巖土工程勘察設(shè)計的若干基本概念顧寶和

巖土工程勘察設(shè)計的若干基本概念顧寶和第1頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四目錄1概念與方法2與巖土工程有關(guān)的地下水問題3孔隙水壓力與有效應(yīng)力原理4作用、抗力與安全度5地基承載力6地基變形，地基與結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)第2頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四1概念與方法1.1巖土工程的主要概念1.2概念的重要性1.3概念與方法關(guān)系第3頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四1.1巖土工程的主要概念幾個常識性案例1珊瑚石的土粒密度，經(jīng)驗估值取2.67？2休止角測定值340、內(nèi)摩擦角取320、地基承載力特鉦值取120kPa？3勘察報告中用抽水試驗主孔與觀測孔的水力坡度計算地下水流速？4建筑物的計算沉降小于載荷試驗的沉降？第4頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四用變形模量按理論公式換算壓縮模量理論：壓縮模量側(cè)限條件下進行，變形模量無此側(cè)限條件，Es大于E0

E0=βEs實際：試驗條件不同，與理論關(guān)系不符。高壓縮性土兩者較接近，低壓縮性土E0明顯高于Es

第5頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四某工程的滲流破壞基坑深約9m，自然水位約4m，上部和坑底下2~3m為粉土和粉粘，其下為巨厚長辛店礫石層，降水井深在礫石層表面，外圍回灌。開挖至7m見水，強行挖到底，周邊挖溝填礫排水，坑中普遍發(fā)現(xiàn)“上升泉”，坑底土載荷試驗極不正常，土質(zhì)嚴(yán)重擾動。第6頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四判斷為坑底粉土豎向滲透性遠遠大于水平滲透性實質(zhì)為滲流變形破壞，后改用樁基。第7頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四幾個概念性問題巖溶地基一柱一樁好不好？土是否都是越擠越密？高層建筑、框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)的變形控制性模式各有什么不同？順層邊坡、膨脹土邊坡、危巖邊坡的破壞模式錨桿支護，一根破壞，成片倒塌的漸進式破壞。樁筏基礎(chǔ)，嵌巖樁設(shè)計，部分嵌入，部分未嵌入，因支撐剛度不同的漸進式破壞。第8頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四巖土工程的主要概念

地質(zhì)演化方面：巖土成因、結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化作用、巖溶與土洞的形成、地震與斷裂、液化機制、滑坡等不良地質(zhì)作用與地質(zhì)災(zāi)害的演化等；巖土力學(xué)方面：靜力平衡原理、應(yīng)力應(yīng)變原理、孔隙水壓力與有效應(yīng)力原理、滲透破壞原理、地下水運動規(guī)律、土與結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。環(huán)境方面：建筑材料腐蝕性，廢棄物填埋、工程建設(shè)對環(huán)境的影響等。第9頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四1.2概念的重要性概念不清的人，經(jīng)驗是表面的，片面的，非理性的，只見現(xiàn)象，不見本質(zhì)，憑直觀的局部經(jīng)驗處理問題，容易犯原則性的錯誤；概念清楚的人獲得的經(jīng)驗是全面的，理性的，系統(tǒng)的，遇到工程問題時，能透過現(xiàn)象，看到本質(zhì)，舉一反三，有很強的洞察能力和判斷能力，能自覺地運用理論和經(jīng)驗。經(jīng)驗應(yīng)上升到理論層面上去總結(jié)。第10頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四1.3概念與方法關(guān)系概念：不是事物的現(xiàn)象，事物的片面，不是他們的外部聯(lián)系，而是抓住了事物的本質(zhì)，事物的總體，事物的內(nèi)在聯(lián)系，是認(rèn)識過程的理性階段。方法：勘探方法、測試方法、施工方法、計算分析、軟件的應(yīng)用、文字與圖的表述等。第11頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四概念與方法的關(guān)系方法或手段是工程師的肢體，科學(xué)概念是工程師的靈魂，方法的合理應(yīng)用必須有靈魂來統(tǒng)帥。有了機智的靈魂，強健的肢體才能發(fā)揮出能力。第12頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四理論與經(jīng)驗結(jié)合工程師階層的產(chǎn)生

工程師需要經(jīng)驗,經(jīng)驗是衡量工程師能力的主要尺度。但須與理性的概念結(jié)合，分散的非理性的經(jīng)驗不一定可靠，植根于理性的經(jīng)驗才有生命力。工程師需要理論，理論具有普遍性，理論才能認(rèn)識事物的本質(zhì)，理論掌握深淺是衡量工程師水平的重要尺度。但必須與實踐經(jīng)驗結(jié)合，某些深奧的理論對認(rèn)識事物的本質(zhì)可能有用，但用于解決工程問題未必優(yōu)于簡易的經(jīng)驗方法。第13頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四反對兩個盲目性片面強調(diào)理論，輕視經(jīng)驗；片面強調(diào)經(jīng)驗，輕視理論。認(rèn)識問題要深入，深刻的理論才能揭示事物本質(zhì)。解決問題要簡捷，注重工程效果，不追求理論完美。第14頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2巖土工程有關(guān)的地下水問題2.1靜水壓力2.2流網(wǎng)2.3越流滲透2.4滲透變形與破壞2.5裘布依假定第15頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2.1靜水壓力特征靜水壓力的等向性靜水壓力的三角形分布靜水壓力與土的孔隙度無關(guān)靜水壓力與土的滲透系數(shù)無關(guān)第16頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四靜水壓力等向性靜水中只存在壓應(yīng)力,剪應(yīng)力均為零，否則就會流動。各個方向的壓力均相同，水壓力的作用必與該界面垂直。水土分算將孔隙水壓力提出，主動被動側(cè)壓力系數(shù)均為1.0，土用有效強度計算；水土合算將水壓力合并在土壓力中，隨土的總應(yīng)力強度變化。從概念上分析，水土分算符合有效應(yīng)力原理。第17頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四壓力的三角形分布僅與深度有關(guān)，與邊界形狀，與水體大小無關(guān)。流經(jīng)弱透水層水頭損失，浮力降低，但工程與土之間必須緊密接觸或嚴(yán)密封閉。①工程含水層弱透水層第18頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四靜水壓力與土的滲透系數(shù)無關(guān)滲透系數(shù)小只產(chǎn)生滯后效應(yīng)，長期效應(yīng)與其他土相同。除非完全不透水，不傳遞靜水壓力。靜水壓力與土的孔隙度無關(guān)第19頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2.2流網(wǎng)流網(wǎng)力學(xué)概念明確，解題直觀，利于深入理解滲流現(xiàn)象的本質(zhì)特性第20頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四流網(wǎng)性質(zhì)

等勢線與流線正交；如各等勢線間的差值相等，各流線間的差值相等，則各網(wǎng)格的長寬比相等；在不透水邊界，等勢線與之垂直，流線與之平行；在等水頭邊界，流線與之垂直，等水頭邊界即等勢線；等勢線越密，水力梯度越大；流線越密，流量越大。網(wǎng)格越密，水力梯度、流速、流量越大，由滲透造成的孔隙水壓力越大，越易產(chǎn)生滲透變形；反之，網(wǎng)格越稀，水流越平穩(wěn)。第21頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2.3越層滲流地下水頭的變化

多層地下水夾弱透水層時如水頭不相等，發(fā)生豎向越流滲透。下層水頭較高向上滲流；上層水頭較高向下滲流。以大氣降水為主要補給源時，向下滲流，下層水頭較低；山前側(cè)向補給深層地下水時，下層水頭高，上層水頭較低。原理與水平向滲流相同。無越層滲流的多個含水層，同一平面位置上，上下各點的水頭相同，與深度無關(guān)第25頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四自上而下滲流第26頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四自下向上滲流第27頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2.4滲透變形與破壞地下水在土體流動，受土粒的阻力，產(chǎn)生水頭損失，按作用和反作用原理，水流必定對土粒施加一種滲流力。滲流力是一種體積力，量綱與水的重度相同，大小與水力梯度成正比，方向與水流方向一致，用下式表示：

J=γWi

第28頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四流土當(dāng)上下水頭差增大至某一數(shù)值，向上的滲流力克服了土的向下重力時，土顆粒懸浮，移動，發(fā)生流土。

流土多發(fā)生在級配均勻的粉細砂或粉土中，具有突發(fā)性，危險性很大。流土發(fā)生的條件不僅取于滲透力大小，還與土的顆粒級配、密度及透水性有關(guān)。使土開始產(chǎn)生流土現(xiàn)象的水力梯度稱臨界水力梯度，第29頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四管涌

在滲流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的骨架孔隙中移動流失，隨著土中孔隙擴大，滲流速度不斷增加，較粗的顆粒又繼續(xù)被帶走，最后在土體內(nèi)形成貫通的水流通道，就是管涌。管涌在滲流出口處首先發(fā)生，逐漸向內(nèi)部發(fā)展，有個時間發(fā)展過程，是一種漸進性破壞。流土與管涌的判別規(guī)范有規(guī)定第30頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四2.5裘布依假定含水層水平、均質(zhì)，有自由水面；抽水穩(wěn)定后，地下水以徑向軸對稱流入井中，圓柱形側(cè)面影響半徑處保持常水頭；抽水穩(wěn)定后,井周圍圓柱形斷面不同深度處的水力梯度相等，水力梯度等于動水曲面的坡度；井壁潛水面與井水位齊平。第31頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四裘布依公式不適用于大降深襲布依假定忽略了豎向分量，對承壓水井，符合二維流，水力梯度為ds/dx，符合假定；對潛水井，有彎曲的潛水面，流線彎曲，等勢面不垂直，屬三維流，裘布依假定意味著令ds/dx=ds/dl，等壓面垂直，等壓面上不同深度的水頭均相等，水力梯度均相等。

只有在水力梯度相當(dāng)小時才成立。離井越遠，垂直分量越小，誤差越?。环粗?，誤差越大。第33頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四潛水井流線第34頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四潛水井的滲出面問題

裘布依假設(shè)井壁潛水面與井水位齊平，不存在滲出面，如不存在滲出面，當(dāng)井內(nèi)水位降到含水層底板時，過水?dāng)嗝婷娣e為零，涌水量也應(yīng)為零，實際仍出水。就是從滲出面上滲出的。自然界潛水面出口處的下降泉，基坑壁有時“疏不干”，均說明:滲出面的存在。第35頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四影響半徑的“悖論”裘布依公式中的影響半徑是獨立的參數(shù)，與抽降、滲透系數(shù)無關(guān)。經(jīng)驗公式的影響半徑則是降深和滲透系數(shù)的函數(shù)。庫薩金公式：實際經(jīng)驗也與降深和滲透系數(shù)有關(guān)。裘布依公式的影響半徑是虛擬的概念。第36頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流裘布依單井公式及由疊加原理導(dǎo)出的群井公式，均為穩(wěn)定流。實際基坑降水是穩(wěn)定流還是非穩(wěn)定流，視現(xiàn)場條件、補給條件、抽水量等情況而定，有的開始抽水為非穩(wěn)定流，后期轉(zhuǎn)為穩(wěn)定流；有的始終為非穩(wěn)定流。第37頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四潛水泰斯公式問題A導(dǎo)水系數(shù)是變數(shù)而不是常數(shù)；B井的附近是三維流，既要考慮水平分量，還要考慮垂直分量；C含水層中釋放出來的彈性儲存量（與儲水系數(shù)有關(guān)）很少，而主要來自含水層的疏干（與給水度有關(guān)），與給水度有關(guān)的儲存水不是瞬間完成，而是逐漸釋放的。目前尚無嚴(yán)格的解析解。第38頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)值法尚有非完整井，繞流隔水帷幕，注水補給等問題?；咏邓膹?fù)雜性為三方面，一是含水層和隔水邊界分布的復(fù)雜性，變化多端,滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)變化無常，且不易確定。二是補給條件的復(fù)雜性，包括補給邊界、補給類型和補給強度；三是抽灌引起滲流場的復(fù)雜變化，如何預(yù)測潛水自由面隨時間的升降過程。數(shù)值法有較大的適應(yīng)性，但也不能過分依賴，不能以為有了一個商業(yè)軟件就能解決一切問題。第39頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3孔隙水壓力與有效應(yīng)力原理3.1孔隙水壓力的類型3.2有效應(yīng)力原理3.3壓縮固結(jié)過程中的孔隙水壓力3.4孔隙水壓力與土的抗剪強度3.5地震液化與孔隙水壓力3.6壓實、強夯、擠土樁與孔隙水壓力第40頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.1孔隙水壓力的類型（1）靜水壓力穩(wěn)定狀態(tài)時的地下水壓力（2）滲流力滲流運動，沿滲流方向的滲流力（3）超靜水壓力由于靜力或動力，在靜水壓力基礎(chǔ)上增長，非穩(wěn)定性質(zhì)，有發(fā)生、積累、消散的過程，與土的有效強度密切相關(guān)。（4）負孔隙水壓力存在于非飽和土中。第41頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.2有效應(yīng)力原理太沙基有效應(yīng)力原理

σ＝u＋σ’

受到外力，包括靜壓，沖擊、打樁、車輛，地震等，原已穩(wěn)定，完全由土顆粒承擔(dān)壓力（有效應(yīng)力）狀態(tài)被打破，全部或部分由孔隙水承擔(dān)，孔壓上升、積累，有效應(yīng)力降低。隨著孔隙水從土中排出，超靜水壓力逐漸消散，直至恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。消散的快慢決定于土的滲透性和滲流路徑。第42頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.3固結(jié)過程的孔隙水壓力第43頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四固結(jié)過程基本概念1固結(jié)沉降是孔隙水壓力即超靜水壓力消散的過程；2固結(jié)沉降的速率決定于土的滲透系數(shù)和排水路徑的遠近；3滲透系數(shù)很小的軟黏土，不解決排水問題的單純預(yù)壓，效果不好；4為加速固結(jié)沉降，在土體中建立排水通道，消散孔隙水壓力是最有效的措施。第44頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.4孔隙水壓力與土的抗剪強度1砂土孔壓消散快，對正常加荷速率，強度與加荷速率關(guān)系不大。地震瞬時動荷載導(dǎo)致松砂液化。2粉土和粘性土，加荷初期孔壓最高，有效強度最小，最危險，隨時間推移，孔壓消散，有效強度提高，安全性提高。滲透性越小，提高越慢。3慢速加載有利于充分發(fā)揮土的強度,提高安全度。第45頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四抗剪強度試驗與孔隙水壓力直剪試驗快剪固結(jié)快剪慢剪三軸試驗對飽和土取樣膨脹產(chǎn)生負孔壓，可先預(yù)飽和非飽和土只是借用飽和土原埋總應(yīng)力法有三套指標(biāo)，有效應(yīng)力法有一套指標(biāo)第46頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四UU試驗CU試驗UU試驗

增大σ3只引起孔壓增加，有效應(yīng)力不變，故只有c，φ為0，抗剪強度線為水平線。土成為凝聚材料，不是摩擦材料，強度隨深度而增大。CU試驗：

正常固結(jié)土，抗剪強度線通過原點，c為0，部分飽和土，包線前段為非飽和狀態(tài)，c不等于0。超固結(jié)土，前段受先期固結(jié)壓力影響，抗剪強度偏高第47頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四飽和粘性土不排水剪UU第48頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四部分飽和土不排水剪UU第49頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四正常固結(jié)土固結(jié)不排水剪CU第50頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四超固結(jié)土固結(jié)不排水剪CU第51頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四CD試驗：有效應(yīng)力法

CD試驗：正常固結(jié)土，包線通過原點，但φ值比CU試驗高超固結(jié)土，包線不通過原點，c值決定于先期固結(jié)壓力有效應(yīng)力法

CU試驗測孔隙水壓力，得c，

φ，第52頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四正常固結(jié)土排水剪CD第53頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四超固結(jié)土排水剪CD第54頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第55頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四抗剪強度指標(biāo)的應(yīng)用問題直剪與三軸剪各有優(yōu)缺點有效應(yīng)力法符合土力學(xué)原理難以估計現(xiàn)場孔壓工程中很少應(yīng)用

固結(jié)、不固結(jié)、排水、不排水都是極端情況，工程中只按接近情況選用工程勘察的三軸試驗只做3~4個莫爾圓，包線按直線非飽和土只是借用飽和土原埋第56頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.5超靜水壓力與地震液化

砂土或粉土震密，孔壓迅速上升，失去強度，大幅沉陷。

粘性土,有粘聚力不液化粗砂礫石,孔壓消散快，不易液化粉細砂、粉土最易液化第57頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四非飽和土的破壞面

非飽和土存在基質(zhì)吸力，存在負孔隙壓力，用三維方式表達土的應(yīng)力與強度關(guān)系。第58頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四地震液化與孔隙水壓力液化和非液化震害區(qū)別非液化慣性力造成建筑損壞、倒塌，數(shù)秒鐘內(nèi)發(fā)生液化地基失效，噴水冒砂，土體滑移，地裂縫建筑物沉陷、拉裂、傾鈄，數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘過程第59頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四噴水冒砂嚴(yán)重水土流失，地面和建筑大幅沉陷，無法計算液化而不噴冒，危害不大噴冒點分布受地形，地層，工程影響，集中在溝渠、井、基礎(chǔ)外側(cè)噴冒后土的密度極不均勻，噴胃孔咐近

N=0噴冒前有“”水夾層第60頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四建筑基礎(chǔ)下液化液化次序基礎(chǔ)外側(cè)最易液化，自由場次之，基礎(chǔ)下最晚兩側(cè)土先軟化，失去支承，壓力重分布，基礎(chǔ)下應(yīng)力增加，失穩(wěn)，表現(xiàn)兩側(cè)噴冒程度超過自由場，基礎(chǔ)大幅沉陷大基礎(chǔ)有利于抗液化破壞第61頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四液化的判別剪應(yīng)力比較簡化法統(tǒng)計法規(guī)范方法第62頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四K0=1.0時的孔壓與應(yīng)變第63頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四西特的剪應(yīng)力比較簡化法0.65是隨機振動轉(zhuǎn)換為等效均勻循環(huán)振動的系數(shù)γd為對剛體的折減系數(shù)。第64頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四《抗震規(guī)范》判別式第65頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四3.6壓實、強夯、擠土樁

與孔隙水壓力1飽和軟粘性土，不宜壓實、夯實、擠密加固。2飽和軟粘性土，慎用擠土樁。單樁和樁數(shù)少的可能問題不大，對樁數(shù)多的樁筏基礎(chǔ)應(yīng)特別慎重。3樁筏采用擠土樁時，嚴(yán)格控制樁距，不能過密。間隔跳打，設(shè)置孔壓監(jiān)測，及時調(diào)整施工進程，嚴(yán)格控制孔隙水壓力。舉例第66頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四4作用、抗力與安全度4.1作用--荷載4.2材料性能4.3安全度的表達4.4討論第67頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四4.1作用---荷載能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)(結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、位移、應(yīng)變、裂縫等)的各種因素稱為作用，荷載是最常見的作用第68頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四荷載的主要類型

1永久荷載，例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力等。2可變荷載，例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。

3偶然荷載，例如爆炸力、撞擊力等。第69頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四永久荷載主要特征1在任一時刻，發(fā)生的概率接近或等于1；2在結(jié)構(gòu)使用期間，荷載值隨時間的變化可以忽略；3荷載值的不確定性的量級與其他荷載相比小很多。巖土荷載雖然也是永久荷載，但取值方法由規(guī)范專門規(guī)定，如有效自重壓力、側(cè)土壓力，地下水浮力等。第70頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四可變荷載特征1在任一時刻，荷載出現(xiàn)與否是隨機事件；2在結(jié)構(gòu)使用期間，荷載的量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略不計；3可變荷載隨空間變化，也可以是隨機的。第71頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四地震作用與偶然荷載地震作用：根據(jù)地震動加速度、地震特征周期，按地震反應(yīng)譜取值。偶然荷載：結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短，如撞擊、爆炸、火災(zāi)、龍卷風(fēng)等。偶然荷載出現(xiàn)是罕遇事件，概率極小。第72頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四荷載代表值建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對不同荷載采用不同的代表值。永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值；可變荷載根據(jù)設(shè)計要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值；偶然荷載按建筑結(jié)構(gòu)使用特點確定其代表值。標(biāo)準(zhǔn)值是概率分布的某一分位數(shù)，如95%。第73頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四荷載組合1基本組合；結(jié)構(gòu)計算

2偶然組合；3標(biāo)準(zhǔn)組合；地基承載力4頻遇組合；5準(zhǔn)永久組合。沉降計算

荷載分項系數(shù)第74頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四4.2材料性能材料基本力學(xué)性能1強度，抗壓、抗拉、抗剪；2變形，彈性變形和塑性變形；3脆性和延性；4耐久性巖土既可作為荷載，又可作為材料提供抗力，還可作為腐蝕介質(zhì)和地震波傳播介質(zhì)。第75頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四4.3安全度的表達

事物的不確定性1事物的隨機性概率論、數(shù)理統(tǒng)計和隨機過程2事物的模糊性模糊數(shù)學(xué)比隨機性更為深刻的不確定性3信息和知識的不完善性客觀信息的不完善性，主觀知識的不完善性第76頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四安全度的表達1

1容許應(yīng)力法

正常使用條件下，比較荷載作用和巖土抗力，要求強度有一定儲備，變形滿足正常使用要求。荷載和抗力的取值都是定值，建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。

安全度已經(jīng)隱含其中信息不充分，依賴經(jīng)驗情況下，有效而實用第77頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四安全度的表達22單一安全系數(shù)法

R、S、K、〔K〕分別為抗力、作用、安全系數(shù)和目標(biāo)安全系數(shù)，都是定值，非隨機變量，都是經(jīng)驗的，屬于定值法。第78頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四安全度的表達33

極限狀態(tài)法將巖土及有關(guān)結(jié)構(gòu)置于極限狀態(tài)進行分析達到某種極限狀態(tài)（承載能力、變形等）時的抗力。有明確的安全度，可用多安全系數(shù)，但仍屬于定值法。第79頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四安全度的表達44概率極限狀態(tài)法將設(shè)計變量視為隨機變量，對作用、抗力、安全度進行概率分析，按失效概率量度設(shè)計的可靠性，將安全儲備建立在概率分析的基礎(chǔ)上

三個水準(zhǔn)；水準(zhǔn)I、水準(zhǔn)Ⅱ、水準(zhǔn)Ⅲ。目前普遍采用的是水準(zhǔn)Ⅱ即近似概率法，以可靠指標(biāo)為安全度量度指標(biāo)。第80頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四可靠度用于結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)的第一層次《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153國家標(biāo)準(zhǔn)的第二層次《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50199《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50158《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50216《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50283《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ68-84概率極限狀態(tài)設(shè)計原則己經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的共同準(zhǔn)則。第81頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四巖土工程設(shè)計應(yīng)用可靠度問題研究工作繼續(xù)深入用于規(guī)范的兩種意見與《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》協(xié)調(diào)，首先解決地基極限承載力和對土的參數(shù)概率統(tǒng)計，再解決可靠指標(biāo)β等問題發(fā)展水平上巖土和結(jié)構(gòu)差距較大，土的抗剪強度指標(biāo)，可靠性差，不確定因素多，還需依靠經(jīng)驗。用地基容許承載力即可，精度很差或者連精度的大致范圍都不清楚的設(shè)計進行可靠性分析，沒有意義。處理好結(jié)構(gòu)與巖土之間關(guān)系

第82頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四4.4討論巖土工程難以精確計算的瓶頸在哪里？充滿不確定性--最突出的問題巖土體結(jié)構(gòu)和巖土材料性能裂隙水和孔隙水壓力信息的隨機性、模糊性和不完善性信息處理和計算的不確切性和不精確性科學(xué)技術(shù)崇尚定量和精確，但巖土工程還是不嚴(yán)密、不完善，不夠成熟的科學(xué)技術(shù)，定性判斷和定量計算兼顧，理論和經(jīng)驗并重第83頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四巖土體結(jié)構(gòu)的不確定性

巖土地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖土材料自然形成勘察查明不能選定和控制體系和構(gòu)件不明確，計算條件不明確，單純計算不可信沒有截面計算，分不清截面可靠度和系統(tǒng)可靠度

結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件尺寸工程師設(shè)計材料工程師選定均可控體系和構(gòu)件明確，計算條件明確，計算可信截面計算為主，做截面可靠度分析

第84頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四巖土參數(shù)的不確定性巖土材料變異性大,與位置有關(guān)，相關(guān)距離水平相變和豎向相變試驗尺寸與計算尺寸差別大，試驗方法多樣計算參數(shù)取綜合水平結(jié)構(gòu)材料相對均勻與位置無關(guān)試驗尺寸與計算尺寸差別相對小按一般材料統(tǒng)計參數(shù)代表值第85頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四裂隙水和孔隙水壓力的多變性裂隙水：脈狀、網(wǎng)狀、層狀、巖溶水。富水性、透水性和水壓力差別非常大。查清有時非常困難。水位、水頭變化：季節(jié)、多年、人為靜水壓力、超靜水壓力、滲透力孔隙水壓力的增長消散：液化、擠土效應(yīng)非飽和土基質(zhì)吸力第86頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四地質(zhì)作用和地質(zhì)演化的復(fù)雜性地震：液化、震陷、塌陷、邊坡失穩(wěn)、永久性地面變形和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害；河、湖、海：沖刷、侵蝕、搬運和淤積，對水利工程和航道工程的影響；地下水：巖溶，土洞，塌陷；風(fēng)化作用；滑坡、泥石流等：發(fā)生、發(fā)展、消亡、復(fù)活等地質(zhì)演化過程。第87頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四計算模式的不確切性舉例地基承載力計算變形計算邊坡穩(wěn)定計算第88頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四理論導(dǎo)向和經(jīng)驗判斷“理論導(dǎo)向，經(jīng)驗判斷，實測定量”

理論使我們透過現(xiàn)象，看到本質(zhì)，舉一反三，憑直觀和局部經(jīng)驗處理問題，極易犯概念性原則性的錯誤。只有植根于理論的經(jīng)驗才有生命力。單純理論計算不可靠，原因在于巖土工程充滿著不確定性和信息的不完善性。實測定量或?qū)崪y驗證第89頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5地基承載力5.1地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求5.2地基承載力的含義5.3怎樣確定地基承載力？5.4《地基規(guī)范》的三個版本第90頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5.1地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求1承載力滿足基底壓力要求2滿足建筑物對變形的要求3滿足建筑物的整體穩(wěn)定第91頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四地基變形沉降量、傾斜、沉降差、局部傾向、相對撓曲

傾斜

沉降差第92頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四局部傾斜與相對撓曲第93頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四建筑物整體穩(wěn)定⑴崩塌、滑坡、泥石流的場地；⑵基巖面凹凸不平地基上的建筑；⑶巖溶、土洞、塌陷發(fā)育區(qū)，地下采空區(qū)；⑷建在斜坡上或斜坡邊緣的建筑；⑸已建工程附近深開挖或強抽水；⑹風(fēng)、地震等水平力作用下的抗滑，抗傾覆；(7)

沖刷，挖方等引起的邊坡失穩(wěn)。第94頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四第95頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5.2什么叫做地基承載力？1地基土的強度能夠承受荷載的能力，不包括地基變形。極限承載力臨塑荷載臨界荷載2一定的強度儲備，變形不超過允許值。

3“地基承載力特征值是指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值,”

第96頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四地基承載力討論屬承載能力范疇，變形控制屬正常使用極限狀態(tài)范疇。從彈性變形到塑性變形到破壞，與變形問題耦合在一起。不能看成地基土的力學(xué)指標(biāo)

可視為地基強度的宏觀表現(xiàn)。除與土的強度指標(biāo)有關(guān)外，還與土層組合、埋藏條件、（持力層，下臥層）、加荷速率、基礎(chǔ)型式、埋深和尺寸大小等有關(guān)。第97頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5.3怎樣確定地基承載力？極限荷載確定地基承載力pu=cNc+qNq+γbNb/2

第98頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四臨塑荷載與臨界荷載pcr=cNc+γdNd/2fak=γbMb+γmdMd+ckMc

第99頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四公式計算注意問題⑴假定均質(zhì)土，層狀土塑性區(qū)不同于理論公式。⑵抗剪強度指標(biāo)最敏感，務(wù)必正確合理選取。⑶只考慮強度，未考慮變形，多數(shù)情況變形控制。⑷大尺寸基礎(chǔ)，規(guī)范限制，寬度大于6m按6m計，尺寸大、埋深大的基礎(chǔ)塑性區(qū)如何開展，缺少研究，實際上變形起控制作用。⑸軟土用界限荷載偏于不安全，常用臨塑荷載。第100頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四載荷試驗確定承載力理論較粗糙，但直觀，與工程經(jīng)驗接近，《地基規(guī)范》列為最主要方法，其他理論和經(jīng)驗方法均以載荷試驗為準(zhǔn)，需進行深度和寬度修正工作量大，費用高，時間長。試驗數(shù)量有限結(jié)合室內(nèi)試驗和原位測試綜合分析。第101頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四承載力表源于經(jīng)驗統(tǒng)計

是經(jīng)驗的總結(jié)，缺乏理論基礎(chǔ)。簡便，不能濫用，避免把復(fù)雜問題簡單化。全國性的地基承載力表不可取，子樣足夠，數(shù)據(jù)可靠，分析合理，建立地方的承載力表是可行的。

第102頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四確定地基承載力方法討論無論何種方法都有局限性，地基承載力不存在唯一的值，也不可能太精確，即使同一地點的同一類土，不同工程不同方法可以得到不同的地基承載力，應(yīng)根據(jù)具體情況具體條件綜合判定。無論采用何種方法確定的地基承載力，均需保證地基穩(wěn)定，地基土基本處在壓縮變形階段。第103頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5.4《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》

的三個版本（JBJ7-74）

地基容許承載力（GBJ7-89）《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》）已發(fā)布，

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計值（GB50007-2002）

地基承載力特征值第104頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四GBJ7-89存在的問題形式上基本符合《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，實質(zhì)上地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值還是容許承載力，反而造成術(shù)語概念的混亂按《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，抗力標(biāo)準(zhǔn)值是概率分布的某一分位數(shù)，和極限狀態(tài)關(guān)聯(lián)，但（GBJ7-89）地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為容許值。按《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，抗力設(shè)計值是標(biāo)準(zhǔn)值除以大于1.0的分項系數(shù)，設(shè)計值小于標(biāo)準(zhǔn)值，但（GBJ7-89）設(shè)計值是標(biāo)準(zhǔn)值的深寬修正，設(shè)計值大于標(biāo)準(zhǔn)值。第105頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四GB50007-2002的調(diào)整取消了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值，改用地基承載力特征值；調(diào)整了土的抗剪強度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的確定方法;載荷試驗確定地基承載力特征值稍有調(diào)整；取消了用土的物理性質(zhì)查地基承載力的表

對應(yīng)的荷載作了相應(yīng)調(diào)整大體回到GBJ7-74第106頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四6地基變形，地基與結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)6.1沉降計算的規(guī)范方法6.2沉降計算問題討論6.3結(jié)構(gòu)的剛度6.4減輕不均沉降的結(jié)構(gòu)措施6.5地基與結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)第107頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四6.1沉降計算的規(guī)范方法第108頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四e---p曲線和e---logp曲線第109頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四考慮應(yīng)力歷史的沉降計算第110頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四不同OCR的沉降計算第111頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四5.2沉降計算問題討論1應(yīng)力歷史和卸荷再壓縮問題2三維壓縮與一維壓縮問題3土的非線性問題4軟土的即時沉降、主固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降5壓縮試驗精度問題6經(jīng)驗修正系數(shù)問題7原位測試確定變形參數(shù)問題8積累原型工程觀測數(shù)據(jù)

第112頁，共124頁，2023年，2月20日，星期四6.3結(jié)構(gòu)的剛度----柔性結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)、鋼排架結(jié)構(gòu)，一般柱下獨立基礎(chǔ)。油罐、棧橋、管道支架結(jié)構(gòu)變形與地基變形一致，地基變形對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生附加應(yīng)力，結(jié)構(gòu)也沒有調(diào)整地基不均