[教育]巖土工程評價與設計方法講座-巖土工程評價方法(下)

1、巖土工程評價與設計方法講座第一部分巖土工程評價方法（下）,五. 勘察報告中的巖土工程評價,1. 地基承載力評價2.場地的均勻性評價,1.地基承載力評價,勘察報告提供的地基承載力特征值僅是強度參數(shù)還是同時滿足強度與變形要求的綜合參數(shù)？用承載力公式確定的地基承載力是否必須驗算沉降？很多勘察單位直接把地基承載力標準值變?yōu)榈鼗休d力特征值。因89規(guī)范與2002規(guī)范上部結構荷載組合不同，導致計算出的基礎底面積明顯減少，對此很多結構設計人員提

2、出疑問。,《建筑地基基礎設計規(guī)范》計算地基土強度特征值的公式中涉及土的容重項，如果地下水位不同時，地基承載力的計算結果是不一樣的。但如按靜探結果、標貫試驗或物理性指標計算或查表求其承載力時，根本與地下水位無關。用《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》的極限承載力公式可以提供地基承載力嗎？不知道這能否用于中低層建筑勘察的特征值取值依據(jù)？,用平板載荷試驗得到的承載力，用公式計算的承載力，不管是極限還是允許值，也不管標以什么名稱，都是從強度概念得到的

3、承載力，不包含變形的概念。影響建筑物變形的因素非常復雜，不可能在用載荷試驗確定的承載力和用公式計算得到的承載力時能夠控制建筑物的變形值。建筑物地基基礎的設計必須滿足強度和變形兩方面的要求，但并不是要求承載力控制必須同時包含變形控制。,有的時候，承載力與變形都必須計算，有的時候強度滿足了要求，變形也自然滿足。例如根據(jù)上海的地質(zhì)條件，硬殼層的載荷試驗數(shù)值可能達到150kPa左右，無論叫比例界限，特征值，臨界荷載，都是從硬殼層的強度得到的承

4、載力，用公式計算時是用了硬殼層的抗剪強度指標，載荷試驗試驗反映的也就是2～3m厚的硬殼層的承載力。,而建筑物的沉降，主要是由深層的軟土控制的，基礎面積大，應力傳得深，受壓縮的土層更厚，這些因素在載荷試驗中能反映嗎？顯然不能；在計算公式中能反映嗎？也是不能的。所以根據(jù)上海的地質(zhì)條件和工程經(jīng)驗，天然地基只能用80～100kPa，即過去的所謂老八噸。這個承載力是綜合考慮了地基的變形，一般情況下計算的沉降是可以滿足要求的，但承載力還是強度問題

5、，只是考慮了深層軟土對沉降的影響，取用值比較小一些而已。,同時，這個承載力也不能對變形打包票，在建筑物體型復雜，層高變化大時，即使用了很低的承載力，建筑物也還是有可能開裂的。在本書1.6節(jié)中詳細地介紹了一些案例，雖然建筑物的層數(shù)不多，基底壓力也并不高，但由于各種因素的影響，建筑物還是墻面開裂，嚴重地損壞了。,上海的《地基基礎設計規(guī)范》從1999年版開始，采用地基極限承載力公式按基礎的尺寸和埋置深度計算地基承載力，這本規(guī)范最近正在進行修編

6、。在上海地區(qū)，近年來對10個場地的淺層黏性土和粉土層一共做了39臺平板載荷試驗，以驗證地基極限承載力計算公式的適用性。試驗結果表明，上海地區(qū)淺層土的地基極限承載力在200kPa~300kPa之間，粉土的承載力高于黏性土，粉土的p～s曲線呈漸變型，無明顯轉折點；而黏性土的p～s曲線有明顯的線性段。,你談到了89版《建筑地基基礎設計規(guī)范》和2002版《建筑地基基礎設計規(guī)范》的關系，但大家忽略了還有一本74版的《工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范

7、》，而且這是個源頭。編制74版規(guī)范時，上部結構設計還沒有采用概率極限狀態(tài)設計方法，荷載采用的是標準值，地基容許承載力用p1/4公式計算或查地基承載力表，設計方法是十分標準的容許應力法。,但在編制89版規(guī)范時，上部結構設計已經(jīng)采用了概率極限狀態(tài)設計方法，因此地基設計的荷載也已經(jīng)用了設計值，與74版規(guī)范相比大約提高了25％左右，但由于地基承載力用的仍是容許值，無法用分項系數(shù)加以調(diào)整。盡管當時采取了一些提高地基承載力值措施，例如c、?的統(tǒng)計修

8、正系數(shù)采用85％的保證率，深寬修正以后承載力的增量不到10％的也乘以1.1的系數(shù)等，但這本規(guī)范頒布以后，總的反映是基礎的寬度設計得寬了，即承載力是用得低了些。,2002版《建筑地基基礎設計規(guī)范》實際上是回到了74版規(guī)范的設計水平，雖然在細部上有些差別，但在總體上是回到了74規(guī)范，即荷載小了，基礎明顯減小了，這是回歸到74規(guī)范的正常情況，不需要害怕。2002版規(guī)范與74版規(guī)范比較，安全度是一致的；與89規(guī)范比較，將本來高了一點的安全度拉了

9、下來，不必有疑問，很正常。,用承載力公式確定的地基承載力為什么必須驗算沉降？,《建筑地基基礎設計規(guī)范》考慮彈塑性影響計算的臨界承載力，在一定程度上考慮了變形的影響，卻還要驗算沉降。我想問，按我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》公式計算的承載力特征值還需要驗算沉降，是不是存在矛盾。,《建筑地基基礎設計規(guī)范》的公式來源于前蘇聯(lián)規(guī)范。前蘇聯(lián)的規(guī)范采用p1/4公式控制基底壓力的目的是為了進行沉降計算，認為基底以下塑性區(qū)的開展深度沒有超過1/4的基礎

10、寬度，地基中大部分區(qū)域還處于彈性狀態(tài)，可以用彈性理論計算應力，并用以計算沉降。滿足了這個公式恰恰是沉降計算的前提，并不是基底壓力小于p1/4公式計算的結果就不需要進行沉降計算了。,《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB 5007-2002基本上沿襲了前蘇聯(lián)規(guī)范的體系，用規(guī)范的地基承載力公式計算的結果并不包含沉降必然滿足要求的結論。恰恰相反，幾個版本的地基基礎設計規(guī)范都強調(diào)按照地基承載力公式計算結果確定的地基承載力，必須驗算沉降。你的理解上存在一

11、些問題。,問題之一是混淆了強度與變形兩個不同性質(zhì)的問題的界限。地基承載力與建筑物的沉降控制不能加以等同，前者是強度問題，與沉降控制不存在直接的因果關系，用強度指標得不到沉降量，用壓縮模量也得不到穩(wěn)定驗算的結果。,問題之二是不了解如何進行變形控制。變形控制必須控制計算沉降滿足建筑物的要求，根據(jù)不同類型的建筑物，用不同性質(zhì)的變形指標來控制，而承載力驗算只與基礎尺寸及埋置深度有關，與建筑物的類型沒有直接的關系，因此只驗算地基承載力不能替代變形

12、控制。,問題之三是地基承載力驗算與沉降計算所涉及的土層深度范圍不同。對地基承載力驗算有影響的主要是持力層和軟弱下臥層，層位太深的土層對承載力不會有什么影響。但深層的土層對沉降量還是有重要的影響，建筑物的平面尺寸越大、基礎的寬度越寬，對沉降有影響的深度范圍就越深。,2.場地的均勻性評價,場地的均勻性評價是巖土工程勘察的重要內(nèi)容，但對怎樣認識均勻性與均勻性評價的作用存在不同的理解，因而做法與結果也就不同。重點討論這三個問題：評價場地均勻

13、性的作用是什么？如何認識與處理場地土層的不均勻性？場地均勻性的評價方法,場地均勻性評價的作用是什么？,場地均勻性評價是手段而不是目的；為基礎方案選擇和采取工程措施提供依據(jù)；為方案或設計成果的比較提供建筑物性狀的定量或半定量的計算結果；勘察階段的均勻性評價不是最終結果。,場地均勻性評價是手段而不是目的,場地均勻性評價不是簡單地說明自然界，而是為了工程建設（設計與施工）的需要，分析與說明地基巖土層力學性狀的均勻性。因此，均勻性

14、評價的前提是工程建設的要求，均勻性評價的內(nèi)容是分析地基的均勻性對建筑物的影響，均勻性評價的結果為工程設計與施工方案提供依據(jù)。,為基礎方案選擇和采取工程措施提供依據(jù),勘察報告中均勻性評價的結果不是“均勻還是不均勻”，也不是簡單的“是否適宜于建設”之類的結論，更無法得出建筑物的不均勻沉降是多少，是否滿足規(guī)范要求等等的結論，而是提出設計時應注意什么問題，對基礎選型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建議。,勘察階段的均勻性評價主要著眼于地質(zhì)

15、條件，說明地質(zhì)條件對建筑物會產(chǎn)生什么樣的影響，設計施工時應采取什么對策。例如，對山區(qū)土巖組合地基，跨在兩種不同地質(zhì)單元上的建筑物地基，硬層或軟弱層的厚度變化比較大的地基等，這種地質(zhì)條件的不均勻性會對建筑物帶來不利的影響，在基礎選型、甚至上部結構選型時應該選擇適應性比較強的結構體系或基礎的類型。,或在地基基礎設計時，采取一些特殊的工程措施，例如設置褥墊層以調(diào)節(jié)不均勻沉降，又如在建筑物適當部位設置沉降縫以適應地基的不均勻沉降。至于，由于

16、地基的不均勻性所產(chǎn)生的不均勻沉降是多少，有些同行希望在勘察階段進行計算，或者審圖要求計算的事。我告訴大家，在勘察階段是計算不出來的，即使在設計階段，也不是所有的情況都能計算的。,如何認識與處理場地土層的不均勻性？,天然土層是均勻的還是不均勻的？從地質(zhì)學的觀點來看，總是不均勻的，但從工程學的觀點來看，在工程影響的范圍內(nèi)，需要進行局部化處理，將這個局部作為均質(zhì)體處理，例如相同的成因類型，同一個地質(zhì)單元，同一個土層，將其作為一個力學層。,

17、這樣局部化處理以后，對于局部化處理以后的地質(zhì)體，就可以抽樣試驗，可以統(tǒng)計分析，可以引用均質(zhì)體的理論進行力學的分析計算。一切巖土工程的勘探、取樣試驗、資料的統(tǒng)計分析、代表性指標的取值、代人解析解公式的計算、進入數(shù)值分析程序進行數(shù)學模擬都是建立在均質(zhì)體假定的基礎上進行的，如果不承認這個假定，那現(xiàn)行的設計計算就什么都不能做了。,但是，在巖土工程界，有的同行并不認同這個觀點。作為學術研究，當然是可以的。但作為巖土工程師處理實際工程問題的基

18、本觀點，卻使我深深地擔憂，在年輕一代的巖土工程師中，確實存在著缺乏工程實踐的基本訓練，缺乏正確的統(tǒng)計概念和力學概念這種狀況，對于工程師的成長，對于正確的工程判斷和處理工程問題是非常不利的。,A高教授能參與我們的討論，我感到很榮幸也很惶恐，我斗膽想繼續(xù)發(fā)表一些與高教授不同的觀點，希望提前得到高老的原諒，在此先謝謝高老。 我感到我們的討論已經(jīng)上升到了認識論與方法論的高度了：1、高老認為地質(zhì)體是均質(zhì)的，數(shù)據(jù)的離散性主要來源于取樣、試驗等具體

19、環(huán)節(jié)，因此用數(shù)理統(tǒng)計的方法來消除抽樣試驗方面的誤差，進而導出了關于場地的認識、土樣數(shù)量問題和均勻性評價等等問題的認識，認為公式中常用到經(jīng)驗系數(shù)和修正系數(shù)主要是修正此類不確定因素帶來的誤差；,2、另一種觀點認為地質(zhì)體是非均質(zhì)的，要研究其性質(zhì)必須要有足夠的數(shù)量的試驗，要在建筑物的不同位置布置勘探點，研究其不均勻性，至于數(shù)據(jù)離散性問題主要強調(diào)用統(tǒng)一的方法、設備和標準來規(guī)范其操作行為，因此而帶來的誤差是統(tǒng)一的，個別樣品的差距主要表現(xiàn)了抽樣母體的

20、差別，因此要用建筑物不同位置上的數(shù)據(jù)來評價其均勻性和傾斜等問題。,另一位網(wǎng)友發(fā)表了不完全相同的觀點：我認為在宇宙中沒有絕對的均質(zhì)物體，巖土體也一樣，如果不按均質(zhì)體研究，你有辦法反映巖土的量化數(shù)據(jù)么？你提出了地層的物理力學數(shù)據(jù)，就與你的前提矛盾了，你無法勘察，無法提供勘察報告。,從地質(zhì)勘察的角度來看，其研究對象主要是地質(zhì)體，估計沒有人能否認地質(zhì)體是非均質(zhì)、各向異性的，反過來說就是沒有人能證明地質(zhì)體是均質(zhì)的；但勘察成果是為工程設計服務的，

21、從設計角度來看，所有的計算模型或理論均假設地質(zhì)體是均質(zhì)，都要按均質(zhì)的理論來進行設計和計算，所以勘察報告中提供的承載力也好、其它任何指標也好都是把地質(zhì)體的性質(zhì)做了均質(zhì)化處理，所用的方法就是數(shù)理統(tǒng)計的方法即抽樣調(diào)查的法則，這個過程也就是巖土工程勘察工作。,總而言之就是勘察人認為地質(zhì)體是非均質(zhì)的，通過勘察過程將一定范圍內(nèi)的地質(zhì)體的性質(zhì)做均質(zhì)化處理，將結果提供設計人員使用，一個好的勘察人員必須要明白你所做的均質(zhì)化處理是否準確可靠、其風險概率有多

22、大等問題；工程設計人員要求將地質(zhì)體看做地均質(zhì)的，但一個好的設計師必須要了解地質(zhì)體的非均質(zhì)性所帶來的后果，并妥善處理好它們的關系。我想這也正是巖土工程師所必須具備的最基本的概念和素質(zhì)要求。,自然地質(zhì)條件是復雜的，巖土體是不均勻的，這是大家公認的事實，但作為工程研究的對象，需要認識它，研究它和處理它，又不得不把它局部化和簡單化，忽略次要的，解決主要的矛盾，這可能是自然科學研究和工程技術研究的不同之處。,對于不同類型的均勻性問題用不同方法來

23、處理。,作為巖土工程師，對于你勘察的場地，首先要做地質(zhì)工作，從地質(zhì)成因和地層年代上要區(qū)分清楚，是洪沖積的還是殘坡積的，是河漫灘還是階地，是第四紀地層還是老地層，這就是所謂的把地質(zhì)單元劃分正確，這是進一步考慮布置勘察試驗工作的基礎。,對于同一個地質(zhì)單元是否就是均勻的呢？不一定，例如土層厚度很可能是不均勻的，即使在平原地區(qū)，土層厚度也常常有較大的變化，因此需要用勘探點的間距來控制其厚度變化，不同的基礎類型對土層厚度的敏感性不同，因而布孔間距

24、的要求是不同的。,從土的性質(zhì)來研究土層均勻性，一般認為同一地質(zhì)單元可以作為均質(zhì)體來處理，可以采用統(tǒng)計的方法來處理試驗指標。如果不承認這一點，即使是最簡單的計算平均值的方法也就失去了理論的前提，就不能用平均值來處理試驗結果。也失去了鉆孔抽樣取土試驗的理論依據(jù)，那麻煩就大了。,將試驗指標用于工程計算時，計算公式的推導都有均質(zhì)土的假定，計算基礎中點沉降時，你必須承認土層是均勻的，包括深度方向和水平方向都是均勻的，如果不承認這一點，這個計算土中

25、應力的公式就不成立，還計算什么？,如果認為同一個地質(zhì)單元也存在不均勻性，而又希望把這種不均勻性探明顯示出來。如果采取在建筑物四個角點分別取土試驗的方法，但在水平方向上怎么把握兩個鉆孔之間的變化呢？認為一個孔的數(shù)據(jù)能代表多大的范圍，1m？2m？還是多少？就沒有底了。如果認為在深度方向上同一個土層也存在不均勻性，那在兩個取土點之間的不均勻性又如何把它探明？因此在對同一地質(zhì)單元的不均勻性假定的基礎上的勘察工作，連取土點的確定都會有很大的爭議，

26、事情就做不下去了。,在均質(zhì)土假定的基礎上，把各個勘探點、各個取樣點的數(shù)據(jù)的差異看成是隨機因素造成而不是系統(tǒng)因素造成的，這些隨機因素包括當年沉積時物質(zhì)的差異、年代的差異、沉積條件的差異、取土擾動程度的差異、試驗條件的差異等等。在這樣假定的基礎上，就可以用統(tǒng)計的方法來處理這些數(shù)據(jù)的隨機誤差了，數(shù)據(jù)的離散性或變異性是反映這種隨機因素影響的定量指標，通過計算，可以估計這些隨機誤差對計算結果所造成的影響有多大，這就是誤差估計和可靠度分析。,因此在

27、計算一幢建筑物的沉降時，一般都分層采用各層土的綜合壓縮曲線去確定其相應壓力段的壓縮模量，而且對于一個場地，如果是同一個地質(zhì)單元，也只分層地給出了每層土的綜合壓縮曲線。如果發(fā)現(xiàn)某一個范圍存在明顯的指標差異，那很可能是在地質(zhì)單元的劃分上出了問題。,防止不均勻性對建筑物的危害,地基不均勻性對建筑物的危害主要使建筑物傾斜與開裂。事先防范事故的發(fā)生無疑是十分重要的，在地基基礎設計時，對于那種十分明顯的不均勻地基，例如軟硬不均的地基，部分基巖出

28、露的地基，半填半挖的地基，存在暗浜的地基等等，首先需要加以界定，劃分其界限，分別研究其壓縮性，而是否會產(chǎn)生有害的不均勻沉降，,不均勻性一般不是靠計算出來的，而是根據(jù)工程的判斷，解決的方法是采取工程措施，使其均勻化，一般也不是靠計算結果來保證工程安全的。產(chǎn)生不均勻沉降的因素很多，地基壓縮性的不均勻性僅是一個方面，而土層的厚度變化，荷載的差異、荷載的偏心、施工時的擾動等可能是更重要的因素，它們所產(chǎn)生的不均勻沉降的數(shù)量級往往遠大于壓縮性的不均

29、勻。,人們在事先精確控制建筑物傾斜和開裂的本領還不大，特別依靠沉降計算的結果來控制不均勻沉降更是不太現(xiàn)實。為了保證工程的安全一般從兩個方面控制，一是采取工程措施來控制上述產(chǎn)生不均勻沉降的諸多因素，不使其發(fā)生，或降低其危害；二是控制計算平均沉降量的數(shù)量級，即控制基礎底面的壓力值，這就是變形控制設計的方法。,地基均勻性如何評價？,地基均勻性評價是否可理解為對持力層和下臥層的均勻性評價，對土層的評價結論是否說土層為均勻或不均勻地基土，還是地基

30、為均勻或不均勻地基？而且對場地土層是否應該全部進行評價？我曾經(jīng)見過一份報告上對本應該在基礎開挖將被挖除的填土層評價其均勻性，本人認為不合理，是否正確？,這是不均勻地基嗎？,根據(jù)你所列舉的這個地質(zhì)剖面，從土層的厚度分布，我實在看不出地基的均勻性存在什么問題。從現(xiàn)象上看，填土層的底面坡度比較大，似乎應該判為不均勻地基，但建筑物的基礎落在第②層粉質(zhì)黏土層上，將填土挖去了還有什么均勻性的問題呢？,對于《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》JGJ72-20

31、04關于地基均勻性評價的有關規(guī)定，可能存在不同的理解，也需要進行必要的討論：1) 均勻性判斷要求進行的，是“沉降、差異沉降、傾斜等特征分析評價”，并不是要求進行精確的定量計算。2) 均勻性判斷的目的是為了重視地貌、工程地質(zhì)單元和地基巖土層結構等條件對建筑物具有重要的控制性影響。,3) 其實模量當量值之比就等于虛擬變形之比，比較相同基底應力條件下的模量當量值之比，可以把基底應力約去，應力面積化為單位應力面積，再將分子分母中的單位應力面

32、積約去，最后只剩下虛擬變形的比值。,六. 巖土工程設計荷載取值與安全度控制方法,1.什么是極限狀態(tài)? 2.到底有幾種設計方法？ 3.如何處理巖土工程與上部結構不同設計方法所帶來的問題?4.如何控制巖土工程的安全度？5.怎樣計算荷載？,1.什么是極限狀態(tài)?,從設計方法的發(fā)展歷史來看，從工作狀態(tài)設計逐步演變?yōu)闃O限狀態(tài)設計。極限狀態(tài)設計是將建筑物的工作狀態(tài)與極限狀態(tài)之間保持一個足夠充分的安全儲備，以保證建筑物的承載力或正常使用的要

33、求都得到滿足。,承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)是兩種不同性質(zhì)的極限狀態(tài)控制方法。對應于結構或結構構件達到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形的狀態(tài)稱為承載能力極限狀態(tài)。對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。,承載能力極限狀態(tài)可理解為結構或結構構件發(fā)揮允許的最大承載能力的狀態(tài)。結構構件由于塑性變形而使其幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未達到最大承載能力，但已徹底不能使用，也屬于達到這種極限狀態(tài)。疲勞破壞

34、是在使用中由于荷載多次重復作用而達到的承載能力極限狀態(tài)。,按照我國統(tǒng)一標準的規(guī)定，當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀態(tài)：1） 整個結構或其一部分作為剛體失去平衡；2） 結構構件或連接因超過材料強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；3） 結構轉變?yōu)闄C動體系；,4） 結構或結構構件喪失穩(wěn)定；5） 結構因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；6） 地基喪失承載力而破壞；7） 結構或結構構件的疲勞破壞。,正常使用極

35、限狀態(tài)可理解為結構或結構構件達到使用功能上允許的某個限值的狀態(tài)。例如，某些構件必須控制變形、裂縫才能滿足使用要求。因過大的變形會造成如房屋內(nèi)粉刷層剝落、填充墻和隔斷墻開裂及屋面積水等后果；過大的裂縫會影響結構的耐久性；過大的變形、裂縫也會造成用戶心理上的不安全感。,按我國統(tǒng)一標準的規(guī)定，當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了正常使用極限狀態(tài)：1） 影響正常使用或外觀的變形；2） 影響正常使用或耐久性能的局部損壞；3） 影

36、響正常使用的振動；4） 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。,根據(jù)歐洲規(guī)范的規(guī)定，巖土工程的承載力極限狀態(tài)可以具體區(qū)分為下面5種承載力極限狀態(tài)設計。1） 結構物或巖土體作為剛體失去平衡，在這種極限狀態(tài)驗算時，結構材料和巖土的強度對抗力是不重要的，這種極限狀態(tài)簡稱為EQU。2）結構或構件的內(nèi)部破壞或過大變形，包括基礎、樁和地下室側墻等，在這種極限狀態(tài)驗算時，結構材料強度對抗力是至關重要的，這種極限狀態(tài)簡稱為STR。,3）巖土體的破壞或過大的

37、變形，在這種極限狀態(tài)驗算時，巖土的強度對抗力是至關重要的，這種極限狀態(tài)簡稱為GEO。4）由于水的浮力或其他豎向力引起結構物或巖土體平衡的喪失，這種極限狀態(tài)簡稱為UPL。5） 由于水力梯度所引起的巖土體隆起、沖刷或管涌，這種極限狀態(tài)簡稱為HYD。,根據(jù)我國統(tǒng)一標準的規(guī)定和歐洲規(guī)范的條文，“地基喪失承載力而破壞”或“巖土體的破壞或過大的變形”都是承載力極限狀態(tài)的一種。因此，地基承載力計算，按其性質(zhì)來說，應該取用承載力極限狀態(tài)的基本組合。

38、但由于《建筑地基基礎設計規(guī)范》所提供的地基承載力按其性質(zhì)是地基容許承載力，在設計表達式中不直接出現(xiàn)安全系數(shù)，不具備使用荷載設計值的條件，只能取用荷載的標準值，這是由所采用的設計方法決定的。,2.到底有幾種設計方法？,請問分項系數(shù)設計方法是否就是多系數(shù)設計方法？和總安全系數(shù)法有什么區(qū)別？《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002所采用的究竟是什么設計方法？這種設計方法與極限狀態(tài)設計又有什么關系？,極限狀態(tài)的數(shù)學表達式稱為極限狀態(tài)方程

39、，極限狀態(tài)方程是當結構處于極限狀態(tài)時各有關基本變量的關系式。基本變量是指影響結構可靠度的各種物理量，它包括：引起結構作用效應S（內(nèi)力等）的各種作用和環(huán)境影響，如恒荷載、活荷載、地震、溫度變化等；構成結構抗力R（強度等）的各種因素，如材料和巖土的性能、幾何參數(shù)等。分析結構可靠度時，也可將作用效應或結構抗力作為綜合的基本變量考慮。,如令R為抗力函數(shù)；S為作用函數(shù)，則極限狀態(tài)方程可表達為：抗力與作用之比稱為安全系數(shù)K＝R/S，兩者之差稱為

40、安全儲備：這是兩種不同的安全度控制的方法，即安全系數(shù)控制方法和失效概率（或可靠指標）控制方法。,不同的安全度控制的設計方法分為定值法和概率法兩種。定值法包括單一安全系數(shù)法（又稱為總安全系數(shù)法）、容許應力法和多系數(shù)法。概率法包括分項系數(shù)法和全概率法。采用允許應力法的設計表達式描述工作狀態(tài)的作用效應與抗力效應的關系，作用效應采用標準組合，抗力效應以容許值（包括試驗曲線的某種特征點，或理論公式的計算結果）表示，其安全度是隱含的，并不出

41、現(xiàn)在設計表達式中。在允許應力法計算中，不使用安全系數(shù)或分項系數(shù)。,采用總安全系數(shù)設計法的表達式描述的是極限狀態(tài)的作用與抗力的平衡關系。其中，抗力效應是極限值，包括試驗曲線上的極限臨界值，或根據(jù)極限理論計算的結果，作用效應是標準組合。在設計表達式中，總安全系數(shù)出現(xiàn)在抗力項的分母中，當然也可以理解為乘以作用效應的標準值再與抗力的極限值相平衡。,采用分項系數(shù)設計法的表達式描述極限狀態(tài)下設計驗算點的抗力效應的設計值與作用效應的設計值的平衡關系。

42、設計驗算點的失效概率是最大的，因此用驗算點的坐標（即設計值）來控制設計。,我國現(xiàn)行規(guī)范的主體工程結構設計方法主要采用分項系數(shù)法，而現(xiàn)行規(guī)范的巖土工程設計原則大多是多種設計方法并用。這種現(xiàn)狀就使設計工作復雜化了，不弄清楚這些問題，很容易出現(xiàn)錯誤。,《建筑地基基礎設計規(guī)范》,《建筑地基基礎設計規(guī)范》 采用了多種設計方法。地基承載力設計采用容許承載力法，即工作狀態(tài)設計方法。,地基穩(wěn)定性計算采用總安全系數(shù)法,設計表達式（13-5）即為該規(guī)范

43、的式（5.4.1）： 巖石錨桿抗拔承載力驗算采用允許應力法 式中的f值為水泥砂漿或混凝土與巖石間的粘結強度特征值，即容許粘結強度值。,第6章?lián)跬翂Ψ€(wěn)定性驗算采用總安全系數(shù)法 。第8章基礎結構承載力驗算采用分項系數(shù)法，所有的設計表達式中，作用均為基底的凈反力或由凈反力產(chǎn)生的基礎結構內(nèi)力，強度均為混凝土材料的相應強度設計值。,3.如何處理巖土工程與上部結構不同設計方法所帶來的問題?,地基基礎與上部結構無論在使用功能、

44、荷載傳遞或者建筑施工等方面都是不可分割的一個整體。 設計時應從上部結構到地基基礎，逐步傳遞荷載，始終保持各部分構件的靜力平衡和滿足強度變形的要求。,由于技術發(fā)展的側重面不同，上部結構和地基基礎的設計方法處于不同的發(fā)展階段。上部結構比較早地開始實行了向概率極限狀態(tài)設計的過渡，而地基基礎則仍處于總安全系數(shù)設計階段（例如樁基設計、擋土墻設計），甚至有些部分尚停留在容許應力設計階段（例如地基承載力設計）。,目前由于上部結構與地基基礎設計原則的不

45、統(tǒng)一，各種規(guī)范執(zhí)行不同的荷載規(guī)定，設計值與標準值混用；不同規(guī)范按不同的安全度標準建立評價體系，給設計人員帶來太多的麻煩，造成很多誤解。其結果是要么可能造成浪費，要么可能造成潛在的危險。上部結構設計驗算承載力時，荷載統(tǒng)一地采用設計值，抗力采用材料的強度設計值，沒有任何的懸念。,地基基礎設計中，驗算地基承載力問題時，由于地基承載力采用的是容許值，要求荷載取值，即基底壓力必須采用標準值。但驗算基礎結構的承載力時，由于材料強度用的是設計值，荷

46、載取值必須也采用設計值與之匹配。,單樁承載力驗算時，對于驗算由地基土對樁的支承所構成的承載力，與之相應的軸力是標準值，但由樁身強度構成的承載力驗算時必須用軸力的設計值。因此計算時必須注意區(qū)分標準值與設計值的不同取值和不同的適用條件。地基基礎設計時，確定淺基礎的平面尺寸、樁數(shù)等地基設計項目采用定值法，包括容許應力法和總安全系數(shù)法。例如地基承載力特征值（容許值）、單樁極限承載力處于安全系數(shù)得單樁承載力特征值（容許值）。,抗力的性質(zhì)是容許值

47、，標稱標準值或特征值；因此，荷載應采用標準值。如果荷載誤用設計值，設計的安全度過高。確定淺基礎的高度、基礎配筋、筏基結構設計、樁身強度驗算、承臺結構設計等項目采用分項系數(shù)描述的設計表達式。因此，抗力采用設計值；荷載也采用設計值。如果荷載誤用標準值，設計的安全度將會過低，偏于危險。上部結構荷載最終由基礎傳給地基，地基基礎設計必須與上部結構設計相協(xié)調(diào)。,在基坑工程設計時，問題與地基基礎設計正好相反，由土的強度指標計算得到的土壓力是標準值

48、，圍護結構的內(nèi)力也是標準值，但圍護結構的材料強度卻是設計值?？傊?，在地基基礎設計時，設計表達式兩端不匹配會造成浪費；而基坑工程設計時，設計表達式兩端不匹配則會造成安全度下降。,4.如何控制巖土工程的安全度？,討論工程安全度的控制與風險、影響巖土工程安全度的因素，包括體制的因素和技術的因素。 巖土工程是全過程的技術服務，包括勘察設計階段的安全度控制、施工與運營階段安全度的實現(xiàn)及可能存在的風險分析。,地基基礎設計，包括地基持力層承載力計算

49、、軟弱下臥層驗算、沉降計算、基礎結構驗算所用的荷載，必須是上部結構設計的結果，包括柱或墻根部的豎向力、水平力和彎矩。按每層的荷載估計值計算的結果，只能供編制勘察方案之用，不能用以做地基基礎設計。,有些結構物（如地下室、隧道、支擋結構、堤壩結構）設計時，巖土（包括巖土層中的水）作用于結構物的荷載成為控制設計安全度的主要荷載，包括土壓力、水壓力、浮力、揚壓力。注意這些根據(jù)土力學原理計算得到的荷載，按其性質(zhì)是標準值，不能直接與結構抗力（其

50、性質(zhì)是設計值）進行比較。,巖土的變形是建筑物的正常使用極限狀態(tài)驗算的“作用”，也是造成建筑物承載力極限狀態(tài)的“作用”之一。建筑物承受變形的能力，即允許變形值，是極限狀態(tài)驗算時建筑物的“抗力”?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》中的允許變形值，有些是正常使用極限狀態(tài)驗算的抗力，有些則是承載力極限狀態(tài)的抗力。[5],勘察設計階段是控制工程安全度的主要階段，如果在設計階段的安全度控制就有缺陷，設計安全度不足，或者對巖土體的工程性狀的認識有偏差，設計

51、參數(shù)的取值存在問題，或者設計計算模式?jīng)]有反映工程的主要機理，安全系數(shù)的取值過低，或者甚至發(fā)生漏項和缺項。勘察和設計從設計參數(shù)的取值和設計計算兩個方面來控制巖土工程的安全度，核心的環(huán)節(jié)是合理選取安全系數(shù)。,安全系數(shù)的取值與破壞計算模式有關，不同的工程問題、不同的計算模式，安全系數(shù)的取值是不同的。例如，地基承載力的安全系數(shù)為2～3，而擋土墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為1.3。并不表示地基承載力問題的安全度高于擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。因此不同破壞計算

52、模式的安全系數(shù)之間，不能相互比較安全系數(shù)的大小。,我國對安全系數(shù)的取值考慮工程具體情況太少，因地制宜不夠。安全系數(shù)的取值與抗力的確定方法有關。對相同的破壞計算模式，確定抗力的方法不同，抗力的可靠性不同，應該取用不同的安全系數(shù)。例如，歐洲規(guī)范對單樁承載力的安全系數(shù)，用載荷試驗確定的單樁承載力，由于數(shù)據(jù)比較可靠，可以采用比較小的安全系數(shù)。安全系。,安全系數(shù)的取值與巖土參數(shù)的試驗方法有關，當采用不同的抗剪強度指標計算時，安全系數(shù)的取值是不同

53、的。例如，如果采用預固結以后的試樣做不固結不排水試驗，得到的不排水強度cu會有很大的提高，如果利用這樣的試驗結果計算地基的穩(wěn)定性，就不能采用與傳統(tǒng)的試驗結果計算時相同的安全系數(shù)。,安全度控制風險的影響因素?？陀^的因素，取土試驗過程中對試樣的擾動、試驗方法的不標準、試驗結果的缺乏代表性、試驗結果分析計算方法的不標準等因素都會影響對設計安全度的控制主觀因素，工程師對試驗結果的評價與分析，對代表性指標的取用、對計算模式的選用等都會使得工程師對

54、安全度的控制偏離預期的期望值。,巖土工程安全度控制的關鍵是在勘察設計階段。巖土工程設計時，計算巖土抗力的強度參數(shù)，并不是像上部結構材料那樣，可以從技術標準中查到；由巖土所構成的荷載，也不可能從荷載規(guī)范得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗、測定和經(jīng)驗判斷取得。因此設計參數(shù)的取值是否符合設計的具體工程條件，是否反映了地質(zhì)條件的特點，都直接影響安全度的控制。但體制現(xiàn)狀卻非常不利于安全度的控制。,巖土工程參數(shù)分析與選定是巖土工程勘察內(nèi)業(yè)工作

55、的重要組成部分，是對原位測試和室內(nèi)試驗的數(shù)據(jù)進行處理、加工，從中提出代表性的設計、施工參數(shù)，作為巖土工程勘察分析評價的重要依據(jù)。巖土工程參數(shù)分析的內(nèi)容包括對原始數(shù)據(jù)的誤差分析和有效數(shù)字的取舍，數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征的分析，平均值和標準值的計算，參數(shù)間經(jīng)驗公式的建立及其圖表表示方法。,由于巖土體是自然形成的，其成分、結構和構造都是非均質(zhì)的和不確定的，勘察時的鉆孔或原位測試所取得的土樣或數(shù)據(jù)都有相當大的偶然性，采樣必然帶有隨機性。因此，巖土工程參數(shù)

56、的分析方法必須建立在隨機數(shù)學的基礎上，采用統(tǒng)計的方法獲得具有代表性的參數(shù)，對于巖土工程參數(shù)也只能從統(tǒng)計的概念上去理解，才能正確地使用。,對同一個巖土體，用同一種方法測定的巖土參數(shù)，每次的測定值并不完全相同，有時的分布范圍還相當廣，如何從中得到代表性的參數(shù)，需要研究這些數(shù)據(jù)的分布規(guī)律。將測定值按數(shù)值大小從小到大依次順序排列，就得到變量的數(shù)列，稱為值序統(tǒng)計量，形成一個經(jīng)驗的分布，這是定量研究的基礎。需要巖土工程師具有分析不確定性的視野和能力

57、，具有風險分析的能力。,巖土本身所產(chǎn)生的荷載，不論是作用于結構物或作用于巖土體上，其計算模式的正確與否，對安全度的控制是至關重要的。巖土本身所產(chǎn)生的荷載，一般也是采用巖土參數(shù)，選用一定的計算模式進行計算的結果，例如土壓力、水壓力、作用于土體或建筑物的浮力、作用于基礎底板的反力、作用于土體的滲透力等。,影響荷載計算結果正確性的因素。計算模式，計算假定是否反映了實際工程的主要控制因素？例如是空間問題還是平面問題、是彈性半無限體還是Wink

58、ler體系？計算工況，計算工況是否符合工程實際條件與自然條件？例如結構的支承、約束條件，水的作用條件。,計算參數(shù)，計算參數(shù)反映在工程具體條件下的巖土基本屬性與工況的影響？例如抗剪強度指標的選用、土的重度的選用等。,建筑物變形控制與承載力控制的主要差別是什么？,變形控制的作用是地基施加于建筑物的變形。而建筑物對變形的抵抗能力與結構體系的類型、結構的剛度、建筑物的體型、平面與立面的布置形式等建筑、結構因素密切相關，確定允許變形值是最困難

59、的，現(xiàn)行規(guī)范總結的大多是四十年前的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。,勘察設計階段是控制工程安全度的主要階段，如果在設計階段的安全度控制就有缺陷，設計安全度不足，或者對巖土體的工程性狀的認識有偏差，設計參數(shù)的取值存在問題，或者設計計算模式?jīng)]有反映工程的主要機理，安全系數(shù)的取值過低，或者甚至發(fā)生漏項和缺項。勘察和設計從設計參數(shù)的取值和設計計算兩個方面來控制巖土工程的安全度，核心的環(huán)節(jié)是合理選取安全系數(shù)。,影響安全系數(shù)取值的因素,安全系數(shù)的取值與破壞計算模式有關

60、，不同的工程問題、不同的計算模式，安全系數(shù)的取值是不同的。例如，地基承載力的安全系數(shù)為2～3，而擋土墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為1.3。并不表示地基承載力問題的安全度高于擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。因此不同破壞計算模式的安全系數(shù)之間，不能相互比較安全系數(shù)的大小。,我國對安全系數(shù)的取值考慮工程具體情況太少，因地制宜不夠。安全系數(shù)的取值與抗力的確定方法有關。對相同的破壞計算模式，確定抗力的方法不同，抗力的可靠性不同，應該取用不同的安全系數(shù)。例如，歐洲

61、規(guī)范對單樁承載力的安全系數(shù)，用載荷試驗確定的單樁承載力，由于數(shù)據(jù)比較可靠，可以采用比較小的安全系數(shù)。,安全系數(shù)的取值與巖土參數(shù)的試驗方法有關，當采用不同的抗剪強度指標計算時，安全系數(shù)的取值是不同的。例如，如果采用預固結以后的試樣做不固結不排水試驗，得到的不排水強度cu會有很大的提高，如果利用這樣的試驗結果計算地基的穩(wěn)定性，就不能采用與傳統(tǒng)的試驗結果計算時相同的安全系數(shù)。,安全度控制風險的影響因素,客觀的因素，取土試驗過程中對試樣的擾動、

62、試驗方法的不標準、試驗結果的缺乏代表性、試驗結果分析計算方法的不標準等因素都會影響對設計安全度的控制。主觀因素，工程師對試驗結果的評價與分析，對代表性指標的取用、對計算模式的選用等都會使得工程師對安全度的控制偏離預期的期望值。,巖土工程設計時，計算巖土抗力的強度參數(shù)，并不是像上部結構材料那樣，可以從技術標準中查到；由巖土所構成的荷載，也不可能從荷載規(guī)范得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗、測定和經(jīng)驗判斷取得。因此設計參數(shù)的取值是否

63、符合設計的具體工程條件，是否反映了地質(zhì)條件的特點，都直接影響安全度的控制。,巖土工程設計時，計算巖土抗力的強度參數(shù)，并不是像上部結構材料那樣，可以從技術標準中查到；由巖土所構成的荷載，也不可能從荷載規(guī)范得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗、測定和經(jīng)驗判斷取得。因此設計參數(shù)的取值是否符合設計的具體工程條件，是否反映了地質(zhì)條件的特點，都直接影響安全度的控制。,由于巖土體是自然形成的，其成分、結構和構造都是非均質(zhì)的和不確定的，勘察時的鉆孔

64、或原位測試所取得的土樣或數(shù)據(jù)都有相當大的偶然性，采樣必然帶有隨機性。因此，巖土工程參數(shù)的分析方法必須建立在隨機數(shù)學的基礎上，采用統(tǒng)計的方法獲得具有代表性的參數(shù)，對于巖土工程參數(shù)也只能從統(tǒng)計的概念上去理解，才能正確地使用。,對同一個巖土體，用同一種方法測定的巖土參數(shù)，每次的測定值并不完全相同，有時的分布范圍還相當廣，如何從中得到代表性的參數(shù)，需要研究這些數(shù)據(jù)的分布規(guī)律。將測定值按數(shù)值大小從小到大依次順序排列，就得到變量的數(shù)列，稱為值序統(tǒng)計

65、量，形成一個經(jīng)驗的分布，這是定量研究的基礎。需要巖土工程師具有分析不確定性的視野和能力，具有風險分析的能力。,巖土本身所產(chǎn)生的荷載，不論是作用于結構物或作用于巖土體上，其計算模式的正確與否，對安全度的控制是至關重要的。巖土本身所產(chǎn)生的荷載，一般也是采用巖土參數(shù)，選用一定的計算模式進行計算的結果，例如土壓力、水壓力、作用于土體或建筑物的浮力、作用于基礎底板的反力、作用于土體的滲透力等。,影響荷載計算結果正確性的因素,計算模式，計算假定是否

66、反映了實際工程的主要控制因素？例如是空間問題還是平面問題、是彈性半無限體還是Winkler體系？計算工況，計算工況是否符合工程實際條件與自然條件？例如結構的支承、約束條件，水的作用條件。計算參數(shù)，計算參數(shù)反映在工程具體條件下的巖土基本屬性與工況的影響？例如抗剪強度指標的選用、土的重度的選用等。,5.怎樣計算荷載？,請問設計部門提供的荷載是荷載效應的標準組合還是準永久組合或是基本組合，這三者之間如何換算？,對于不同的設計對象問題，采用

67、不同的荷載組合。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002的規(guī)定，為驗算地基承載力，確定基礎的尺寸時，荷載采用標準組合。計算沉降時，荷載采用準永久組合。驗算地基或構筑物的穩(wěn)定性時采用基本組合的設計值。驗算基礎內(nèi)力和配筋時采用基本組合的設計值。在勘察任務書中的荷載一般是供驗算地基承載力的，不清楚時可問設計人員。,這里有兩個不同的概念，不能認為都是簡單地乘一個系數(shù)。一個是所謂承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的區(qū)別，考慮的荷載內(nèi)

68、容是不同的，要根據(jù)實際工程情況，按荷載規(guī)范來計算。另一個是所謂標準值和設計值的區(qū)別，那是差一個分項系數(shù)，但也不都是1.25，如以恒載為主的情況就是1.35。,當?shù)鼗休d力為kPa如何轉換為噸，如130kPa轉換為噸是多少噸？我國過去實行公制，即CGS制，從79年代后期，國家決定將計量單位改為國際制，即SI制。通過20多年的強制性推廣，國際制已經(jīng)在我國得到了廣泛的應用，所有的工程技術標準都采用了國際制，所有的教科書也都采用了國際制，