第5章：巖土工程極限狀態(tài)

1、 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的可靠度： 令：R 結(jié)構(gòu)抗力 S 結(jié)構(gòu)在荷載（或作用）下產(chǎn)生的效應(yīng) 則：RS，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài) R = S 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài) RS，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài) 可靠度在設(shè)計基準(zhǔn)內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè) 計、正常施工、正常使用），結(jié)構(gòu)處于可靠 狀態(tài)的概率。用Ps表示。 失效概率：結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)的概率（Pf）。 可靠概率與失效概率的關(guān)系：Ps=1-Pf 規(guī)范中，用可靠指標(biāo))(SP 結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求:1）在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；2）在正常使用

2、時具有良好的工作性能；3）在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；4）在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 這些功能要求，包括了對結(jié)構(gòu)、和的要求，可概括為結(jié)構(gòu)可靠性的要求。 當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)： 當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)： 極限狀態(tài)設(shè)計 概率極限狀態(tài)設(shè)計spl容許應(yīng)力法l總安全系數(shù)法l概率極限狀態(tài)法 KSRKniQiciQiQQGGkkkSSSS21,0kkRafRS 1、巖土工程承載力極限狀態(tài)及案例： A. 在巖土中形成破壞機制 B. 由于巖土體的過大位移或變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物 發(fā)生結(jié)構(gòu)性的嚴(yán)

3、重?fù)p壞 l根據(jù)上海市政府公布的調(diào)查結(jié)果，房屋傾倒的主要原因是緊貼7號樓北側(cè)在短期內(nèi)堆土過高，最高處達(dá)10米左右。與此同時，緊臨大樓南側(cè)的地下車庫基坑正在開挖，開挖深度達(dá)4.6米。大樓兩側(cè)的壓力差使土體產(chǎn)生水平位移，過大的水平力超過了樁基的抗側(cè)能力，導(dǎo)致房屋傾倒。 2009年3月19日下午一點三十分左右，西寧市商業(yè)巷市場改造工程一工地的一段十多米高、二十米寬的基坑邊坡發(fā)生坍塌，造成8名工人遇難 山體滑坡 重慶.武隆山體滑坡珠海 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌事故 支護(hù)結(jié)構(gòu)型式： 無嵌固深度的逆作擋墻加鋼構(gòu)內(nèi)支撐型式，四周為攪拌樁加旋噴樁，東、西、北三面為兩排，南面為三排，攪拌樁深度18m左右，用旋噴樁加深至2

4、2.0m。該支護(hù)工程鋼筋混凝土直墻共分6層，鋼支撐分四層，分別支撐在第一、二、四、五層直墻上，標(biāo)高分別為-3m、-6.5m、-10m、-13.5m。每層鋼筋混凝土直墻共分35段，鋼支撐13道，每個角處有3道，成45度角對撐，東西面水平支撐一道。 沿軸線每隔6m設(shè)一根400-90預(yù)應(yīng)力管樁； 鋼支撐采用SS400型I60工鋼，其中一層角撐為2肢I(xiàn)60，其余3層角撐為4肢I(xiàn)60，施工時先施加200頓預(yù)應(yīng)力。 每道鋼筋混凝土擋土墻從上至下逆作施工，每道施工高度不大于2.5m。 在施工順序強調(diào)一道擋土墻施工封閉合攏后，挖去第一層土。第二道擋土墻起嚴(yán)格分段跳槽施工，分段長度淤泥土不超過8m，其它土不超過

5、12m。 當(dāng)鋼支撐應(yīng)力大于140MPa時應(yīng)立即通知業(yè)主。 事故經(jīng)過： 1998年1月26日該工程第一道砼擋墻沿基坑周邊封閉。 4月10日第四道砼擋墻已完成封閉，墻底開挖標(biāo)高11.7m，但4月22日實測基坑內(nèi)開挖深度已達(dá)15.0m，局部更深，東南達(dá)15.8m，西南達(dá)16.2m，東北達(dá)15.9m，西北達(dá)15.8m，坑內(nèi)局部深達(dá)16.8m，基坑內(nèi)土方開挖深度已低于第四層鋼支撐，而此時第四層鋼支撐并未安裝，連第三層鋼支撐也只安裝了11道，尚有1號和13號未安裝，由于土方開挖過快，開挖深度過大，支撐安裝滯后，測點至4月28日測試，超過130MPa的已達(dá)24個，超過150MPa的已達(dá)20個。而第一層支撐出

6、現(xiàn)了受壓變成了受拉桿件。 4月30日，發(fā)現(xiàn)砼擋墻下沉和傾斜已明顯增加。 5月2日、3日連續(xù)大、暴雨后，加速了上述險情增加。 5月6日上午，坑外地表已累計下沉176mm，鄰近基坑南側(cè)臨時工棚已向南傾斜200mm，下午2時許基坑南面鋼支撐突然發(fā)出連續(xù)爆裂聲、鋼支撐端部已多處開裂、脫落、失穩(wěn)，坑底土體隆起200mm，4時左右決定全線撤離，附近居民疏散。4：30分左右，基坑內(nèi)頻繁發(fā)生爆裂聲響，基坑?xùn)|南角首先發(fā)生坍塌（該處缺打6根400預(yù)應(yīng)力管樁），支護(hù)墻體呈后仰（“踢腳”）滑入坑內(nèi)。接著西南角（該處缺打2根400預(yù)應(yīng)力管樁），也呈后仰滑入坑內(nèi)，坑外3棟房屋整體性滑入坑內(nèi)（滑距達(dá)20余米），4小時后，約

7、晚上8時許，基坑北側(cè)相繼向坑內(nèi)滑塌，整個基坑全部倒塌。由于人員撤離及時，基坑未坍塌，未造成人員死亡事故。 破壞模式： “ “踢腳”“隆起”引起東南角土體首先塌陷、牽動西南角滑移，引起支撐體系失衡，導(dǎo)致整個基坑跨塌。杭州蕭山湘湖段地鐵基坑坍塌 2008年11月15日15時20分，杭州蕭山湘湖段地鐵施工現(xiàn)場發(fā)生塌陷事故。風(fēng)情大道坍塌形成了一個長75米、深15.5米的深坑，附近的河流決堤，河水倒灌，一度水深達(dá)6米多。 正在路面行駛的11輛車陷入深坑，數(shù)十名地鐵施工人員被埋，遇難人數(shù)達(dá)到21名，距事故現(xiàn)場僅一墻之隔的蕭山區(qū)城西小學(xué)，校園東邊的圍墻已全部垮塌，地下管線破壞。 上海軌道交通4號線越江隧道事

8、故 浦東南路站南浦大橋站區(qū)間隧道工程是上海市重大工程項目軌道交通四號線工程的一個重要組成部分。 浦東南路站到南浦大橋站區(qū)間隧道上行線長2001M，下行線長1987M，其中江中段440M。區(qū)間隧道頂最大埋深為37.7M，隧道中心線水平距離為10.984M，隧道最大坡度為3.2%。 盾構(gòu)從浦東向浦西推進(jìn)，在穿越黃浦江后經(jīng)防汛墻、外馬路、文廟泵站、音像制品批發(fā)交易市場進(jìn)入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行線逐漸由水平同向推進(jìn)轉(zhuǎn)為垂直同向推進(jìn)直至浦西南浦大橋站事故影響區(qū)域 事故經(jīng)過： 7月1日凌晨，聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生流沙涌水，導(dǎo)致隧道上下行線嚴(yán)重積水，進(jìn)泥沙。同時以風(fēng)井為中心的地面開始出現(xiàn)裂縫、沉降。 6：

9、00，音像樓發(fā)生明顯變形，墻面開裂，房屋開始傾斜。 7：30，地面裂縫明顯加劇，沉降加快。文廟泵站明顯沉降、傾斜，風(fēng)井也明顯沉陷。 9：00音像樓裙房發(fā)生二次突沉，并部分坍塌，大樓繼續(xù)傾斜，墻面開裂加劇。 15：00以風(fēng)井為中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范圍擴展到董家渡路、中山南路、外馬路、防汛墻。 20:00，防汛墻也開始出現(xiàn)裂縫，沉降進(jìn)一步發(fā)展。 1、事故的發(fā)生點：位于隧道的聯(lián)絡(luò)通道處(又稱旁通道)， 2、圍護(hù)方法：聯(lián)絡(luò)通道采用冰凍法進(jìn)行施工 3、風(fēng)井采用逆作法施工，已完成。文廟泵站突沉 臨江花苑門口地面塌陷 在30M深度以下，地層為第七層(1層、2層)，該土層砂性重，透水性

10、好，易液化。聯(lián)絡(luò)通道位于第七土層，同時該土層為上海第一承壓水層，承壓水最高水位為地面以下7.58M，最高水頭為21.7M。事故原因（1）凍結(jié)法施工方案調(diào)整缺陷： 降低對凍土平均溫度要求：10 C 8 C 制冷量不足：未考慮夏季施工損失； 凍結(jié)管數(shù)量減少（2422），長度縮短25m-16m)（2） 在凍結(jié)條件不太充分情況下進(jìn)行開挖： 要求凍結(jié)時間50天，實際43天； 6月24日回路溫差大于要求（3）施工單位對于險情征兆沒有采取有效措施： 壓力水流出、土溫上升 水壓力達(dá)到承壓水壓力沒有緊急止水措施，沒向隧道公司 和監(jiān)理公司匯報；（4）中煤上海分公司嚴(yán)重違章，擅自鑿洞；（5）監(jiān)理公司現(xiàn)場監(jiān)理人員失職

11、： 僅在6月25日、30日下井兩次： 29、30日日記：“各項工作均正常”（6）隧道公司現(xiàn)場管理人員失職：247月1日， 質(zhì)量員一次也未到工作面，2830日記”一切正?！皳岆U技術(shù)措施 事故的最后處理： 灌注了65m深的地 下連續(xù)墻； 開挖深度39.8m; 開挖面積：20236m.B. 由于巖土體的過大位移或變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物 發(fā)生結(jié)構(gòu)性的嚴(yán)重?fù)p壞 堆料室內(nèi)倉庫因大面積負(fù)荷,柱子向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動示意圖 地下水浮力造成結(jié)構(gòu)性破壞巖土工程承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計內(nèi)容舉例：樁 基：基坑支護(hù)： 2、巖土工程正常使用極限狀態(tài)及案例： 出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)： 巖土工程正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計

12、內(nèi)容舉例： 樁基：基坑支護(hù)： 變變 形形 特征特征地基土類別地基土類別 中、低壓縮性土中、低壓縮性土 高壓縮性土高壓縮性土 砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜0.0020.002 0.003 工業(yè)與民用建筑相鄰柱基的沉降差工業(yè)與民用建筑相鄰柱基的沉降差、框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、砌體墻填充的邊排柱、砌體墻填充的邊排柱、當(dāng)基礎(chǔ)的不均勻沉降時不產(chǎn)生附加應(yīng)力的結(jié)、當(dāng)基礎(chǔ)的不均勻沉降時不產(chǎn)生附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu) 0.002l0.002l0.0007l0.0007l0.005l0.005l 0.003l0.001l0.005l 單層排架結(jié)構(gòu)（柱距為單層排架結(jié)構(gòu)（柱距為6m6m）柱基的沉降量）柱基

13、的沉降量（mmmm） （120120） 200 橋式吊車軌面的傾斜（按不調(diào)整軌道考慮）橋式吊車軌面的傾斜（按不調(diào)整軌道考慮）縱向縱向橫向橫向 0.0040.0040.0030.003 建筑物的地基變形允許值建筑物的地基變形允許值多層和高層建筑的整體傾斜多層和高層建筑的整體傾斜 Hg24Hg24 24Hg60 24Hg60 60Hg100 60100 Hg100 0.0040.0040.0030.0030.00250.00250.0020.002 體型簡單的高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量（體型簡單的高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量（mmmm） 200200 高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜 Hg20Hg2

14、0 20Hg50 20Hg50 50Hg100 50Hg100 100Hg150 100Hg150 150Hg200 150Hg200 200Hg250200Hg250 0.0080.0080.0060.0060.0050.0050.0040.0040.0030.0030.0020.002高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量（高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量（mmmm） Hg100Hg100 100Hg200 100Hg200 200Hg250 200Hg250400300200注：注：1 1、本表數(shù)值為建筑物地基實際最終變形允許值；、本表數(shù)值為建筑物地基實際最終變形允許值； 2 2、有括號者僅適用于中壓縮性土；、有括號者僅適用于中壓縮性土； 3 3、l l為相鄰柱基的中心距離（為相鄰柱基的中心距離（mmmm）；）；HgHg為自室為自室外外 地面起算的建筑物高度（地面起算的建筑物高度（m m）；）； 4 4、傾斜指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距、傾斜指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；離的比值； 5 5、局部傾斜指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向、局部傾斜指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6 610m10m內(nèi)基內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值。礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值。承載能力 極限狀態(tài)？正常使用正常使用 極限狀態(tài)？極限狀態(tài)？地基變形巖土位移上海