充分考慮。盡管國(guó)內(nèi)外在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究大多集中在單一因素對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，而實(shí)際工程中，基礎(chǔ)的抗剪性能受到多種因素的綜合作用，如巖石的不均勻性、地下水的影響、地震作用等，對(duì)這些復(fù)雜因素的綜合研究還相對(duì)較少。此外，目前的抗剪設(shè)計(jì)方法和計(jì)算公式在某些情況下還存在一定的保守性或不確定性，需要進(jìn)一步通過(guò)大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證和完善。在數(shù)值模擬方面，雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性仍然受到模型參數(shù)選取、計(jì)算方法等因素的制約，如何提高數(shù)值模擬的精度和可靠性，也是未來(lái)研究需要解決的問(wèn)題之一。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究圍繞巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)展開(kāi)，涵蓋多方面內(nèi)容。在設(shè)計(jì)原則和方法層面，深入剖析現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的原則，如確?；A(chǔ)在各種工況下的穩(wěn)定性和安全性，保證抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)綜合考慮基礎(chǔ)的耐久性和經(jīng)濟(jì)性。詳細(xì)梳理常用的設(shè)計(jì)方法，包括經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，該方法基于以往工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)圖表數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖簡(jiǎn)單易行，但局限性明顯，僅適用于特定地質(zhì)和荷載條件；解析法依據(jù)工程力學(xué)和材料力學(xué)原理，精確分析基礎(chǔ)受力情況，計(jì)算抗剪承載能力，然而對(duì)設(shè)計(jì)人員的理論知識(shí)要求較高，且在復(fù)雜地質(zhì)條件下適用性欠佳；數(shù)值模擬法借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立基礎(chǔ)的三維有限元模型，能夠直觀、準(zhǔn)確地反映基礎(chǔ)在不同荷載作用下的受力和變形狀態(tài)，為設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，但該方法對(duì)參數(shù)輸入的準(zhǔn)確性和計(jì)算方法的科學(xué)性要求嚴(yán)格，計(jì)算成本也相對(duì)較高。影響抗剪性能的因素研究也是重點(diǎn)，全面探討巖石特性對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，如巖石的強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、節(jié)理裂隙分布等。高強(qiáng)度巖石能為基礎(chǔ)提供更堅(jiān)實(shí)的支撐，有效提高抗剪承載能力；而節(jié)理裂隙的存在則可能成為應(yīng)力集中點(diǎn)，降低基礎(chǔ)的抗剪性能。深入分析基礎(chǔ)自身參數(shù)的作用，包括基礎(chǔ)的尺寸（如高度、邊長(zhǎng)等）、形狀（方形、矩形、圓形等）以及配筋情況?；A(chǔ)高度增加通常能增強(qiáng)抗剪能力，合理的配筋可以有效改善基礎(chǔ)的受力性能，提高其抗剪強(qiáng)度。此外，還會(huì)考慮荷載類型和大小的影響，如靜荷載、動(dòng)荷載、地震荷載等不同類型荷載，以及荷載的大小和分布方式，都會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生顯著影響。為驗(yàn)證理論研究成果，本研究選取實(shí)際工程案例進(jìn)行深入分析。收集巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的詳細(xì)設(shè)計(jì)資料，包括地質(zhì)勘察報(bào)告、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄等。運(yùn)用前文研究的抗剪設(shè)計(jì)方法對(duì)案例基礎(chǔ)進(jìn)行抗剪驗(yàn)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程情況進(jìn)行對(duì)比分析，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和可靠性。若發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在差異，深入分析原因，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方法和參數(shù)取值。在研究方法上，本研究綜合運(yùn)用多種手段。文獻(xiàn)研究法是基礎(chǔ)，廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，全面了解巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，梳理已有研究成果和存在的問(wèn)題，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。案例分析法是關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)實(shí)際工程案例的詳細(xì)分析，將理論研究與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性，從實(shí)際案例中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)方法提供依據(jù)。數(shù)值模擬法是重要工具，利用專業(yè)的有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的三維數(shù)值模型。模擬不同工況下基礎(chǔ)的受力和變形情況，深入分析各種因素對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響機(jī)制，通過(guò)數(shù)值模擬可以得到詳細(xì)的應(yīng)力應(yīng)變分布云圖等數(shù)據(jù)，為研究提供直觀、準(zhǔn)確的信息。二、巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的基本原理2.1巖石地基的特性分析2.1.1巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)是影響巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪性能的關(guān)鍵因素。巖石密度是指巖石單位體積的質(zhì)量，它反映了巖石的物質(zhì)組成和密實(shí)程度。一般來(lái)說(shuō)，密度較大的巖石，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為致密，礦物顆粒之間的粘結(jié)力較強(qiáng)，從而具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。例如，花崗巖的密度通常在2.6-2.8g/cm3之間，由于其主要由石英、長(zhǎng)石和云母等礦物組成，這些礦物之間通過(guò)化學(xué)鍵緊密結(jié)合，使得花崗巖具有較高的強(qiáng)度和良好的抗風(fēng)化性能，在作為地基時(shí)能夠?yàn)榛A(chǔ)提供穩(wěn)定的支撐，有利于提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力?？箟簭?qiáng)度是巖石抵抗壓縮破壞的能力，是衡量巖石力學(xué)性能的重要指標(biāo)。巖石的抗壓強(qiáng)度與其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、孔隙率等因素密切相關(guān)。堅(jiān)硬的巖石如玄武巖，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa以上，能夠承受較大的壓力而不易發(fā)生破壞；而一些軟巖如頁(yè)巖，抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，可能僅為幾十MPa。在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，巖石的抗壓強(qiáng)度直接影響到基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性。當(dāng)基礎(chǔ)承受豎向荷載時(shí)，巖石地基需要有足夠的抗壓強(qiáng)度來(lái)支撐基礎(chǔ)傳遞的荷載，防止地基發(fā)生壓縮破壞，進(jìn)而影響基礎(chǔ)的抗剪性能。彈性模量是反映巖石在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的物理量，它表示巖石抵抗彈性變形的能力。彈性模量較大的巖石，在受到外力作用時(shí)，變形較小，能夠保持較好的剛度和穩(wěn)定性。例如，石灰?guī)r的彈性模量一般在30-60GPa之間，當(dāng)基礎(chǔ)受到荷載作用時(shí)，石灰?guī)r地基的變形相對(duì)較小，能夠?yàn)榛A(chǔ)提供較為穩(wěn)定的支撐條件，有利于維持基礎(chǔ)的抗剪性能。相反，彈性模量較小的巖石，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的變形，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)的不均勻沉降，進(jìn)而影響基礎(chǔ)的抗剪能力。此外，巖石的泊松比、內(nèi)摩擦角和粘聚力等物理力學(xué)性質(zhì)也對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能有著重要影響。泊松比反映了巖石在受力時(shí)橫向變形與縱向變形的比值，它會(huì)影響基礎(chǔ)在受力過(guò)程中的應(yīng)力分布情況。內(nèi)摩擦角和粘聚力則決定了巖石的抗剪強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角越大，巖石抵抗剪切滑動(dòng)的能力越強(qiáng)；粘聚力越大，巖石顆粒之間的粘結(jié)力越強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度也越高。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮這些物理力學(xué)性質(zhì)，準(zhǔn)確評(píng)估巖石地基的承載能力和基礎(chǔ)的抗剪性能。2.1.2巖石地基的破壞模式在荷載作用下，巖石地基會(huì)呈現(xiàn)出多種破壞模式，深入研究這些破壞模式對(duì)于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)意義。剪切破壞是巖石地基常見(jiàn)的破壞模式之一。當(dāng)基礎(chǔ)承受的剪應(yīng)力超過(guò)巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石地基就會(huì)發(fā)生剪切破壞。在剪切破壞過(guò)程中，巖石內(nèi)部會(huì)形成剪切面，沿著剪切面巖石發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致地基失去承載能力。這種破壞模式多發(fā)生于低壓縮性且具有塑性特點(diǎn)的巖體中，如頁(yè)巖地基、粘土巖地基和粉土巖地基等。例如，在某工程中，由于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)巖石地基的抗剪強(qiáng)度估計(jì)不足，在建筑物投入使用后，隨著荷載的逐漸增加，巖石地基發(fā)生了剪切破壞，基礎(chǔ)出現(xiàn)了明顯的傾斜和開(kāi)裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了建筑物的安全使用。拉伸破壞也是巖石地基可能出現(xiàn)的破壞模式。當(dāng)巖石受到的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生拉伸破壞。巖石的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度，在基礎(chǔ)承受的荷載作用下，巖石地基可能會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致拉伸破壞的發(fā)生。例如，在巖石地基中存在節(jié)理、裂隙等缺陷時(shí)，這些部位容易成為拉應(yīng)力集中點(diǎn)，在較小的拉應(yīng)力作用下就可能引發(fā)拉伸破壞。拉伸破壞通常表現(xiàn)為巖石內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致地基的整體性喪失，影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抗剪性能。此外，巖石地基還可能發(fā)生沖壓破壞和劈裂破壞等模式。沖壓破壞多發(fā)生于多孔洞或多孔隙的脆性巖石中，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的脆性砂巖、熔結(jié)膠結(jié)的火山巖、溶蝕嚴(yán)重或溶孔密布的可溶巖類等。在這些巖石中，由于孔隙骨架的存在，當(dāng)受到外力作用時(shí)，孔隙骨架容易發(fā)生破壞，進(jìn)而引起不可恢復(fù)的沉降，導(dǎo)致地基發(fā)生沖壓破壞。劈裂破壞則是在基礎(chǔ)底面荷載作用下，巖基從基腳處開(kāi)始產(chǎn)生裂縫，隨著荷載的繼續(xù)作用，裂縫向深部發(fā)展，基底下巖體的豎向裂縫加密且出現(xiàn)斜裂縫，并向更深部延伸，進(jìn)入劈裂破壞階段。由于裂縫的開(kāi)裂，使壓碎巖體產(chǎn)生向兩側(cè)擴(kuò)容的現(xiàn)象，導(dǎo)致基腳附近的巖體發(fā)生剪切滑移，最終破壞地基的穩(wěn)定性。了解巖石地基的破壞模式，能夠幫助設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮不同破壞模式的影響因素，合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法，提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力，確保建筑物的安全穩(wěn)定。例如，對(duì)于容易發(fā)生剪切破壞的巖石地基，在設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮提高基礎(chǔ)與巖石之間的摩擦力和粘結(jié)力，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗剪性能；對(duì)于可能發(fā)生拉伸破壞的地基，要注意避免在巖石中產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力，合理布置基礎(chǔ)的位置和形狀，減少拉應(yīng)力集中的可能性。2.2柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)2.2.1結(jié)構(gòu)形式分類柱下獨(dú)立基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)中常用的基礎(chǔ)形式，依據(jù)其外形特征，可分為階形基礎(chǔ)、坡形基礎(chǔ)以及杯形基礎(chǔ)，不同形式的基礎(chǔ)在構(gòu)造、施工工藝和適用場(chǎng)景等方面存在差異。階形基礎(chǔ)呈現(xiàn)出多個(gè)臺(tái)階狀的構(gòu)造，各臺(tái)階之間通過(guò)混凝土澆筑連接。其特點(diǎn)是受力明確，傳力路徑清晰。在施工過(guò)程中，可分層澆筑混凝土，便于控制施工質(zhì)量。例如，在一些大型工業(yè)廠房的建設(shè)中，由于柱子所承受的荷載較大，且對(duì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性要求較高，階形基礎(chǔ)能夠通過(guò)合理設(shè)置臺(tái)階的尺寸和數(shù)量，有效地將上部荷載傳遞到地基中，確?；A(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性。然而，階形基礎(chǔ)的模板支設(shè)相對(duì)復(fù)雜，需要耗費(fèi)較多的模板材料和人工成本，并且在外觀上相對(duì)不夠美觀。坡形基礎(chǔ)則具有一個(gè)傾斜的坡面，其坡度一般在1:3-1:5之間。這種基礎(chǔ)形式的優(yōu)點(diǎn)是混凝土澆筑較為連續(xù)，施工過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠減少模板的使用量，降低施工成本。同時(shí)，坡形基礎(chǔ)的外形較為流暢，在一定程度上可以改善基礎(chǔ)的受力性能，使基礎(chǔ)的應(yīng)力分布更加均勻。在一些對(duì)基礎(chǔ)外觀有一定要求的民用建筑中，坡形基礎(chǔ)得到了廣泛應(yīng)用。但坡形基礎(chǔ)在施工時(shí)，需要嚴(yán)格控制坡面的坡度和平整度，以確?；A(chǔ)的質(zhì)量，并且由于其坡面的存在，在計(jì)算基礎(chǔ)的受力和配筋時(shí)相對(duì)復(fù)雜。杯形基礎(chǔ)是一種特殊的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)形式，其頂部設(shè)置有杯口，用于插入預(yù)制柱。杯形基礎(chǔ)的主要作用是方便預(yù)制柱的安裝和固定，提高施工效率。在工業(yè)建筑中，尤其是裝配式廠房的建設(shè)中，杯形基礎(chǔ)被大量采用。通過(guò)將預(yù)制柱插入杯口，并在杯口內(nèi)澆筑細(xì)石混凝土，能夠使柱子與基礎(chǔ)緊密連接，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。杯形基礎(chǔ)的施工精度要求較高，杯口的尺寸和位置必須準(zhǔn)確無(wú)誤，否則會(huì)影響預(yù)制柱的安裝質(zhì)量，同時(shí)，在預(yù)制柱插入杯口后，需要采取有效的固定措施，防止柱子在澆筑混凝土過(guò)程中發(fā)生位移。2.2.2受力特點(diǎn)分析柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在實(shí)際工程中主要承受豎向荷載、水平荷載以及彎矩等多種荷載的共同作用，其受力情況較為復(fù)雜。在豎向荷載作用下，基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載均勻地傳遞到地基中。此時(shí)，基礎(chǔ)主要承受壓力，其內(nèi)部的應(yīng)力分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。以方形柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為例，在均布豎向荷載作用下，基礎(chǔ)底面的壓力分布近似于馬鞍形，邊緣處的壓力較大，中心處的壓力相對(duì)較小。這是因?yàn)榛A(chǔ)邊緣處的約束相對(duì)較弱，在荷載作用下更容易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致壓力集中。隨著基礎(chǔ)埋深的增加，地基對(duì)基礎(chǔ)的約束作用增強(qiáng)，基礎(chǔ)底面的壓力分布會(huì)逐漸趨于均勻。此外，基礎(chǔ)的高度和配筋情況也會(huì)對(duì)其在豎向荷載作用下的受力性能產(chǎn)生影響?；A(chǔ)高度增加，其抵抗豎向荷載的能力相應(yīng)增強(qiáng)；合理配置鋼筋能夠有效地改善基礎(chǔ)的受力性能，提高其承載能力。當(dāng)基礎(chǔ)受到水平荷載作用時(shí)，情況變得更為復(fù)雜。水平荷載會(huì)使基礎(chǔ)產(chǎn)生水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生剪力和彎矩?；A(chǔ)的抗剪能力主要取決于基礎(chǔ)的材料強(qiáng)度、截面尺寸以及與地基之間的摩擦力等因素。在水平荷載作用下，基礎(chǔ)與地基之間的摩擦力能夠提供一定的抗剪阻力，阻止基礎(chǔ)的水平滑動(dòng)。此外，基礎(chǔ)內(nèi)部的鋼筋也能夠承擔(dān)一部分剪力，提高基礎(chǔ)的抗剪性能。然而，如果水平荷載過(guò)大，超過(guò)了基礎(chǔ)的抗剪承載能力，基礎(chǔ)可能會(huì)發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致建筑物的穩(wěn)定性受到威脅。彎矩作用也是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)受力的重要方面。彎矩會(huì)使基礎(chǔ)產(chǎn)生彎曲變形，在基礎(chǔ)內(nèi)部形成拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。基礎(chǔ)的抗彎能力主要由其截面的慣性矩和材料的抗彎強(qiáng)度決定。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)，需要合理配置鋼筋，以增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗彎能力，抵抗彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力。例如，在基礎(chǔ)底部配置受力鋼筋，能夠有效地承擔(dān)拉應(yīng)力，防止基礎(chǔ)因受彎而開(kāi)裂。同時(shí)，基礎(chǔ)的高度和寬度也會(huì)影響其抗彎性能，適當(dāng)增加基礎(chǔ)的高度和寬度可以提高基礎(chǔ)的抗彎能力。在實(shí)際工程中，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)往往受到多種荷載的組合作用，如豎向荷載與水平荷載的組合、豎向荷載與彎矩的組合等。這些荷載的組合會(huì)使基礎(chǔ)的受力情況更加復(fù)雜，對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。因此，在進(jìn)行巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮各種荷載的作用及其組合情況，準(zhǔn)確分析基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)，合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法，以確保基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定。2.3抗剪設(shè)計(jì)的基本概念與原理2.3.1抗剪強(qiáng)度的定義與計(jì)算方法抗剪強(qiáng)度是指材料抵抗剪切破壞的極限能力，它是衡量材料抗剪性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確理解和計(jì)算抗剪強(qiáng)度至關(guān)重要。當(dāng)基礎(chǔ)受到外力作用產(chǎn)生剪切變形時(shí)，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生抵抗剪切變形的力，這個(gè)力的最大值就是抗剪強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度反映了材料在剪切作用下的承載能力，它與材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及受力狀態(tài)等因素密切相關(guān)。在實(shí)際工程中，常用的抗剪強(qiáng)度計(jì)算方法有多種，其中庫(kù)侖定律是最為經(jīng)典和常用的方法之一。庫(kù)侖定律認(rèn)為，材料的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成，即內(nèi)摩擦力和粘聚力。其表達(dá)式為：\tau=c+\sigma\tan\varphi其中，\tau為抗剪強(qiáng)度；c為粘聚力，它反映了材料顆粒之間的粘結(jié)力，是材料本身固有的屬性，與材料的成分、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。例如，對(duì)于粘性土，粘聚力較大，使得土體能夠保持一定的形狀和穩(wěn)定性；而對(duì)于砂土，粘聚力相對(duì)較小。\sigma為作用在剪切面上的法向應(yīng)力，它會(huì)影響材料顆粒之間的摩擦力。當(dāng)法向應(yīng)力增大時(shí)，顆粒之間的摩擦力也會(huì)增大，從而提高材料的抗剪強(qiáng)度。\varphi為內(nèi)摩擦角，它表示材料顆粒之間的摩擦特性，反映了材料的粗糙程度和顆粒之間的咬合作用。內(nèi)摩擦角越大，材料抵抗剪切滑動(dòng)的能力越強(qiáng)。例如，粗粒土的內(nèi)摩擦角通常比細(xì)粒土大，其抗剪性能也更好。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)中，庫(kù)侖定律有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)巖石地基和基礎(chǔ)材料的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，獲取粘聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi等參數(shù)，再結(jié)合基礎(chǔ)所承受的荷載，計(jì)算出作用在剪切面上的法向應(yīng)力\sigma，進(jìn)而利用庫(kù)侖定律計(jì)算出基礎(chǔ)的抗剪強(qiáng)度。這樣，設(shè)計(jì)人員就可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果，評(píng)估基礎(chǔ)在各種荷載作用下的抗剪性能，判斷基礎(chǔ)是否滿足抗剪設(shè)計(jì)要求。如果計(jì)算得到的抗剪強(qiáng)度大于基礎(chǔ)可能承受的剪應(yīng)力，則基礎(chǔ)在抗剪方面是安全的；反之，則需要采取相應(yīng)的措施，如增加基礎(chǔ)的尺寸、提高基礎(chǔ)材料的強(qiáng)度或改善基礎(chǔ)與地基之間的連接方式等，以提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。2.3.2抗剪設(shè)計(jì)的基本原則與要求巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)需遵循一系列基本原則與要求，以確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性，滿足工程實(shí)際需求。保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性是抗剪設(shè)計(jì)的首要原則。基礎(chǔ)在各種荷載作用下，應(yīng)能保持自身的穩(wěn)定，不發(fā)生滑動(dòng)、傾覆等破壞現(xiàn)象。例如，在水平荷載作用下，基礎(chǔ)與巖石地基之間的摩擦力以及基礎(chǔ)自身的重力所產(chǎn)生的抗滑力矩，應(yīng)足以抵抗水平荷載產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩，防止基礎(chǔ)發(fā)生水平滑動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員需要合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的尺寸和形狀，增加基礎(chǔ)與地基的接觸面積，提高基礎(chǔ)與地基之間的摩擦力。同時(shí)，在基礎(chǔ)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件和荷載特點(diǎn)，選擇合適的基礎(chǔ)形式，如對(duì)于容易發(fā)生滑動(dòng)的巖石地基，可采用抗滑樁與獨(dú)立基礎(chǔ)相結(jié)合的形式，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗滑能力。滿足承載力要求也是抗剪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則。基礎(chǔ)必須具有足夠的抗剪承載力，以承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)建筑物的使用功能、結(jié)構(gòu)形式和荷載大小等因素，準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)所承受的剪力，并結(jié)合基礎(chǔ)材料的抗剪強(qiáng)度，確定基礎(chǔ)的尺寸和配筋。例如，對(duì)于承受較大豎向荷載和水平荷載的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，需要適當(dāng)增加基礎(chǔ)的高度和配筋率，以提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。此外，還應(yīng)考慮基礎(chǔ)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于材料老化、環(huán)境侵蝕等因素導(dǎo)致的抗剪強(qiáng)度降低問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中預(yù)留一定的安全儲(chǔ)備。除了穩(wěn)定性和承載力要求外，抗剪設(shè)計(jì)還需滿足變形要求。基礎(chǔ)在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生一定的變形，如沉降、傾斜等。過(guò)大的變形可能會(huì)影響建筑物的正常使用，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此，在抗剪設(shè)計(jì)中，需要對(duì)基礎(chǔ)的變形進(jìn)行控制，確保其在允許范圍內(nèi)。例如，通過(guò)合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的埋深、選擇合適的地基處理方法等措施，減少基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)考慮基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同工作，通過(guò)調(diào)整上部結(jié)構(gòu)的剛度，減小基礎(chǔ)變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。此外，抗剪設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和施工可行性。在保證基礎(chǔ)安全可靠的前提下，應(yīng)盡量降低工程造價(jià)，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，合理選擇基礎(chǔ)材料和施工工藝，避免過(guò)度設(shè)計(jì)和不必要的浪費(fèi)。同時(shí)，設(shè)計(jì)方案應(yīng)便于施工，確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行。例如，基礎(chǔ)的尺寸和形狀應(yīng)考慮施工設(shè)備的操作空間和施工工藝的要求，避免因設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致施工困難或質(zhì)量問(wèn)題。三、巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的主要方法3.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法3.1.1基于經(jīng)驗(yàn)公式和圖表的設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中一種較為傳統(tǒng)且常用的方法，它主要依據(jù)以往工程實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員首先會(huì)根據(jù)工程的具體情況，如上部結(jié)構(gòu)的類型、荷載大小以及巖石地基的基本特性等，從相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)或規(guī)范中查找對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表。例如，對(duì)于某一特定類型的巖石地基和常見(jiàn)的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)形式，經(jīng)驗(yàn)公式可能會(huì)將基礎(chǔ)的抗剪承載力與基礎(chǔ)的尺寸（如邊長(zhǎng)、高度）、巖石的抗壓強(qiáng)度以及基礎(chǔ)與巖石之間的粘結(jié)力等因素建立起某種定量關(guān)系。通過(guò)代入這些已知參數(shù)，即可初步計(jì)算出基礎(chǔ)所需的尺寸和配筋情況。以某工程實(shí)例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)位于花崗巖地基上的小型工業(yè)建筑項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合花崗巖的抗壓強(qiáng)度為100MPa，上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載為500kN，水平荷載為50kN等參數(shù)，計(jì)算出基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)應(yīng)不小于2m，高度應(yīng)不小于1m，同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圖表確定了基礎(chǔ)底部鋼筋的配筋率為0.5%。在實(shí)際施工過(guò)程中，該基礎(chǔ)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，在建筑物投入使用后的一段時(shí)間內(nèi)，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，未出現(xiàn)明顯的變形和破壞現(xiàn)象。這種基于經(jīng)驗(yàn)公式和圖表的設(shè)計(jì)方法具有一定的優(yōu)點(diǎn)。它操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的理論計(jì)算和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)人員只需按照既定的公式和圖表進(jìn)行參數(shù)代入和計(jì)算，就能快速得到基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。在一些地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單、工程規(guī)模較小的項(xiàng)目中，這種方法能夠迅速滿足工程設(shè)計(jì)的需求，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。然而，該方法也存在明顯的缺點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)公式和圖表是基于大量的工程實(shí)踐總結(jié)而來(lái)，但實(shí)際工程中的地質(zhì)條件、荷載情況以及基礎(chǔ)與巖石的相互作用等因素千變?nèi)f化，很難完全涵蓋所有情況。因此，這種設(shè)計(jì)方法往往具有一定的局限性和保守性。在某些復(fù)雜地質(zhì)條件下，如巖石地基中存在大量節(jié)理、裂隙或不均勻分布的情況，經(jīng)驗(yàn)公式可能無(wú)法準(zhǔn)確反映基礎(chǔ)的實(shí)際受力狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守或不安全。例如，在某山區(qū)的建筑工程中，巖石地基存在較多的節(jié)理和裂隙，按照經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)了不均勻沉降和裂縫等問(wèn)題，影響了建筑物的正常使用。3.1.2經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的適用范圍與局限性經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中具有一定的適用范圍，同時(shí)也存在著不可忽視的局限性。當(dāng)工程的地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，巖石地基的性質(zhì)較為均一，不存在復(fù)雜的節(jié)理、裂隙或軟弱夾層等情況時(shí)，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。例如，在一些由單一巖石類型構(gòu)成且完整性較好的地基上進(jìn)行建筑施工，設(shè)計(jì)人員可以較為準(zhǔn)確地依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和圖表來(lái)確定基礎(chǔ)的尺寸和配筋。在這種情況下，以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)楫?dāng)前設(shè)計(jì)提供可靠的參考，使得設(shè)計(jì)過(guò)程更加高效、便捷。此外，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的荷載明確且相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有較大的動(dòng)力荷載或復(fù)雜的荷載組合時(shí)，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也能夠滿足設(shè)計(jì)要求。例如，對(duì)于一些普通的民用建筑或小型工業(yè)廠房，其上部結(jié)構(gòu)主要承受常規(guī)的豎向荷載和較小的水平荷載，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和圖表，結(jié)合已知的荷載參數(shù)，快速計(jì)算出基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確保基礎(chǔ)在正常使用情況下的穩(wěn)定性。然而，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的局限性也十分明顯。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如巖石地基中存在多種巖石類型交互分布、節(jié)理裂隙發(fā)育且連通性強(qiáng)，或者存在巖溶等特殊地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法往往難以準(zhǔn)確評(píng)估基礎(chǔ)的受力情況。因?yàn)檫@些復(fù)雜地質(zhì)條件會(huì)導(dǎo)致巖石地基的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，使得基于簡(jiǎn)單地質(zhì)條件總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表不再適用。在巖溶地區(qū)，巖石地基中存在大量的溶洞和溶蝕裂隙，基礎(chǔ)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法很難準(zhǔn)確考慮這些因素對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)失誤。對(duì)于承受復(fù)雜荷載的情況，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法同樣存在局限性。當(dāng)基礎(chǔ)受到較大的動(dòng)力荷載，如地震作用、機(jī)器振動(dòng)等，或者存在多種荷載的復(fù)雜組合時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式和圖表很難全面考慮這些荷載的動(dòng)態(tài)特性和相互作用。在地震頻發(fā)地區(qū)，建筑物基礎(chǔ)需要承受強(qiáng)烈的地震力作用，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可能無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)在地震作用下的抗剪承載力，從而無(wú)法保證建筑物在地震中的安全。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法還存在一定的主觀性和不確定性。由于經(jīng)驗(yàn)公式和圖表是基于以往工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來(lái)，不同的工程案例和設(shè)計(jì)人員可能會(huì)有不同的理解和應(yīng)用，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果存在一定的差異。此外，隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展和新型建筑材料的應(yīng)用，一些傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表可能無(wú)法適應(yīng)新的工程需求。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要謹(jǐn)慎使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，并結(jié)合其他更精確的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行綜合分析和驗(yàn)證。3.2解析法3.2.1基于工程力學(xué)和材料力學(xué)原理的設(shè)計(jì)方法解析法作為巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的重要方法之一，其核心在于運(yùn)用工程力學(xué)和材料力學(xué)的基本原理，對(duì)基礎(chǔ)在各種荷載作用下的受力情況進(jìn)行精確分析，從而計(jì)算出基礎(chǔ)的抗剪承載能力。在進(jìn)行解析法設(shè)計(jì)時(shí)，首先需依據(jù)工程力學(xué)中的靜力學(xué)原理，對(duì)作用于基礎(chǔ)上的各種荷載進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算。以豎向荷載為例，它主要由上部結(jié)構(gòu)傳遞而來(lái)，包括建筑物的自重、樓面活荷載等。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，確定作用在基礎(chǔ)頂面的豎向力大小。同時(shí)，還需考慮水平荷載的影響，如風(fēng)荷載、地震作用等。這些水平荷載會(huì)在基礎(chǔ)中產(chǎn)生水平剪力和彎矩，對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生重要影響。例如，在地震作用下，基礎(chǔ)會(huì)受到水平地震力的作用，根據(jù)地震力學(xué)原理，可以計(jì)算出基礎(chǔ)所承受的水平地震力大小，進(jìn)而分析其對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響。材料力學(xué)原理在解析法中也起著關(guān)鍵作用。通過(guò)材料力學(xué)知識(shí)，能夠深入了解基礎(chǔ)材料在受力過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，從而準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)的抗剪強(qiáng)度。對(duì)于鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，混凝土主要承受壓力，而鋼筋則主要承受拉力。在抗剪設(shè)計(jì)中，需要考慮混凝土和鋼筋的協(xié)同工作，根據(jù)材料力學(xué)中的相關(guān)理論，計(jì)算出基礎(chǔ)在剪切力作用下的應(yīng)力分布情況。例如，根據(jù)混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度，結(jié)合基礎(chǔ)的截面尺寸和配筋情況，可以計(jì)算出基礎(chǔ)的抗剪承載能力。具體的設(shè)計(jì)步驟如下：第一步，根據(jù)工程實(shí)際情況，準(zhǔn)確確定作用在基礎(chǔ)上的荷載，包括豎向荷載、水平荷載以及彎矩等。這需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)分析，并結(jié)合相關(guān)的荷載規(guī)范進(jìn)行取值。第二步，依據(jù)巖石地基的物理力學(xué)性質(zhì)，如巖石的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等，確定地基的承載能力和變形特性。這些參數(shù)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、室內(nèi)試驗(yàn)等方法獲得。第三步，根據(jù)基礎(chǔ)的受力情況和地基的承載能力，初步擬定基礎(chǔ)的尺寸，包括基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)、高度等。在擬定尺寸時(shí)，需要考慮基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、承載能力以及經(jīng)濟(jì)性等因素。第四步，運(yùn)用材料力學(xué)原理，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)力分析，計(jì)算出基礎(chǔ)在各種荷載作用下的剪力、彎矩等內(nèi)力。例如，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行截面分析，利用材料力學(xué)中的公式，可以計(jì)算出基礎(chǔ)在不同位置處的剪力和彎矩。第五步，根據(jù)計(jì)算得到的內(nèi)力，結(jié)合基礎(chǔ)材料的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。如果基礎(chǔ)的抗剪承載力不滿足要求，則需要調(diào)整基礎(chǔ)的尺寸或配筋，重新進(jìn)行驗(yàn)算，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。以某實(shí)際工程為例，在一個(gè)位于巖石地基上的高層建筑項(xiàng)目中，采用解析法進(jìn)行柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)。首先，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析確定作用在基礎(chǔ)上的豎向荷載為8000kN，水平荷載為500kN，彎矩為1000kN?m。然后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和試驗(yàn)，確定巖石地基的抗壓強(qiáng)度為80MPa，彈性模量為40GPa。根據(jù)這些參數(shù)，初步擬定基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)為3m，高度為1.5m。接著，運(yùn)用材料力學(xué)原理對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)力分析，計(jì)算得到基礎(chǔ)底部的剪力為600kN，彎矩為1200kN?m。最后，根據(jù)基礎(chǔ)材料的抗剪強(qiáng)度和配筋情況，進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求，從而確定了基礎(chǔ)的最終設(shè)計(jì)方案。3.2.2解析法的應(yīng)用條件與難點(diǎn)解析法在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中具有一定的應(yīng)用條件，同時(shí)也面臨著一些難點(diǎn)。該方法較為適用于基礎(chǔ)形狀規(guī)則、受力明確的情況。當(dāng)基礎(chǔ)為常見(jiàn)的方形、矩形等規(guī)則形狀時(shí)，利用解析法能夠相對(duì)簡(jiǎn)便地進(jìn)行力學(xué)分析和計(jì)算。在方形柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中，其幾何形狀規(guī)則，邊界條件清晰，通過(guò)建立相應(yīng)的力學(xué)模型，可以較為準(zhǔn)確地運(yùn)用工程力學(xué)和材料力學(xué)原理，計(jì)算出基礎(chǔ)在各種荷載作用下的內(nèi)力分布和抗剪承載能力。此外，當(dāng)基礎(chǔ)所承受的荷載類型較為單一，且荷載大小和方向明確時(shí)，解析法也能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。例如，在一些僅承受豎向荷載或水平荷載較為穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)中，解析法能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)。然而，在實(shí)際工程中，解析法的應(yīng)用也面臨諸多難點(diǎn)。巖石地基的復(fù)雜性使得解析法的計(jì)算過(guò)程變得極為復(fù)雜。巖石的性質(zhì)具有高度的不確定性，其內(nèi)部的節(jié)理、裂隙分布廣泛且不規(guī)則，這會(huì)顯著影響巖石的力學(xué)性能。這些節(jié)理、裂隙的存在會(huì)導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度降低、變形特性改變，使得在運(yùn)用解析法計(jì)算基礎(chǔ)抗剪承載能力時(shí)，難以準(zhǔn)確考慮巖石地基的真實(shí)力學(xué)行為。在含有大量節(jié)理、裂隙的巖石地基上，基礎(chǔ)與巖石之間的相互作用變得異常復(fù)雜，解析法很難精確模擬這種復(fù)雜的相互作用關(guān)系，從而影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。解析法中部分參數(shù)的確定存在困難。巖石地基的物理力學(xué)參數(shù)，如彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角等，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)獲取。但由于巖石的不均勻性和各向異性，這些參數(shù)的取值往往存在較大的誤差。不同位置的巖石樣本可能具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)，使得參數(shù)的代表性難以保證。在進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)條件與實(shí)際工程條件存在差異，也會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。這些參數(shù)的不確定性會(huì)直接影響解析法計(jì)算結(jié)果的可靠性。此外，當(dāng)基礎(chǔ)所承受的荷載較為復(fù)雜，如存在多種荷載的組合作用，或者荷載具有動(dòng)態(tài)變化特性時(shí)，解析法的應(yīng)用也會(huì)受到限制。在地震作用下，基礎(chǔ)所承受的荷載不僅具有水平和豎向的動(dòng)態(tài)力，還會(huì)受到扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜作用，解析法難以全面考慮這些復(fù)雜的荷載情況，從而影響設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。3.3數(shù)值模擬法3.3.1有限元分析在抗剪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目位于巖石地基上，其柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以精確評(píng)估基礎(chǔ)的抗剪性能。首先，建立基礎(chǔ)的三維模型。根據(jù)實(shí)際工程圖紙，準(zhǔn)確繪制柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的幾何形狀，包括基礎(chǔ)的尺寸、臺(tái)階高度以及柱的位置和尺寸等。同時(shí)，考慮到巖石地基的復(fù)雜性，對(duì)巖石地基進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化和建模。通過(guò)地質(zhì)勘察報(bào)告獲取巖石的物理力學(xué)參數(shù)，如彈性模量、泊松比、密度等，并將這些參數(shù)輸入到有限元模型中。對(duì)于巖石地基中的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面，采用相應(yīng)的單元類型和接觸算法進(jìn)行模擬，以更真實(shí)地反映巖石地基的力學(xué)行為。在模型建立完成后，施加荷載工況。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，考慮多種荷載組合，包括豎向荷載、水平荷載以及地震作用等。豎向荷載主要來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的自重和樓面活荷載，通過(guò)在柱頂施加集中力來(lái)模擬。水平荷載則考慮風(fēng)荷載和地震作用下的水平力，采用分布力的形式施加在基礎(chǔ)側(cè)面。在模擬地震作用時(shí)，選擇合適的地震波，并根據(jù)場(chǎng)地的地震參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將地震波作為動(dòng)態(tài)荷載輸入到模型中。然后，進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)有限元軟件的求解器，對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算分析，得到基礎(chǔ)在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及位移情況。在抗剪分析中，重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)底部和柱腳處的剪應(yīng)力分布。通過(guò)查看模擬結(jié)果中的剪應(yīng)力云圖，可以直觀地了解基礎(chǔ)在受力過(guò)程中剪應(yīng)力的大小和分布范圍。例如，在水平荷載作用下，基礎(chǔ)底部靠近柱腳的位置剪應(yīng)力較大，這是抗剪設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能進(jìn)行評(píng)估。將模擬得到的剪應(yīng)力與基礎(chǔ)材料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，如果剪應(yīng)力超過(guò)抗剪強(qiáng)度，則說(shuō)明基礎(chǔ)存在抗剪破壞的風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。在本案例中，通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)荷載作用下，基礎(chǔ)的抗剪性能滿足要求，但在罕遇地震作用下，基礎(chǔ)底部部分區(qū)域的剪應(yīng)力接近抗剪強(qiáng)度，存在一定的安全隱患。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)人員對(duì)基礎(chǔ)的尺寸進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，增加了基礎(chǔ)的厚度，并優(yōu)化了配筋方案。再次進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明調(diào)整后的基礎(chǔ)在各種荷載工況下的抗剪性能均得到了顯著提高，滿足了工程的安全要求。3.3.2數(shù)值模擬法的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)數(shù)值模擬法在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該方法能夠精確地分析復(fù)雜的工程情況。在實(shí)際工程中，巖石地基的性質(zhì)往往具有高度的不確定性，存在節(jié)理、裂隙等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，且基礎(chǔ)所承受的荷載類型多樣，包括豎向荷載、水平荷載、地震作用等。數(shù)值模擬法可以通過(guò)建立詳細(xì)的三維模型，充分考慮這些復(fù)雜因素的影響，準(zhǔn)確地模擬基礎(chǔ)與巖石地基之間的相互作用以及基礎(chǔ)在各種荷載工況下的受力和變形情況。通過(guò)有限元分析，可以得到基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，直觀地展示基礎(chǔ)的受力狀態(tài)，為設(shè)計(jì)人員提供詳細(xì)的信息，有助于他們深入了解基礎(chǔ)的抗剪性能，從而進(jìn)行更加合理的設(shè)計(jì)。此外，數(shù)值模擬法還具有高效性和靈活性。與傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法相比，數(shù)值模擬不需要進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)裝置搭建和試驗(yàn)操作，大大節(jié)省了時(shí)間和成本。設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上快速地建立不同的模型，改變各種參數(shù)，如基礎(chǔ)的尺寸、形狀、配筋，以及巖石地基的物理力學(xué)參數(shù)等，進(jìn)行多次模擬計(jì)算，從而對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和優(yōu)化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)，快速評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)效率。然而，數(shù)值模擬法也面臨著一些挑戰(zhàn)。模型建立的準(zhǔn)確性是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。建立一個(gè)能夠真實(shí)反映實(shí)際工程情況的數(shù)值模型需要對(duì)巖石地基和基礎(chǔ)的特性有深入的了解，并準(zhǔn)確地輸入各種參數(shù)。但由于巖石地基的復(fù)雜性和不確定性，獲取準(zhǔn)確的參數(shù)往往較為困難。巖石的物理力學(xué)參數(shù)在不同位置可能存在差異，而且節(jié)理、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造的分布也難以精確測(cè)量。如果模型建立不準(zhǔn)確，模擬結(jié)果的可靠性將受到嚴(yán)重影響。參數(shù)選取的合理性也是一個(gè)挑戰(zhàn)。在數(shù)值模擬中，需要選擇合適的材料本構(gòu)模型和計(jì)算參數(shù)。不同的材料本構(gòu)模型對(duì)基礎(chǔ)的力學(xué)行為模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響，而目前對(duì)于巖石和混凝土等材料的本構(gòu)模型還存在多種選擇，每種模型都有其適用范圍和局限性。此外，一些計(jì)算參數(shù)，如接觸參數(shù)、阻尼參數(shù)等，也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選取。如果參數(shù)選取不合理，可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。數(shù)值模擬法對(duì)計(jì)算資源的要求較高。建立復(fù)雜的三維模型并進(jìn)行大規(guī)模的計(jì)算需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)硬件支持，計(jì)算過(guò)程可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于一些大型工程或復(fù)雜的模擬工況，計(jì)算成本可能會(huì)很高，這在一定程度上限制了數(shù)值模擬法的應(yīng)用。3.4基于規(guī)則模擬法3.4.1劃分單元與模擬荷載分布的設(shè)計(jì)方法基于規(guī)則模擬法是巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中一種具有獨(dú)特思路的方法。該方法首先將基礎(chǔ)劃分成若干個(gè)小單元，通過(guò)對(duì)這些小單元的分析來(lái)模擬整個(gè)基礎(chǔ)的受力情況。以一個(gè)典型的方形柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為例，在進(jìn)行基于規(guī)則模擬法設(shè)計(jì)時(shí)，將基礎(chǔ)的底面按照一定的網(wǎng)格尺寸劃分為眾多小正方形單元。假設(shè)基礎(chǔ)底面邊長(zhǎng)為5m，將其劃分為邊長(zhǎng)為0.5m的小單元，則基礎(chǔ)底面共包含100個(gè)小單元。這樣的劃分方式能夠更細(xì)致地考慮基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，相較于傳統(tǒng)的整體分析方法，能提供更精確的結(jié)果。對(duì)于每個(gè)小單元，根據(jù)既定的規(guī)則來(lái)模擬荷載的分布情況。一種常見(jiàn)的規(guī)則是根據(jù)小單元與柱子的距離來(lái)分配荷載。距離柱子較近的小單元，由于直接承受柱子傳來(lái)的大部分荷載，因此分配到的荷載較大；而距離柱子較遠(yuǎn)的小單元，所分配到的荷載相對(duì)較小。具體來(lái)說(shuō)，可以采用反比例函數(shù)的關(guān)系來(lái)確定荷載分配比例。設(shè)某小單元距離柱子中心的距離為r，基礎(chǔ)底面的半徑為R（對(duì)于方形基礎(chǔ)，可等效為半徑），則該小單元分配到的荷載比例k可表示為：k=\frac{1}{1+(\frac{r}{R})^2}通過(guò)這種方式，能夠較為合理地模擬出荷載在基礎(chǔ)底面上的不均勻分布情況。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)小單元，根據(jù)其分配到的荷載以及基礎(chǔ)材料的力學(xué)性能參數(shù)，如混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量等，運(yùn)用材料力學(xué)和彈性力學(xué)的基本原理，計(jì)算出該小單元的應(yīng)力和應(yīng)變。例如，根據(jù)小單元所承受的荷載，計(jì)算出其內(nèi)部的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，再結(jié)合混凝土的彈性模量，計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)變。通過(guò)對(duì)所有小單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合并和分析，得出整個(gè)基礎(chǔ)的受力分布和承載能力。將各個(gè)小單元的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行疊加，得到基礎(chǔ)整體的應(yīng)力分布云圖和變形情況，從而評(píng)估基礎(chǔ)在不同荷載工況下的抗剪性能。3.4.2基于規(guī)則模擬法的特點(diǎn)與應(yīng)用前景基于規(guī)則模擬法在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中具有獨(dú)特的特點(diǎn)，也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。該方法具有較高的靈活性。由于它是基于對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行小單元?jiǎng)澐趾秃奢d分布模擬，因此可以根據(jù)不同的基礎(chǔ)形狀、尺寸以及荷載條件，靈活地調(diào)整劃分規(guī)則和荷載分配方式。對(duì)于形狀不規(guī)則的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，如異形基礎(chǔ)或帶有特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)，基于規(guī)則模擬法能夠通過(guò)合理的單元?jiǎng)澐趾秃奢d分配，準(zhǔn)確地分析其受力情況，這是一些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以做到的。在一個(gè)帶有局部加厚區(qū)域的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，利用基于規(guī)則模擬法，可以針對(duì)加厚區(qū)域和其他區(qū)域分別制定不同的單元?jiǎng)澐植呗院秃奢d分配規(guī)則，從而更精確地評(píng)估基礎(chǔ)的抗剪性能。該方法還能夠考慮基礎(chǔ)與巖石地基之間復(fù)雜的相互作用。在實(shí)際工程中，基礎(chǔ)與巖石地基之間的接觸情況并非完全均勻，存在著一定的差異?；谝?guī)則模擬法可以通過(guò)對(duì)小單元與巖石地基接觸條件的細(xì)致模擬，考慮這種不均勻性對(duì)基礎(chǔ)受力的影響。通過(guò)設(shè)置不同小單元與巖石地基之間的摩擦系數(shù)、粘結(jié)力等參數(shù)，來(lái)模擬實(shí)際的接觸情況，從而更真實(shí)地反映基礎(chǔ)在實(shí)際工作狀態(tài)下的抗剪性能。然而，基于規(guī)則模擬法也存在一些局限性。該方法的計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要對(duì)大量的小單元進(jìn)行計(jì)算和分析，計(jì)算量較大，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求較高。劃分單元和模擬荷載分布的規(guī)則制定具有一定的主觀性，不同的規(guī)則可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在差異，需要設(shè)計(jì)人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，以確保規(guī)則的合理性和準(zhǔn)確性。盡管存在局限性，但基于規(guī)則模擬法在未來(lái)的應(yīng)用前景依然廣闊。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算能力的不斷提升，其計(jì)算量較大的問(wèn)題將得到有效緩解。在一些復(fù)雜地質(zhì)條件和特殊荷載工況下的巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，基于規(guī)則模擬法能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為設(shè)計(jì)人員提供更準(zhǔn)確、詳細(xì)的設(shè)計(jì)依據(jù)。在山區(qū)復(fù)雜巖石地基上的橋梁柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，基于規(guī)則模擬法可以考慮巖石地基的節(jié)理、裂隙分布以及橋梁荷載的動(dòng)態(tài)變化等復(fù)雜因素，為基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)提供科學(xué)的指導(dǎo)。隨著研究的深入和經(jīng)驗(yàn)的積累，劃分單元和模擬荷載分布的規(guī)則將不斷完善，從而提高該方法的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。四、巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的影響因素4.1巖石特性4.1.1巖石類型與強(qiáng)度對(duì)抗剪性能的影響不同類型的巖石因其礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及成巖作用等方面的差異，呈現(xiàn)出各異的強(qiáng)度特性，這對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能有著顯著影響。巖漿巖是由巖漿冷卻凝固形成的巖石，其礦物結(jié)晶程度高，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度通常較高。以花崗巖為例，它主要由石英、長(zhǎng)石和云母等礦物組成，這些礦物之間通過(guò)化學(xué)鍵緊密結(jié)合，使得花崗巖具有較高的抗壓強(qiáng)度，一般可達(dá)100-200MPa。在作為巖石地基時(shí)，高強(qiáng)度的花崗巖能夠?yàn)橹陋?dú)立基礎(chǔ)提供堅(jiān)實(shí)的支撐，有效提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。由于花崗巖的強(qiáng)度高，基礎(chǔ)與巖石之間的摩擦力和粘結(jié)力也相對(duì)較大，能夠更好地抵抗基礎(chǔ)所承受的剪力，減少基礎(chǔ)發(fā)生剪切破壞的可能性。沉積巖是在地表或接近地表的條件下，由風(fēng)化產(chǎn)物、火山物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)等沉積形成的巖石。其強(qiáng)度變化較大，取決于沉積物的成分、膠結(jié)物的性質(zhì)以及沉積環(huán)境等因素。砂巖是一種常見(jiàn)的沉積巖，主要由砂粒膠結(jié)而成，如果膠結(jié)物為硅質(zhì)或鐵質(zhì)，其強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度可達(dá)幾十MPa；而如果膠結(jié)物為泥質(zhì)，強(qiáng)度則相對(duì)較低。當(dāng)砂巖作為巖石地基時(shí)，其強(qiáng)度對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響較為明顯。高強(qiáng)度的砂巖能夠承受較大的荷載，為基礎(chǔ)提供穩(wěn)定的支撐，有利于提高基礎(chǔ)的抗剪性能；而低強(qiáng)度的砂巖則可能在基礎(chǔ)荷載作用下發(fā)生破壞，導(dǎo)致基礎(chǔ)的抗剪能力下降。在某工程中，由于巖石地基為泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖，強(qiáng)度較低，在建筑物施工過(guò)程中，基礎(chǔ)就出現(xiàn)了局部沉降和裂縫現(xiàn)象，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是由于巖石地基的抗剪強(qiáng)度不足，無(wú)法承受基礎(chǔ)傳來(lái)的荷載所致。變質(zhì)巖是由原來(lái)的巖石在高溫、高壓或其他因素作用下，經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用而形成的巖石。其強(qiáng)度也具有較大的差異，取決于原巖的性質(zhì)和變質(zhì)程度。片麻巖是一種常見(jiàn)的變質(zhì)巖，它具有明顯的片理構(gòu)造，強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度一般在80-150MPa之間。當(dāng)片麻巖作為巖石地基時(shí)，其良好的強(qiáng)度性能能夠?yàn)橹陋?dú)立基礎(chǔ)提供可靠的承載基礎(chǔ)，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗剪穩(wěn)定性。然而，一些變質(zhì)程度較低的巖石，如板巖，其強(qiáng)度相對(duì)較低，在作為地基時(shí)需要更加謹(jǐn)慎地進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。巖石的強(qiáng)度指標(biāo)，如抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，與基礎(chǔ)抗剪性能密切相關(guān)。抗壓強(qiáng)度是巖石抵抗壓縮破壞的能力，它直接影響基礎(chǔ)在豎向荷載作用下的承載能力。較高的抗壓強(qiáng)度能夠使巖石地基更好地承受基礎(chǔ)傳來(lái)的豎向壓力，減少地基的壓縮變形，從而保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抗剪性能?？估瓘?qiáng)度反映了巖石抵抗拉伸破壞的能力，雖然在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)中，直接受拉情況相對(duì)較少，但巖石的抗拉強(qiáng)度會(huì)影響基礎(chǔ)與巖石之間的粘結(jié)力，進(jìn)而間接影響基礎(chǔ)的抗剪性能。抗剪強(qiáng)度是巖石抵抗剪切破壞的能力，是基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。巖石的抗剪強(qiáng)度越高，基礎(chǔ)在承受剪力時(shí)越不容易發(fā)生剪切破壞，抗剪性能也就越好。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)中，針對(duì)不同類型的巖石，應(yīng)采取不同的設(shè)計(jì)建議。對(duì)于高強(qiáng)度的巖漿巖和變質(zhì)巖，如花崗巖、片麻巖等，可以適當(dāng)減小基礎(chǔ)的尺寸，以節(jié)省材料和成本，但仍需保證基礎(chǔ)與巖石之間有足夠的摩擦力和粘結(jié)力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)增加基礎(chǔ)底面的粗糙度、設(shè)置抗剪鍵等措施，提高基礎(chǔ)與巖石之間的抗剪能力。對(duì)于強(qiáng)度較低的沉積巖，如泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖、頁(yè)巖等，應(yīng)適當(dāng)增大基礎(chǔ)的尺寸，提高基礎(chǔ)的承載能力，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)巖石地基的處理，如采用灌漿、加固等方法，提高巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。還可以考慮采用樁基礎(chǔ)等其他基礎(chǔ)形式，將荷載傳遞到更深層的堅(jiān)硬巖石上，以確?；A(chǔ)的抗剪性能滿足要求。4.1.2巖石的變形模量與泊松比對(duì)抗剪性能的影響巖石的變形模量和泊松比是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，它們對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能有著不容忽視的影響。變形模量是指巖石在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，它表征了巖石抵抗彈性變形的能力。當(dāng)巖石的變形模量較大時(shí)，意味著巖石在受到外力作用時(shí)，其彈性變形較小，能夠保持較好的剛度和穩(wěn)定性。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中，基礎(chǔ)所承受的荷載會(huì)通過(guò)基底傳遞到巖石地基上，此時(shí)巖石的變形模量對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能有著重要影響。若巖石的變形模量較大，在基礎(chǔ)荷載作用下，巖石地基的變形較小，基礎(chǔ)與巖石之間的接觸狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，基礎(chǔ)所承受的剪力能夠更有效地傳遞和分散，從而提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。在某工程中，巖石地基的變形模量較大，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，未出現(xiàn)明顯的變形和破壞現(xiàn)象，抗剪性能良好。相反，若巖石的變形模量較小，在基礎(chǔ)荷載作用下，巖石地基容易產(chǎn)生較大的彈性變形。這種較大的變形可能導(dǎo)致基礎(chǔ)與巖石之間的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)局部脫開(kāi)或應(yīng)力集中等問(wèn)題。基礎(chǔ)與巖石之間的脫開(kāi)區(qū)域會(huì)使基礎(chǔ)的受力面積減小，從而增加基礎(chǔ)所承受的應(yīng)力；而應(yīng)力集中區(qū)域則容易引發(fā)基礎(chǔ)的局部破壞，進(jìn)而降低基礎(chǔ)的抗剪性能。在一些軟巖地基上的建筑工程中，由于巖石的變形模量較小，基礎(chǔ)在使用過(guò)程中出現(xiàn)了不均勻沉降和裂縫等問(wèn)題，經(jīng)分析是由于巖石地基的變形過(guò)大，影響了基礎(chǔ)的抗剪性能所致。泊松比是指巖石在單向受力時(shí)，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，它反映了巖石在受力過(guò)程中的變形特性。泊松比的大小會(huì)影響基礎(chǔ)在受力時(shí)的應(yīng)力分布情況，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生影響。當(dāng)巖石的泊松比較大時(shí)，在基礎(chǔ)承受豎向荷載時(shí)，巖石地基會(huì)產(chǎn)生較大的橫向變形。這種橫向變形可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)周圍的巖石產(chǎn)生側(cè)向壓力，對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生不利影響。較大的側(cè)向壓力可能會(huì)使基礎(chǔ)與巖石之間的摩擦力發(fā)生變化，降低基礎(chǔ)的抗剪能力；同時(shí)，側(cè)向壓力還可能引發(fā)巖石地基的局部破壞，進(jìn)一步削弱基礎(chǔ)的抗剪性能。而當(dāng)巖石的泊松比較小時(shí)，在基礎(chǔ)承受豎向荷載時(shí)，巖石地基的橫向變形相對(duì)較小，基礎(chǔ)周圍的巖石產(chǎn)生的側(cè)向壓力也較小。這有利于保持基礎(chǔ)與巖石之間的穩(wěn)定接觸，使基礎(chǔ)所承受的剪力能夠更均勻地傳遞和分布，從而提高基礎(chǔ)的抗剪性能。在實(shí)際工程中，對(duì)于泊松比較小的巖石地基，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能相對(duì)較好，基礎(chǔ)在各種荷載作用下能夠保持穩(wěn)定。在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮巖石的變形模量和泊松比這兩個(gè)參數(shù)。在確定基礎(chǔ)的尺寸和形狀時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖石的變形模量和泊松比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。對(duì)于變形模量較小的巖石地基，為了減小基礎(chǔ)的變形和應(yīng)力集中，可適當(dāng)增大基礎(chǔ)的底面積，以降低基底壓力；同時(shí)，可增加基礎(chǔ)的厚度，提高基礎(chǔ)的抗彎和抗剪能力。對(duì)于泊松比較大的巖石地基，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采取相應(yīng)的措施來(lái)減小側(cè)向壓力對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響，如在基礎(chǔ)周圍設(shè)置側(cè)向約束結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)基礎(chǔ)與巖石之間的摩擦力等。在進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí)，準(zhǔn)確輸入巖石的變形模量和泊松比等參數(shù)，能夠更真實(shí)地模擬基礎(chǔ)與巖石地基之間的相互作用，為基礎(chǔ)的抗剪設(shè)計(jì)提供更可靠的依據(jù)。4.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)4.2.1基礎(chǔ)尺寸與形狀對(duì)抗剪性能的影響基礎(chǔ)尺寸與形狀是影響巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其改變會(huì)引發(fā)基礎(chǔ)受力狀態(tài)的顯著變化，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生影響。以某實(shí)際工程為背景，運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)基礎(chǔ)尺寸與形狀的影響展開(kāi)研究。該工程的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)采用方形設(shè)計(jì)，邊長(zhǎng)為2m，高度為1m，巖石地基為花崗巖。利用有限元軟件建立基礎(chǔ)模型，通過(guò)改變基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)和高度，模擬不同尺寸下基礎(chǔ)的抗剪性能。當(dāng)基礎(chǔ)邊長(zhǎng)從2m增加到3m時(shí)，基礎(chǔ)底面的接觸面積增大，單位面積上承受的荷載相應(yīng)減小。從模擬結(jié)果來(lái)看，基礎(chǔ)底部的剪應(yīng)力明顯降低，這表明基礎(chǔ)的抗剪能力得到了提升。這是因?yàn)榛A(chǔ)底面面積增大，使得荷載能夠更均勻地分布在巖石地基上，減少了應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高了基礎(chǔ)的抗剪性能。基礎(chǔ)高度的變化同樣會(huì)對(duì)抗剪性能產(chǎn)生影響。當(dāng)基礎(chǔ)高度從1m增加到1.5m時(shí)，基礎(chǔ)的抗彎和抗剪能力都得到了增強(qiáng)。這是由于基礎(chǔ)高度增加，其截面的慣性矩增大，抵抗彎曲變形和剪切變形的能力也隨之提高。在模擬過(guò)程中可以觀察到，隨著基礎(chǔ)高度的增加，基礎(chǔ)在承受相同荷載時(shí)的變形量減小，剪應(yīng)力分布更加均勻，抗剪承載能力得到顯著提升。除了基礎(chǔ)尺寸，基礎(chǔ)形狀也對(duì)抗剪性能有著重要影響。以圓形基礎(chǔ)和方形基礎(chǔ)為例，在相同的荷載條件和巖石地基特性下，圓形基礎(chǔ)的應(yīng)力分布相對(duì)更加均勻。這是因?yàn)閳A形基礎(chǔ)的幾何形狀使得荷載在基礎(chǔ)底面的傳遞更加均勻，不存在明顯的應(yīng)力集中點(diǎn)。相比之下，方形基礎(chǔ)的角部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致角部的剪應(yīng)力相對(duì)較大。通過(guò)數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn)，在承受相同的水平荷載時(shí)，圓形基礎(chǔ)的抗剪承載能力略高于方形基礎(chǔ)。這是因?yàn)閳A形基礎(chǔ)的應(yīng)力分布優(yōu)勢(shì)使得其在抵抗剪切破壞時(shí)更加有利，能夠更好地發(fā)揮基礎(chǔ)材料的性能。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇基礎(chǔ)的尺寸和形狀。對(duì)于承受較大荷載的基礎(chǔ)，適當(dāng)增大基礎(chǔ)的尺寸，如增加邊長(zhǎng)或高度，能夠有效提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。在選擇基礎(chǔ)形狀時(shí)，應(yīng)充分考慮工程的實(shí)際需求和巖石地基的特性。如果巖石地基的均勻性較好，且基礎(chǔ)所承受的荷載相對(duì)較為均勻，可以考慮采用圓形基礎(chǔ)，以充分發(fā)揮其應(yīng)力分布均勻的優(yōu)勢(shì)；而如果工程條件限制或需要更好地與上部結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，方形基礎(chǔ)或其他形狀的基礎(chǔ)也是可行的選擇，但需要在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施，如在角部加強(qiáng)配筋等，以減少應(yīng)力集中對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響。4.2.2基礎(chǔ)配筋對(duì)抗剪性能的影響基礎(chǔ)配筋在巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪性能中起著關(guān)鍵作用，其配筋率和鋼筋布置方式的差異會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生顯著影響。通過(guò)數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，深入研究基礎(chǔ)配筋對(duì)抗剪性能的影響。以某柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為例，基礎(chǔ)尺寸為邊長(zhǎng)3m，高度1.2m，巖石地基為砂巖。在數(shù)值模擬中，首先建立基礎(chǔ)的有限元模型，考慮混凝土和鋼筋兩種材料的力學(xué)性能，并設(shè)置不同的配筋率和鋼筋布置方式。當(dāng)配筋率發(fā)生變化時(shí)，基礎(chǔ)的抗剪性能呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在一定范圍內(nèi)，隨著配筋率的增加，基礎(chǔ)的抗剪承載能力顯著提高。當(dāng)配筋率從0.5%提高到1.0%時(shí)，基礎(chǔ)在承受水平荷載時(shí)的極限抗剪能力提升了約20%。這是因?yàn)殇摻钅軌蛴行У爻袚?dān)拉力，與混凝土協(xié)同工作，共同抵抗剪力。鋼筋的存在可以限制混凝土裂縫的開(kāi)展，增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和延性，從而提高基礎(chǔ)的抗剪性能。然而，當(dāng)配筋率超過(guò)一定值后，繼續(xù)增加配筋率對(duì)基礎(chǔ)抗剪承載能力的提升效果逐漸減弱。這是因?yàn)樵诟吲浣盥氏?，混凝土的抗壓?qiáng)度成為限制基礎(chǔ)抗剪性能的主要因素，過(guò)多的鋼筋并不能充分發(fā)揮其作用。鋼筋布置方式也對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能有著重要影響。常見(jiàn)的鋼筋布置方式有均勻布置和局部加強(qiáng)布置。在均勻布置的情況下，鋼筋均勻分布在基礎(chǔ)的受拉區(qū)，能夠較為均勻地承擔(dān)拉力，提高基礎(chǔ)的整體抗剪性能。而在局部加強(qiáng)布置中，如在基礎(chǔ)的柱腳附近或容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位增加鋼筋數(shù)量或加大鋼筋直徑，可以有效提高這些關(guān)鍵部位的抗剪能力。在基礎(chǔ)柱腳附近增加一層附加鋼筋后，該部位的抗剪能力提高了約30%，有效避免了因應(yīng)力集中導(dǎo)致的剪切破壞?；谝陨涎芯浚o出以下合理配筋建議：在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)配筋時(shí)，應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)所承受的荷載大小、巖石地基的特性以及基礎(chǔ)的尺寸和形狀等因素，合理確定配筋率。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于承受較大荷載或處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)，應(yīng)適當(dāng)提高配筋率，以確保基礎(chǔ)的抗剪性能。在鋼筋布置方面，應(yīng)綜合考慮基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)，采用合理的布置方式。對(duì)于應(yīng)力分布較為均勻的基礎(chǔ)，可以采用均勻布置的方式；而對(duì)于容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位，應(yīng)進(jìn)行局部加強(qiáng)布置，以提高基礎(chǔ)的局部抗剪能力。還應(yīng)注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度和間距等參數(shù)的合理設(shè)置，確保鋼筋能夠與混凝土協(xié)同工作，充分發(fā)揮其作用。4.3荷載條件4.3.1豎向荷載與水平荷載對(duì)抗剪性能的影響豎向荷載與水平荷載作為巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)所承受的主要荷載類型，對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能有著復(fù)雜且關(guān)鍵的影響。在豎向荷載作用下，基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載傳遞至巖石地基。當(dāng)豎向荷載逐漸增大時(shí)，基礎(chǔ)底部與巖石地基之間的接觸應(yīng)力相應(yīng)增大，基礎(chǔ)所承受的剪力也隨之增加。在某實(shí)際工程中，隨著建筑物層數(shù)的增加，上部結(jié)構(gòu)傳遞給基礎(chǔ)的豎向荷載不斷增大，基礎(chǔ)底部的剪應(yīng)力也逐漸升高。當(dāng)豎向荷載超過(guò)一定限度時(shí)，基礎(chǔ)可能會(huì)發(fā)生剪切破壞，如基礎(chǔ)與巖石地基之間的界面出現(xiàn)滑動(dòng)，或者基礎(chǔ)自身因承受過(guò)大的剪力而發(fā)生斷裂。此外，豎向荷載的分布方式也會(huì)對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能產(chǎn)生影響。當(dāng)豎向荷載集中作用于基礎(chǔ)的某一區(qū)域時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的剪應(yīng)力顯著增大，增加基礎(chǔ)發(fā)生剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。在一些工業(yè)廠房中，由于大型設(shè)備的集中布置，基礎(chǔ)承受的豎向荷載分布不均勻，使得基礎(chǔ)局部區(qū)域的剪應(yīng)力過(guò)高，容易引發(fā)基礎(chǔ)的剪切破壞。水平荷載的作用使基礎(chǔ)的受力情況更為復(fù)雜。水平荷載會(huì)在基礎(chǔ)中產(chǎn)生水平方向的剪力和彎矩，對(duì)基礎(chǔ)的抗剪性能構(gòu)成挑戰(zhàn)。風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載會(huì)使基礎(chǔ)產(chǎn)生水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，基礎(chǔ)與巖石地基之間的摩擦力和粘結(jié)力需要抵抗這些水平力的作用。在地震作用下，基礎(chǔ)受到強(qiáng)烈的水平地震力，若基礎(chǔ)的抗剪能力不足，就可能發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致建筑物傾斜甚至倒塌。水平荷載的大小和方向的變化也會(huì)影響基礎(chǔ)的抗剪性能。當(dāng)水平荷載方向改變時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)在不同部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而影響基礎(chǔ)的抗剪能力。不同荷載組合下的抗剪設(shè)計(jì)要點(diǎn)也有所不同。在豎向荷載與水平荷載同時(shí)作用的情況下，需要綜合考慮兩者的相互作用。由于水平荷載的作用，基礎(chǔ)底部的壓力分布會(huì)發(fā)生改變，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)一側(cè)的壓力增大，另一側(cè)的壓力減小。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)這種壓力分布的變化，合理調(diào)整基礎(chǔ)的尺寸和配筋，以提高基礎(chǔ)的抗剪承載能力。在風(fēng)荷載和豎向荷載組合作用下，可通過(guò)增加基礎(chǔ)的埋深、提高基礎(chǔ)與巖石地基之間的摩擦力等措施，增強(qiáng)基礎(chǔ)抵抗水平力的能力。在地震荷載與豎向荷載組合作用時(shí)，除了考慮基礎(chǔ)自身的抗剪能力外，還需考慮地震作用的動(dòng)力特性，采用合適的抗震設(shè)計(jì)方法，如設(shè)置抗震構(gòu)造措施、增加基礎(chǔ)的延性等，以確?；A(chǔ)在地震作用下的安全。4.3.2荷載的長(zhǎng)期作用與反復(fù)作用對(duì)抗剪性能的影響荷載的長(zhǎng)期作用與反復(fù)作用對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能有著不容忽視的影響，深入了解其變化規(guī)律并采取相應(yīng)設(shè)計(jì)措施至關(guān)重要。在長(zhǎng)期荷載作用下，基礎(chǔ)的抗剪性能會(huì)發(fā)生顯著變化。巖石地基在長(zhǎng)期荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，即隨著時(shí)間的推移，巖石的變形不斷增加。這種蠕變變形會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)與巖石地基之間的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，基礎(chǔ)所承受的應(yīng)力分布也會(huì)隨之變化。長(zhǎng)期荷載作用還可能使巖石地基的強(qiáng)度逐漸降低，這是由于巖石內(nèi)部的微裂紋在長(zhǎng)期荷載作用下逐漸擴(kuò)展、連通，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)受損，從而降低了其抗剪強(qiáng)度。在某橋梁工程中，巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在長(zhǎng)期車輛荷載作用下，巖石地基出現(xiàn)了明顯的蠕變變形，基礎(chǔ)與巖石之間的摩擦力減小，基礎(chǔ)的抗剪承載能力下降，導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)了輕微的傾斜和裂縫。反復(fù)荷載作用對(duì)基礎(chǔ)抗剪性能的影響同樣顯著。地震、機(jī)器振動(dòng)等反復(fù)荷載會(huì)使基礎(chǔ)受到交變應(yīng)力的作用，導(dǎo)致基礎(chǔ)材料的疲勞損傷?；A(chǔ)中的混凝土和鋼筋在反復(fù)荷載作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸劣化，強(qiáng)度降低。反復(fù)荷載還可能引起基礎(chǔ)與巖石地基之間的松動(dòng)，進(jìn)一步降低基礎(chǔ)的抗剪性能。在地震頻發(fā)地區(qū)的建筑工程中，基礎(chǔ)在多次地震作用下，混凝土出現(xiàn)了裂縫擴(kuò)展、剝落等現(xiàn)象，鋼筋的疲勞損傷也較為嚴(yán)重，使得基礎(chǔ)的抗剪承載能力大幅下降，建筑物的安全性受到嚴(yán)重威脅。針對(duì)長(zhǎng)期荷載和反復(fù)荷載作用，應(yīng)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮巖石地基的蠕變特性，適當(dāng)增加基礎(chǔ)的安全儲(chǔ)備。通過(guò)提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度等級(jí)、增加基礎(chǔ)的尺寸或采用加固措施等方式，增強(qiáng)基礎(chǔ)抵抗長(zhǎng)期荷載作用的能力。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，可預(yù)留一定的變形余量，以適應(yīng)巖石地基的蠕變變形。對(duì)于反復(fù)荷載作用，應(yīng)采用合理的抗震設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施。增加基礎(chǔ)的配筋率，提高基礎(chǔ)的延性，使基礎(chǔ)在反復(fù)荷載作用下能夠更好地吸收能量，減少疲勞損傷。在基礎(chǔ)與巖石地基之間設(shè)置緩沖層或采用特殊的連接方式，增強(qiáng)基礎(chǔ)與巖石之間的粘結(jié)力，減少反復(fù)荷載作用下基礎(chǔ)與巖石之間的松動(dòng)。還應(yīng)定期對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理基礎(chǔ)在長(zhǎng)期荷載和反復(fù)荷載作用下出現(xiàn)的問(wèn)題，確?；A(chǔ)的安全性能。4.4環(huán)境因素4.4.1地下水對(duì)巖石地基和基礎(chǔ)抗剪性能的影響地下水在巖石地基和基礎(chǔ)抗剪性能方面扮演著關(guān)鍵角色，其水位變化和水質(zhì)特性會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生多方面影響。當(dāng)水位上升時(shí)，巖石地基會(huì)被水飽和，巖石的有效應(yīng)力降低，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降。巖石的內(nèi)摩擦角和粘聚力會(huì)因水的潤(rùn)滑作用而減小，從而降低了巖石的抗剪能力。在某工程中，由于地下水位季節(jié)性上升，巖石地基的抗剪強(qiáng)度降低了約20%，使得基礎(chǔ)在相同荷載作用下的剪應(yīng)力超過(guò)了巖石的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)了局部破壞。地下水位的波動(dòng)還可能引發(fā)地基的不均勻沉降，進(jìn)一步影響基礎(chǔ)的抗剪性能。當(dāng)水位上升時(shí)，地基土的壓縮性增大，而水位下降時(shí)，地基土又會(huì)產(chǎn)生回彈，這種反復(fù)的變形會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)與巖石地基之間的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，使基礎(chǔ)承受的應(yīng)力分布不均勻，增加了基礎(chǔ)發(fā)生剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。水質(zhì)也是一個(gè)重要因素。如果地下水中含有侵蝕性物質(zhì)，如硫酸鹽、碳酸鹽等，會(huì)對(duì)巖石和基礎(chǔ)材料產(chǎn)生化學(xué)侵蝕作用。硫酸鹽會(huì)與混凝土中的水泥成分發(fā)生反應(yīng)，生成膨脹性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、強(qiáng)度降低。在某沿海地區(qū)的工程中，由于地下水中含有較高濃度的硫酸鹽，基礎(chǔ)混凝土在使用幾年后出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫和剝落現(xiàn)象，基礎(chǔ)的抗剪承載能力大幅下降。這種化學(xué)侵蝕不僅會(huì)降低基礎(chǔ)材料的強(qiáng)度，還會(huì)削弱基礎(chǔ)與巖石地基之間的粘結(jié)力，從而影響基礎(chǔ)的抗剪性能。針對(duì)地下水的影響，可采取一系列防水、排水措施。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)合理確定基礎(chǔ)的埋深，使基礎(chǔ)底面位于地下水位以上，避免基礎(chǔ)直接與地下水接觸。當(dāng)基礎(chǔ)埋深無(wú)法避開(kāi)地下水位時(shí)，可設(shè)置防水板或防水層，阻止地下水滲入基礎(chǔ)。采用卷材防水、涂料防水等方法，在基礎(chǔ)表面形成一層防水屏障，有效防止地下水對(duì)基礎(chǔ)的侵蝕。排水措施也至關(guān)重要，可通過(guò)設(shè)置排水系統(tǒng)，如盲溝、集水井等，及時(shí)排除地下水，降低地下水位。在巖石地基中設(shè)置排水孔，將地下水引導(dǎo)至集水井，再通過(guò)水泵排出，以減少地下水對(duì)巖石地基和基礎(chǔ)的不利影響。還可以對(duì)地下水進(jìn)行處理，降低其侵蝕性。通過(guò)化學(xué)沉淀、離子交換等方法，去除地下水中的有害成分，減輕對(duì)巖石和基礎(chǔ)的侵蝕作用。4.4.2溫度變化對(duì)巖石地基和基礎(chǔ)抗剪性能的影響溫度變化會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生膨脹和收縮，這對(duì)巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪性能產(chǎn)生重要影響。巖石是一種熱脹冷縮的材料，當(dāng)溫度升高時(shí)，巖石會(huì)膨脹；當(dāng)溫度降低時(shí)，巖石會(huì)收縮。這種膨脹和收縮會(huì)在巖石內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這些裂縫的存在會(huì)破壞巖石的完整性，降低巖石的強(qiáng)度和抗剪性能。在一些山區(qū)，晝夜溫差較大，巖石地基在長(zhǎng)期的溫度變化作用下，出現(xiàn)了大量的裂縫，導(dǎo)致地基的承載能力下降，基礎(chǔ)的抗剪性能也受到了嚴(yán)重影響。溫度變化還會(huì)影響基礎(chǔ)與巖石地基之間的粘結(jié)力。當(dāng)溫度升高時(shí)，基礎(chǔ)和巖石地基都會(huì)膨脹，但由于它們的膨脹系數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)與巖石地基之間產(chǎn)生相對(duì)位移。這種相對(duì)位移會(huì)使基礎(chǔ)與巖石地基之間的粘結(jié)力減小，從而降低基礎(chǔ)的抗剪性能。在某工程中，由于夏季溫度較高，基礎(chǔ)與巖石地基之間的粘結(jié)力下降了約15%，導(dǎo)致基礎(chǔ)在承受水平荷載時(shí)，出現(xiàn)了滑動(dòng)現(xiàn)象。為應(yīng)對(duì)溫度影響，在設(shè)計(jì)中可采取以下建議。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置伸縮縫。伸縮縫可以有效地釋放溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力，避免基礎(chǔ)和巖石地基因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生破壞。伸縮縫的間距應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓闆r、巖石地基的特性以及基礎(chǔ)的尺寸等因素合理確定。在溫度變化較大的地區(qū)，伸縮縫的間距應(yīng)適當(dāng)減??；而在溫度變化較小的地區(qū)，伸縮縫的間距可以適當(dāng)增大。還可以采用保溫隔熱措施。在基礎(chǔ)周圍設(shè)置保溫層，如聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板等，可以有效地減少溫度變化對(duì)基礎(chǔ)的影響。保溫層可以降低基礎(chǔ)表面的溫度變化幅度，從而減小溫度應(yīng)力的產(chǎn)生。在一些寒冷地區(qū)，通過(guò)在基礎(chǔ)周圍設(shè)置保溫層，有效地保護(hù)了基礎(chǔ)，提高了基礎(chǔ)的抗剪性能。在選擇基礎(chǔ)材料時(shí)，應(yīng)考慮材料的熱膨脹系數(shù)。盡量選擇熱膨脹系數(shù)與巖石地基相近的基礎(chǔ)材料，以減小基礎(chǔ)與巖石地基之間的相對(duì)位移，提高基礎(chǔ)與巖石地基之間的粘結(jié)力。在混凝土基礎(chǔ)中，可以通過(guò)添加外加劑等方式，調(diào)整混凝土的熱膨脹系數(shù)，使其與巖石地基的熱膨脹系數(shù)相匹配。五、巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)的工程案例分析5.1案例一：某高層建筑巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)5.1.1工程概況某高層建筑位于山區(qū)，總建筑面積達(dá)50000平方米，地上30層，地下2層，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。該建筑的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)坐落于巖石地基上，巖石類型主要為花崗巖，巖石完整性較好，節(jié)理、裂隙相對(duì)較少。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，花崗巖的主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如下：抗壓強(qiáng)度平均值為120MPa，彈性模量為50GPa，泊松比為0.25，內(nèi)摩擦角為40°，粘聚力為2.5MPa。地下水位較深，對(duì)基礎(chǔ)施工和使用影響較小。該高層建筑上部結(jié)構(gòu)傳遞到柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的荷載較為復(fù)雜。豎向荷載主要包括建筑物的自重、樓面活荷載以及設(shè)備荷載等，經(jīng)計(jì)算，單個(gè)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)承受的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8000kN，設(shè)計(jì)值為10000kN。水平荷載主要考慮風(fēng)荷載和地震作用，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，基礎(chǔ)承受的水平力為800kN；根據(jù)該地區(qū)的地震設(shè)防烈度和場(chǎng)地條件，地震作用下基礎(chǔ)承受的水平力設(shè)計(jì)值為1200kN。同時(shí)，由于上部結(jié)構(gòu)的布置和受力特點(diǎn)，基礎(chǔ)還承受一定的彎矩作用，彎矩設(shè)計(jì)值為1500kN?m。5.1.2抗剪設(shè)計(jì)過(guò)程與方法本案例采用數(shù)值模擬法進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)，利用有限元軟件ANSYS建立了巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的三維模型。在模型建立過(guò)程中，將基礎(chǔ)視為鋼筋混凝土材料，巖石地基采用實(shí)體單元模擬，考慮了巖石的非線性特性。基礎(chǔ)與巖石地基之間的接觸采用面-面接觸單元模擬，以準(zhǔn)確模擬兩者之間的相互作用。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和相關(guān)規(guī)范，確定了模型中的各項(xiàng)參數(shù)。對(duì)于巖石地基，輸入其抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角和粘聚力等物理力學(xué)參數(shù)；對(duì)于鋼筋混凝土基礎(chǔ)，輸入混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、彈性模量、泊松比以及鋼筋的屈服強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)。在荷載施加方面，按照實(shí)際工程中的荷載情況，在基礎(chǔ)頂部施加豎向荷載、水平荷載和彎矩。豎向荷載采用均布荷載的形式施加在基礎(chǔ)頂面上；水平荷載根據(jù)風(fēng)荷載和地震作用的分布特點(diǎn)，以分布力的形式施加在基礎(chǔ)側(cè)面；彎矩則通過(guò)在基礎(chǔ)頂部施加等效的集中力偶來(lái)實(shí)現(xiàn)。模型建立和參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)有限元軟件的求解器，計(jì)算得到基礎(chǔ)在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及位移情況。重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)底部和柱腳處的剪應(yīng)力分布，以評(píng)估基礎(chǔ)的抗剪性能。在模擬計(jì)算過(guò)程中，考慮了多種荷載組合工況，包括正常使用極限狀態(tài)下的荷載組合和承載能力極限狀態(tài)下的荷載組合。通過(guò)對(duì)不同工況下模擬結(jié)果的分析，確定基礎(chǔ)的最不利受力狀態(tài)，為抗剪設(shè)計(jì)提供依據(jù)。5.1.3設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用效果通過(guò)數(shù)值模擬分析，得到了基礎(chǔ)在不同荷載工況下的抗剪性能指標(biāo)。在正常使用極限狀態(tài)下，基礎(chǔ)底部的最大剪應(yīng)力為1.5MPa，小于基礎(chǔ)混凝土的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.0MPa，滿足抗剪要求。在承載能力極限狀態(tài)下，基礎(chǔ)底部的最大剪應(yīng)力為2.5MPa，接近混凝土的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，但仍在安全范圍內(nèi)。從模擬結(jié)果的應(yīng)力云圖和位移云圖可以看出，基礎(chǔ)的應(yīng)力分布較為均勻，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，基礎(chǔ)的變形也在允許范圍內(nèi)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)該高層建筑的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括基礎(chǔ)的沉降、傾斜以及應(yīng)力變化等。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在建筑物施工和使用過(guò)程中，基礎(chǔ)的沉降量較小，最大沉降量為15mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求?；A(chǔ)的傾斜度也在允許范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的傾斜現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)際承受的剪應(yīng)力與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果較為接近，驗(yàn)證了抗剪設(shè)計(jì)的合理性和有效性。該高層建筑在建成投入使用后，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)因基礎(chǔ)抗剪問(wèn)題導(dǎo)致的安全隱患。這表明本案例中采用的數(shù)值模擬法進(jìn)行巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)是可行的，能夠準(zhǔn)確評(píng)估基礎(chǔ)的抗剪性能，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。通過(guò)對(duì)該案例的分析，也為類似工程的巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)提供了有益的參考和借鑒。5.2案例二：某橋梁工程巖石地基柱下獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪設(shè)計(jì)5.2.1工程概況某橋梁工程橫跨一條河流，全長(zhǎng)1200m，采用連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)形式。該橋梁共設(shè)置30個(gè)橋墩，每個(gè)橋墩下均采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直接坐落于巖石地基上。橋址處的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖石主要為砂巖，局部夾雜頁(yè)巖夾層。砂巖的抗壓強(qiáng)度平均值為60MPa，彈性模量為30GPa，泊松比為0.28，內(nèi)摩擦角為35°，粘聚力為1.8MPa。頁(yè)巖夾層的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，平均值為30MPa，且其厚度和分布范圍不均勻。地下水位較高，距離地面約3m，對(duì)基礎(chǔ)的施工和使用有一定影響。該橋梁所承受的荷載主要包括恒載和活載。恒載包括橋梁結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝層重量等，經(jīng)計(jì)算，單個(gè)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)承受的恒載標(biāo)準(zhǔn)值為4500kN，設(shè)計(jì)值為5500kN?；钶d主要考慮車輛荷載和人群荷載，根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)等級(jí)和交通流量，車輛荷載采用公路-I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，人群荷載為3.5kN/m2。在最不利荷載組合下，單個(gè)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)承受的活載設(shè)計(jì)值為1500kN。此外，由于橋梁位于河流之上，還需考慮風(fēng)荷載和水流力的作用。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，基礎(chǔ)承受的水平力為300kN；水流力在不同水位條件下有所變化，最大設(shè)計(jì)值為200kN。5.2.2抗剪設(shè)計(jì)過(guò)程與方法本案