勘察设计若干基本概念-30.ppt

1、岩土工程勘察设计的若干基本概念岩土工程勘察设计的若干基本概念 目目 录录 1 概念与方法 2 与岩土工程有关的地下水问题 3 孔隙水压力与有效应力原理 4 作用、抗力与安全度 5 地基承载力 6 地基变形，地基与结构的变形协调1 1 概念与方法概念与方法 1.1 1.1 岩土工程的主要概念岩土工程的主要概念1.2 1.2 概念的重要性概念的重要性1.3 1.3 概念与方法关系概念与方法关系 1.1 1.1 岩土工程的主要概念岩土工程的主要概念 几个常识性案例 1 珊瑚石的土粒密度，经验估值取2.67？2 休止角测定值340、内摩擦角取320、地基承载力特钲值取120kPa？3 勘察报告中用抽水

2、试验主孔与观测孔的水力坡度计算地下水流速？4 建筑物的计算沉降小于载荷试验的沉降？用变形模量按理论公式换算压用变形模量按理论公式换算压缩模量缩模量 理论：压缩模量侧限条件下进行，变形模量无此侧限条件，Es大于E0 E0=Es 实际：试验条件不同，与理论关系不符。高压缩性土两者较接近，低压缩性土E0明显高于Es 几个概念性问题几个概念性问题 岩溶地基一柱一桩好不好？土是否都是越挤越密？高层建筑、框架结构、排架结构、砌体结构的变形控制性模式各有什么不同？顺层边坡、膨胀土边坡、危岩边坡的破坏模式 锚杆支护，一根破坏，成片倒塌的渐进式破坏。桩筏基础，嵌岩桩设计，部分嵌入，部分未嵌入，因支撑刚度不同的渐

3、进式破坏。岩土工程的主要概念岩土工程的主要概念 地质演化方面：岩土成因、结构体与结构面、风化作用、岩溶与土洞的形成、地震与断裂、液化机制、滑坡等不良地质作用与地质灾害的演化等；岩土力学方面：静力平衡原理、应力应变原理、孔隙水压力与有效应力原理、渗透破坏原理、地下水运动规律、土与结构的协同作用。环境方面：建筑材料腐蚀性，废弃物填埋、工程建设对环境的影响等。1.2 1.2 概念的重要性概念的重要性 概念不清的人，经验是表面的，片面的，非理性的，只见现象，不见本质，凭直观的局部经验处理问题，容易犯原则性的错误；概念清楚的人获得的经验是全面的，理性的，系统的，遇到工程问题时，能透过现象，看到本质，举一

4、反三，有很强的洞察能力和判断能力，能自觉地运用理论和经验。经验应上升到理论层面上去总结。1.3 1.3 概念与方法关系概念与方法关系 概念概念：不是事物的现象，事物的片面，不是他们的外部联系，而是抓住了事物的本质，事物的总体，事物的内在联系，是认识过程的理性阶段。方法方法：勘探方法、测试方法、施工方法、计算分析、软件的应用、文字与图的表述等。概念与方法的关系概念与方法的关系 方法或手段是工程师的肢体，科学概念是工程师的灵魂，方法的合理应用必须有灵魂来统帅。有了机智的灵魂，强健的肢体才能发挥出能力。理论与经验结合理论与经验结合 工程师阶层的产生工程师阶层的产生 工程师需要经验,经验是衡量工程师能

5、力的主要尺度。但须与理性的概念结合，分散的非理性的经验不一定可靠，植根于理性的经验才有生命力。工程师需要理论，理论具有普遍性，理论才能认识事物的本质，理论掌握深浅是衡量工程师水平的重要尺度。但必须与实践经验结合，某些深奥的理论对认识事物的本质可能有用，但用于解决工程问题未必优于简易的经验方法。反对两个盲目性反对两个盲目性 片面强调理论，轻视经验；片面强调经验，轻视理论。认识问题要深入，认识问题要深入，深刻的理论才能揭示事物本质。解决问题要简捷，解决问题要简捷，注重工程效果，不追求理论完 美。2 岩土工程有关的地下水问题岩土工程有关的地下水问题 2.1 静水压力 2.2 流网 2.3 越流渗透

6、2.4 渗透变形与破坏 2.5 裘布依假定2.1 静水压力特征静水压力特征静水压力的等向性静水压力的等向性静水压力的三角形分布静水压力的三角形分布静水压力与土的孔隙度无关静水压力与土的孔隙度无关静水压力与土的渗透系数无关静水压力与土的渗透系数无关静水压力等向性静水压力等向性 静水中只存在压应力,剪应力均为零，否则就会流动。各个方向的压力均相同，水压力的作用必与该界面垂直。水土分算将孔隙水压力提出，主动被动侧压力系数均为1.0，土用有效强度计算；水土合算将水压力合并在土压力中，随土的总应力强度变化。从概念上分析，水土分算符合有效应力原理。压力的三角形分布压力的三角形分布 仅与深度有关，与边界形状

7、，与水体大小无关。流经弱透水层水头损失，浮力降低，但工程与土之间必须紧密接触或严密封闭。工 程含水层弱透水层静水压力与土的渗透系数无关静水压力与土的渗透系数无关 渗透系数小只产生滞后效应，长期效应与其他土相同。除非完全不透水，不传递静水压力。静水压力与土的孔隙度无关2.2 流网流网 流网力学概念明确，解题直观，利于深入理解渗流现象的本质特性 流网性质流网性质 等势线与流线正交；如各等势线间的差值相等，各流线间的差值相等，则各网格的长宽比相等；在不透水边界，等势线与之垂直，流线与之平行；在等水头边界，流线与之垂直，等水头边界即等势线；等势线越密，水力梯度越大；流线越密，流量越大。网格越密，水力梯

8、度、流速、流量越大，由渗透造成的孔隙水压力越大，越易产生渗透变形；反之，网格越稀，水流越平稳。fNHh 2.32.3越层渗流地下水头的变化越层渗流地下水头的变化 多层地下水夹弱透水层时如水头不相等，发生竖向越流渗透。下层水头较高向上渗流；上层水头较高向下渗流。以大气降水为主要补给源时，向下渗流，下层水头较低；山前侧向补给深层地下水时，下层水头高，上层水头较低。原理与水平向渗流相同。无越层渗流的多个含水层，同一平面位置上，上下各点的水头相同，与深度无关 自上而下渗流自上而下渗流压 力 水 头 分 布位 置 水 头 分 布总 水 头 分 布图有 越 流 渗 透 条 件 下 的 水 头 分 布 示

9、意 图含 水 层弱 透 水 层含 水 层自下向上渗流自下向上渗流压力水头分布位置水头分布总水头分布图下层水头高于上层水头条件下的水头分布示意图含水层弱透水层含水层2.4 渗透变形与破坏渗透变形与破坏 地下水在土体流动，受土粒的阻力，产生水头损失，按作用和反作用原理，水流必定对土粒施加一种渗流力。渗流力是一种体积力，量纲与水的重度相同，大小与水力梯度成正比，方向与水流方向一致，用下式表示：J=W i iLhjwwiLhjww 流土流土 当上下水头差增大至某一数值，向上的渗流力克服了土的向下重力时，土颗粒悬浮，移动，发生流土。流土多发生在级配均匀的粉细砂或粉土中，具有突发性，危险性很大。流土发生的

10、条件不仅取于渗透力大小，还与土的颗粒级配、密度及透水性有关。使土开始产生流土现象的水力梯度称临界水力梯度，管涌管涌 在渗流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的骨架孔隙中移动流失，随着土中孔隙扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒又继续被带走，最后在土体内形成贯通的水流通道，就是管涌。管涌在渗流出口处首先发生，逐渐向内部发展，有个时间发展过程，是一种渐进性破坏。流土与管涌的判别规范有规定2.5 裘布依假定裘布依假定含水层水平、均质，有自由水面；抽水稳定后，地下水以径向轴对称流入井中，圆柱形侧面影响半径处保持常水头；抽水稳定后,井周围圆柱形断面不同深度处的水力梯度相等，水力梯度等于动水曲面的坡度；井壁潜

11、水面与井水位齐平。裘布依公式不适用于大降深裘布依公式不适用于大降深 袭布依假定忽略了竖向分量，对承压水井，符合二维流，水力梯度为ds/dx，符合假定；对潜水井，有弯曲的潜水面，流线弯曲，等势面不垂直，属三维流，裘布依假定意味着令ds/dx=ds/dl，等压面垂直，等压面上不同深度的水头均相等，水力梯度均相等。只有在水力梯度相当小时才成立。离井越远，垂直分量越小，误差越小；反之，误差越大。潜水井流线潜水井流线潜水井的渗出面问题潜水井的渗出面问题 裘布依假设井壁潜水面与井水位齐平，不存在渗出面，如不存在渗出面，当井内水位降到含水层底板时，过水断面面积为零，涌水量也应为零，实际仍出水。就是从渗出面上

12、渗出的。自然界潜水面出口处的下降泉，基坑壁有时“疏不干”，均说明:渗出面的存在。影响半径的影响半径的“悖论悖论”裘布依公式中的影响半径是独立的参数，与抽降、渗透系数无关。经验公式的影响半径则是降深和渗透系数的函数。库萨金公式：实际经验也与降深和渗透系数有关。裘布依公式的影响半径是虚拟的概念。稳定流与非稳定流稳定流与非稳定流 裘布依单井公式及由叠加原理导出的群井公式，均为稳定流。实际基坑降水是稳定流还是非稳定流，视现场条件、补给条件、抽水量等情况而定，有的开始抽水为非稳定流，后期转为稳定流；有的始终为非稳定流。潜水泰斯公式问题潜水泰斯公式问题 A 导水系数是变数而不是常数；B 井的附近是三维流，

13、既要考虑水平分量，还要考虑垂直分量；C 含水层中释放出来的弹性储存量（与储水系数有关）很少，而主要来自含水层的疏干（与给水度有关），与给水度有关的储存水不是瞬间完成，而是逐渐释放的。目前尚无严格的解析解。数值法数值法 尚有非完整井，绕流隔水帷幕，注水补给等问题。基坑降水的复杂性为三方面，一是含水层和隔水边界分布的复杂性，变化多端,渗透系数等水文地质参数变化无常，且不易确定。二是补给条件的复杂性，包括补给边界、补给类型和补给强度；三是抽灌引起渗流场的复杂变化，如何预测潜水自由面随时间的升降过程。数值法有较大的适应性，但也不能过分依赖，不能以为有了一个商业软件就能解决一切问题。3 孔隙水压力与有效

14、应力原理孔隙水压力与有效应力原理 3.1 孔隙水压力的类型 3.2 有效应力原理 3.3 压缩固结过程中的孔隙水压力 3.4 孔隙水压力与土的抗剪强度 3.5 地震液化与孔隙水压力 3.6 压实、强夯、挤土桩与孔隙水压力3.1 3.1 孔隙水压力的类型孔隙水压力的类型（1）静水压力 稳定状态时的地下水压力（2）渗流力 渗流运动，沿渗流方向的渗流力（3）超静水压力 由于静力或动力，在静水压力基础上增长，非稳定性质，有发生、积累、消散的过程，与土的有效强度密切相关。（4）负孔隙水压力 存在于非饱和土中。3.2有效应力原理有效应力原理 太沙基有效应力原理 u 受到外力，包括静压，冲击、打桩、车辆，地

15、震等，原已稳定，完全由土颗粒承担压力（有效应力）状态被打破，全部或部分由孔隙水承担，孔压上升、积累，有效应力降低。随着孔隙水从土中排出，超静水压力逐渐消散，直至恢复到稳定状态。消散的快慢决定于土的渗透性和渗流路径。u3.3 固结过程的孔隙水压力固结过程的孔隙水压力固结过程基本概念固结过程基本概念1 固结沉降是孔隙水压力即超静水压力消散的过程；2 固结沉降的速率决定于土的渗透系数和排水路径的远近；3 渗透系数很小的软黏土，不解决排水问题的单纯预压，效果不好；4 为加速固结沉降，在土体中建立排水通道，消散孔隙水压力是最有效的措施。3.4 3.4 孔隙水压力与土的抗剪强度孔隙水压力与土的抗剪强度1

16、砂土孔压消散快，对正常加荷速率，强度与加荷速率关系不大。地震瞬时动荷载导致松砂液化。2 粉土和粘性土，加荷初期孔压最高，有效强度最小，最危险，随时间推移，孔压消散，有效强度提高，安全性提高。渗透性越小，提高越慢。3 慢速加载有利于充分发挥土的强度,提高安全度。抗剪强度试验与孔隙水压力抗剪强度试验与孔隙水压力 直剪试验 快剪 固结快剪 慢剪 三轴试验 对饱和土 取样膨胀产生负 孔压，可先预饱和 非饱和土只是借用饱和土原埋 总应力法有三套指标，有效应力法有一套指标UUUU试验试验 CUCU试验试验 UUUU试验试验 增大3只引起孔压增加，有效应力不变，故只有c，为0，抗剪强度线为水平线。土成为凝聚

17、材料，不是摩擦材料，强度随深度而增大。CUCU试验试验：正常固结土，抗剪强度线通过原点，c为0，部分饱和土，包线前段为非饱和状态，c不等于0。超固结土，前段受先期固结压力影响，抗剪强度偏高饱和粘性土不排水剪饱和粘性土不排水剪 UUUU部分饱和土不排水剪部分饱和土不排水剪 UUUU正常固结土固结不排水剪正常固结土固结不排水剪 CUCU超固结土固结不排水剪超固结土固结不排水剪 CUCUCDCD试验试验：有效应力法有效应力法 CDCD试验试验：正常固结土，包线通过原点，但值比CU试验高 超固结土，包线不通过原点，c值决定于先期固结压力 有效应力法有效应力法 CU试验测孔隙水压力，得c，正常固结土排水

18、剪正常固结土排水剪 CDCD超固结土排水剪超固结土排水剪 CDCD抗剪强度指标的应用问题抗剪强度指标的应用问题 直剪与三轴剪各有优缺点 有效应力法符合土力学原理 难以估计现场孔压 工程中很少应用 固结、不固结、排水、不排水都是极端情况，工程中只按接近情况选用 工程勘察的三轴试验只做34个莫尔圆，包线按直线 非饱和土只是借用饱和土原埋3.5 3.5 超静水压力与地震液化超静水压力与地震液化 砂土或粉土震密，孔压迅速上升，失去强度，大幅沉陷。粘性土,有粘聚力 不液化 粗砂砾石,孔压消散快，不易液化 粉细砂、粉土 最易液化非饱和土的破坏面非饱和土的破坏面 非饱和土存在基质吸力，存在负孔隙压力，用三维

19、方式表达土的应力与强度关系。地震液化与孔隙水压力地震液化与孔隙水压力 液化和非液化震害区别液化和非液化震害区别 非液化 惯性力造成建筑损坏、倒塌，数秒钟内发生 液 化 地基失效，喷水冒砂，土体滑移，地裂缝 建筑物沉陷、拉裂、倾钭，数分钟至数十分钟过程喷水冒砂喷水冒砂 严重水土流失，地面和建筑大幅沉陷，无法计算 液化而不喷冒，危害不大 喷冒点分布受地形，地层，工程影响，集中在沟渠、井、基础外侧 喷冒后土的密度极不均匀，喷胃孔咐近 N=0 喷冒前有“”水夹层建筑基础下液化建筑基础下液化 液化次序 基础外侧 最易液化，自由场次之，基础下最晚 两侧土先软化，失去支承，压力重分布，基础下应力增加，失稳，

20、表现 两侧喷冒程度超过自由场，基础大幅沉陷 大基础有利于抗液化破坏液化的判别液化的判别 剪应力比较简化法 统计法 规范方法K K0 0=1.0=1.0时的孔压与应变时的孔压与应变西特的剪应力比较简化法西特的剪应力比较简化法 0.65是随机振动转换为等效均匀循环振动的系数d为对刚体的折减系数。抗震规范抗震规范判别式判别式3.6 3.6 压实、强夯、挤土桩压实、强夯、挤土桩 与孔隙水压力与孔隙水压力1 饱和软粘性土，不宜压实、夯实、挤密加固。2 饱和软粘性土，慎用挤土桩。单桩和桩数少的可能问题不大，对桩数多的桩筏基础应特别慎重。3 桩筏采用挤土桩时，严格控制桩距，不能过密。间隔跳打，设置孔压监测，

21、及时调整施工进程，严格控制孔隙水压力。举例4 4 作用、抗力与安全度作用、抗力与安全度 4.1 作用-荷载 4.2 材料性能 4.3 安全度的表达 4.4 讨论4.1 4.1 作用作用-荷载荷载 能使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素称为作用，荷载是最常见的作用 荷载的主要类型荷载的主要类型 1 永久荷载，例如结构自重、土压力等。2 可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。3 偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。永久荷载主要特征永久荷载主要特征 1 在任一时刻，发生的概率接近或等于1；2 在结构使用期间，荷载值随时间的变化可以忽

22、略；3 荷载值的不确定性的量级与其他荷载相比小很多。岩土荷载虽然也是永久荷载，但取值方法由规范专门规定，如有效自重压力、侧土压力，地下水浮力等。可变荷载特征可变荷载特征 1 在任一时刻，荷载出现与否是随机事件；2 在结构使用期间，荷载的量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计；3 可变荷载随空间变化，也可以是随机的。地震作用与偶然荷载地震作用与偶然荷载 地震作用：根据地震动加速度、地震特征周期，按地震反应谱取值。偶然荷载：结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短，如撞击、爆炸、火灾、龙卷风等。偶然荷载出现是罕遇事件，概率极小。荷载代表值荷载代表值 建筑结构设计时，对不同

23、荷载采用不同的代表值。永久荷载采用标准值；可变荷载根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值；偶然荷载按建筑结构使用特点确定其代表值。标准值是概率分布的某一分位数，如95%。荷载组合荷载组合 1 基本组合；结构计算 2 偶然组合；3 标准组合；地基承载力 4 频遇组合；5 准永久组合。沉降计算 荷载分项系数4.2 4.2 材料性能材料性能 材料基本力学性能 1 强度，抗压、抗拉、抗剪；2 变形，弹性变形和塑性变形；3 脆性和延性；4 耐久性 岩土既可作为荷载，又可作为材料提供抗力，还可作为腐蚀介质和地震波传播介质。4.3 4.3 安全度的表达安全度的表达 事物的不确定性事物的不确定性 1

24、 事物的随机性 概率论、数理统计和随机过程 2 事物的模糊性 模糊数学 比随机性更为深刻的不确定性 3 信息和知识的不完善性 客观信息的不完善性，主观知识的不完善性安全度的表达安全度的表达 1 1 1 1 容许应力法容许应力法 正常使用条件下，比较荷载作用和岩土抗力，要求强度有一定储备，变形满足正常使用要求。荷载和抗力的取值都是定值，建立在经验的基础上。安全度已经隐含其中 信息不充分，依赖经验情况下，有效而实用 安全度的表达安全度的表达 2 2 2 2 单一安全系数法单一安全系数法 R、S、K、K分别为抗力、作用、安全系数和目标安全系数，都是定值，非随机变量，都是经验的，属于定值法。安全度的表

25、达安全度的表达 3 3 3 3 极限状态法极限状态法 将岩土及有关结构置于极限状态进行分析 达到某种极限状态（承载能力、变形等）时的抗力。有明确的安全度，可用多安全系数，但仍属于定值法。安全度的表达安全度的表达 4 4 4 4 概率极限状态法概率极限状态法 将设计变量视为随机变量，对作用、抗力、安全度进行概率分析，按失效概率量度设计的可靠性，将安全储备建立在概率分析的基础上 三个水准；水准I、水准、水准。目前普遍采用的是水准即近似概率法，以可靠指标为安全度量度指标。可靠度用于结构设计规范可靠度用于结构设计规范 国家标准的第一层次 工程结构可靠度设计统一标准GB50153 国家标准的第二层次 水

26、利水电工程结构可靠度设计统一标准GB50199 港口工程结构可靠度设计统一标准GB50158 铁路工程结构可靠度设计统一标准GB50216 公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T50283 建筑结构设计统一标准GBJ68-84 概率极限状态设计原则己经成为结构设计的共同准则。岩土工程设计应用可靠度问题岩土工程设计应用可靠度问题 研究工作继续深入 用于规范的两种意见 与统一标准 协调，首先解决地基极限承载力和对土的参数概率统计，再解决可靠指标等问题 发展水平上岩土和结构差距较大，土的抗剪强度指标，可靠性差，不确定因素多，还需依靠经验。用地基容许承载力即可，精度很差或者连精度的大致范围都不清楚的设

27、计进行可靠性分析，没有意义。处理好结构与岩土之间关系 4.4 讨论讨论 岩土工程难以精确计算的瓶颈在哪里？充满不确定性-最突出的问题 岩土体结构和岩土材料性能 裂隙水和孔隙水压力 信息的随机性、模糊性和不完善性 信息处理和计算的不确切性和不精确性 科学技术崇尚定量和精确，但岩土工程还是 不严密、不完善，不够成熟的科学技术，定性判断和定量计算兼顾，理论和经验并重岩土体结构的不确定性岩土体结构的不确定性 岩土 地质结构和岩土材料 自然形成 勘察查明 不能选定和控制 体系和构件不明确，计算条件不明确，单纯计算不可信 没有截面计算，分不清截面可靠度和系统可靠度 结构 结构体系和构件尺寸 工程师设计 材

28、料 工程师选定 均可控 体系和构件明确，计算条件明确，计算可信 截面计算为主，做截面可靠度分析 岩土参数的不确定性岩土参数的不确定性 岩土材料 变异性大,与位置有关，相关距离 水平相变和竖向相变 试验尺寸与计算尺寸差别大，试验方法多样 计算参数取综合水平 结构材料 相对均匀 与位置无关 试验尺寸与计算尺寸差别相对小 按一般材料统计参数代表值裂隙水和孔隙水压力的多变性裂隙水和孔隙水压力的多变性 裂隙水：脉状、网状、层状、岩溶水。富水性、透水性和水压力差别非常大。查清有时非常困难。水位、水头变化：季节、多年、人为 静水压力、超静水压力、渗透力 孔隙水压力的增长消散：液化、挤土效应 非饱和土基质吸力

29、 地质作用和地质演化的复杂性地质作用和地质演化的复杂性 地震：液化、震陷、塌陷、边坡失稳、永久性地面变形和诱发地质灾害；河、湖、海：冲刷、侵蚀、搬运和淤积，对水利工程和航道工程的影响；地下水：岩溶，土洞，塌陷；风化作用；滑坡、泥石流等：发生、发展、消亡、复活等地质演化过程。计算模式的不确切性计算模式的不确切性 举例 地基承载力计算 变形计算 边坡稳定计算理论导向和经验判断理论导向和经验判断“理论导向，经验判断，实测定量”理论使我们透过现象，看到本质，举一反三，凭直观和局部经验处理问题，极易犯概念性原则性的错误。只有植根于理论的经验才有生命力。单纯理论计算不可靠，原因在于岩土工程充满着不确定性和

30、信息的不完善性。实测定量或实测验证 5 地基承载力地基承载力 5.1 5.1 地基基础设计的基本要求地基基础设计的基本要求 5.2 5.2 地基承载力的含义地基承载力的含义 5.3 5.3 怎样确定地基承载力？怎样确定地基承载力？5.4 5.4 地基规范地基规范的三个版本的三个版本5.1 5.1 地基基础设计的基本要求地基基础设计的基本要求1 承载力满足基底压力要求承载力满足基底压力要求2 2 满足建筑物对变形的要求满足建筑物对变形的要求3 3 满足建筑物的整体稳定满足建筑物的整体稳定地基变形地基变形 沉降量、倾斜、沉降差、局部倾向、相对挠挠曲 倾斜 沉降差 局部倾斜与相对挠曲局部倾斜与相对挠

31、曲建筑物整体稳定建筑物整体稳定 崩塌、滑坡、泥石流的场地；基岩面凹凸不平地基上的建筑；岩溶、土洞、塌陷发育区，地下采空区；建在斜坡上或斜坡边缘的建筑；已建工程附近深开挖或强抽水；风、地震等水平力作用下的抗滑，抗倾覆；(7)冲刷，挖方等引起的边坡失稳。5.25.2什么叫做地基承载力？什么叫做地基承载力？1 地基土的强度能够承受荷载的能力，不包括地基变形。极限承载力 临塑荷载 临界荷载 2 一定的强度储备，变形不超过允许值。3“地基承载力特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形对应的压力值，其最大值为比例界限值,”地基承载力讨论地基承载力讨论 属承载能力范畴，变形控制属正

32、常使用极限状态范畴。从弹性变形到塑性变形到破坏，与变形问题耦合在一起。不能看成地基土的力学指标 可视为地基强度的宏观表现。除与土的强度指标有关外，还与土层组合、埋藏条件、（持力层，下卧层）、加荷速率、基础型式、埋深和尺寸大小等有关。5.3 5.3 怎样确定地基承载力？怎样确定地基承载力？极限荷载确定地基承载力极限荷载确定地基承载力p pu u=c N=c Nc c+q N+q Nq q+b N b N b b/2/2 临塑荷载与临界荷载临塑荷载与临界荷载p pcrcr=c N=c Nc c+d N d N d d/2/2f fakak=b M=b Mb b+m md Md Md d+c+ck

33、k M Mc c dccrdNcNpdccrdNcNpdccrdNcNpdccrdNcNp公式计算注意问题公式计算注意问题 假定均质土，层状土塑性区不同于理论公式。抗剪强度指标最敏感，务必正确合理选取。只考虑强度，未考虑变形，多数情况变形控制。大尺寸基础，规范限制，宽度大于6m按6m计，尺寸大、埋深大的基础塑性区如何开展，缺少研究，实际上变形起控制作用。软土用界限荷载偏于不安全，常用临塑荷载。载荷试验确定承载力载荷试验确定承载力 理论较粗糙，但直观，与工程经验接近，地基规范列为最主要方法，其他理论和经验方法均以载荷试验为准，需进行深度和宽度修正 工作量大，费用高，时间长。试验数量有限 结合室内

34、试验和原位测试综合分析。承载力表承载力表 源于经验统计 是经验的总结，缺乏理论基础。简便，不能滥用，避免把复杂问题简单化。全国性的地基承载力表不可取，子样足够，数据可靠，分析合理，建立地方的承载力表是可行的。确定地基承载力方法讨论确定地基承载力方法讨论 无论何种方法都有局限性，地基承载力不存在唯一的值，也不可能太精确，即使同一地点的同一类土，不同工程不同方法可以得到不同的地基承载力，应根据具体情况具体条件综合判定。无论采用何种方法确定的地基承载力，均需保证地基稳定，地基土基本处在压缩变形阶段。5.45.4建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 的三个版本的三个版本（JBJ7-74）地基容许承

35、载力（GBJ7-89）统一标准）已发布，地基承载力标准值、设计值（GB50007-2002）地基承载力特征值GBJ7-89GBJ7-89存在的问题存在的问题 形式上基本符合统一标准，实质上地基承载力标准值和设计值还是容许承载力，反而造成术语概念的混乱 按统一标准，抗力标准值是概率分布的某一分位数，和极限状态关联，但（GBJ7-89）地基承载力标准值为容许值。按统一标准，抗力设计值是标准值除以大于1.0的分项系数，设计值小于标准值，但（GBJ7-89）设计值是标准值的深宽修正，设计值大于标准值。GB50007-2002GB50007-2002的调整的调整取消了地基承载力标准值和设计值，改用地基承

36、载力特征值；调整了土的抗剪强度指标标准值的确定方法;载荷试验确定地基承载力特征值稍有调整；取消了用土的物理性质查地基承载力的表 对应的荷载作了相应调整大体回到GBJ7-746 地基变形，地基与结构的变地基变形，地基与结构的变形协调形协调 6.1 6.1 沉降计算的规范方法沉降计算的规范方法 6.2 沉降计算问题讨论沉降计算问题讨论 6.3 结构的刚度结构的刚度 6.4 减轻不均沉降的结构措施减轻不均沉降的结构措施 6.5 地基与结构的变形协调地基与结构的变形协调6.1 6.1 沉降计算的规范方法沉降计算的规范方法niiiiisizzEps11100niiiiisizpzpEs111011110

37、iiiinisissazazEpsse-pe-p曲线和曲线和e-log pe-log p曲线曲线考虑应力历史的沉降计算考虑应力历史的沉降计算不同不同OCROCR的沉降计算的沉降计算5.2 沉降计算问题讨论沉降计算问题讨论 1 应力历史和卸荷再压缩问题 2 三维压缩与一维压缩问题 3 土的非线性问题 4 软土的即时沉降、主固结沉降、次固结沉降 5 压缩试验精度问题 6 经验修正系数问题 7 原位测试确定变形参数问题 8 积累原型工程观测数据 6.3 结构的刚度结构的刚度-柔性结构柔性结构 木结构，钢筋混凝土排架结构、钢排架结构，一般柱下独立基础。油罐、栈桥、管道支架 结构变形与地基变形一致，地基

38、变形对结构不产生附加应力，结构也没有调整地基不均匀变形的能力。基础沉降不均匀时，填充墙损坏开裂，但能保证承重结构安全。排架结构单层厂房，中低压缩性土上几乎没有因不均匀沉降而损坏的实例。刚性结构刚性结构 烟囱、水塔、钢筋混凝土筒仓等高耸构筑物；长高比小于2.5，荷载分布均匀，体型简单的高层建筑；相对弯曲很小，基础刚度很大的箱基、桩箱基础的多层建筑。结构各部分沉降相等，相对弯曲0.0002，有很强调整土中应力的能力，使沉降均匀化。沉降量达数十厘米不致结构损坏，如荷载偏心或土质不均而不均匀沉降，表现为整体倾斜。高层建筑注意横向倾斜。半刚性结构半刚性结构 一般砌体承重结构和框架结构 可承受一定挠曲，有

39、一定调整地基变形的能力。土质较硬，调节变形能力小，土填较软，地基不均匀沉降减少。不均匀沉降超限，结构应力超过其强度时，结构开裂。规范规定了限值。主楼与裙房连体主楼与裙房连体 荷载差别悬殊，不设沉降缝，主楼又有中央筒体和外框架，荷载集中在中央筒体。荷载不均匀导致土中应力复杂分布，中央筒体部位的沉降大于外框架，主楼部位远大于裙房。厚筏或箱基的巨大刚度迫使沉降均匀化，从而改变反力和土中应力的分布，使结构产生次应力。6.4 减轻不均沉降的结构措施减轻不均沉降的结构措施 建筑物体型力求简单；采用较小的长高比，建筑物较长时用沉降缝分开；将条形基础改为双向联合的格状基础或筏板基础；加厚筏板、筏板加肋或改为箱

40、形基础；增设或加高基础梁，增设圈梁等。软土地区经验软土地区经验(1)建筑物长高比小于2.5时，不论沉降多大，均不开裂；(2)最大沉降量小于12cm建筑物，不管长高比多大，均不出现裂缝；(3)建筑物的长高比大于3,且最大沉降量大于12cm时，建筑物极易出现裂缝；(4)建筑物的长高比在2.5 3.0之间，多数建筑物不出现裂缝。实例 膨胀土上建筑；上海展览馆，塘沽望海楼6.5 土与结构的变形协调土与结构的变形协调土与结构的变形协调土与结构的变形协调地基与结构协同作用的计算地基与结构协同作用的计算 用地基刚度矩阵表征地基土的刚度，将上部结构刚度与荷载逐层向下凝聚到基础子结构，叠加到基础子结构上去，根据

41、基础与地基接触点的静力平衡和位移协调，得到协同作用的基本方程，求解方程得到基础子结构和上部结构节点位移，得到所需节点内力，并算出基础沉降，绘沉降等值线图。上部结构刚度贡献的有限性上部结构刚度贡献的有限性 上部结构刚度的形成与施工有密切关系,随着建筑物层数的增加，最初几层对刚度的影响比较大，继而迅速减缓，并趋于某个定值。上部结构刚度对协同作用的贡献是有限的，规范规定框架结构参与工作的层数不超过8层。可只考虑地基与基础的协同作用。关键是土的模型，仍应立足工程经验，不能迷信计算。变刚度调平概念设计变刚度调平概念设计 从调整地基基础刚度分布人手，使反力同荷载分布相协调，沉降趋向均匀，减小差异沉降，消除反力马鞍形分布。由此使基础或承台所受冲切力，剪力和整体弯矩减至最小，降低基础和上部结构的次应力。等刚度与变刚度桩基反力与变形等刚度与变刚度桩基反力与变形 谢 谢！