岩土工程评价与设计讲座之一-(下)

1、l岩土工程评价与设计方法讲座岩土工程评价与设计方法讲座第一部分岩土工程第一部分岩土工程评价方法（下）评价方法（下） 同济大学同济大学 高大钊高大钊 20102010年年1212月月 l1. 1. 地基承载力评价地基承载力评价l2.2.场地的均匀性评价场地的均匀性评价l勘察报告提供的地基承载力特征值仅是强勘察报告提供的地基承载力特征值仅是强度参数还是同时满足强度与变形要求的综度参数还是同时满足强度与变形要求的综合参数？用承载力公式确定的地基承载力合参数？用承载力公式确定的地基承载力是否必须验算沉降？是否必须验算沉降？l很多勘察单位直接把地基承载力标准值变很多勘察单位直接把地基承载力标准值变为地基

2、承载力特征值。因为地基承载力特征值。因8989规范与规范与20022002规规范上部结构荷载组合不同，导致计算出的范上部结构荷载组合不同，导致计算出的基础底面积明显减少，对此很多结构设计基础底面积明显减少，对此很多结构设计人员提出疑问。人员提出疑问。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范计算地基土计算地基土强度特征值的公式中涉及土的容重项，强度特征值的公式中涉及土的容重项，如果地下水位不同时，地基承载力的计如果地下水位不同时，地基承载力的计算结果是不一样的。但如按静探结果、算结果是不一样的。但如按静探结果、标贯试验或物理性指标计算或查表求其标贯试验或物理性指标计算或查表求其承载力时，根本与

3、地下水位无关。承载力时，根本与地下水位无关。l用用高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土工程勘察规程的极的极限承载力公式可以提供地基承载力吗？限承载力公式可以提供地基承载力吗？不知道这能否用于中低层建筑勘察的特不知道这能否用于中低层建筑勘察的特征值取值依据？征值取值依据？ l用平板载荷试验得到的承载力，用公式计用平板载荷试验得到的承载力，用公式计算的承载力，不管是极限还是允许值，也算的承载力，不管是极限还是允许值，也不管标以什么名称，都是从强度概念得到不管标以什么名称，都是从强度概念得到的承载力，不包含变形的概念。影响建筑的承载力，不包含变形的概念。影响建筑物变形的因素非常复杂，不可能在用载荷物

4、变形的因素非常复杂，不可能在用载荷试验确定的承载力和用公式计算得到的承试验确定的承载力和用公式计算得到的承载力时能够控制建筑物的变形值。载力时能够控制建筑物的变形值。l建筑物地基基础的设计必须满足强度和变建筑物地基基础的设计必须满足强度和变形两方面的要求，但并不是要求承载力控形两方面的要求，但并不是要求承载力控制必须同时包含变形控制。制必须同时包含变形控制。l有的时候，承载力与变形都必须计算，有的时候，承载力与变形都必须计算，有的时候强度满足了要求，变形也自然有的时候强度满足了要求，变形也自然满足。例如根据上海的地质条件，硬壳满足。例如根据上海的地质条件，硬壳层的载荷试验数值可能达到层的载荷试

5、验数值可能达到150kPa左右左右，无论叫比例界限，特征值，临界荷载，无论叫比例界限，特征值，临界荷载，都是从硬壳层的强度得到的承载力，都是从硬壳层的强度得到的承载力，用公式计算时是用了硬壳层的抗剪强度用公式计算时是用了硬壳层的抗剪强度指标，载荷试验试验反映的也就是指标，载荷试验试验反映的也就是23m厚的硬壳层的承载力。厚的硬壳层的承载力。l而建筑物的沉降，主要是由深层的软土控制而建筑物的沉降，主要是由深层的软土控制的，基础面积大，应力传得深，受压缩的土的，基础面积大，应力传得深，受压缩的土层更厚，这些因素在载荷试验中能反映吗？层更厚，这些因素在载荷试验中能反映吗？显然不能；在计算公式中能反映

6、吗？也是不显然不能；在计算公式中能反映吗？也是不能的。能的。l所以根据上海的地质条件和工程经验，天然所以根据上海的地质条件和工程经验，天然地基只能用地基只能用80100kPa，即过去的所谓老八，即过去的所谓老八吨。这个承载力是综合考虑了地基的变形，吨。这个承载力是综合考虑了地基的变形，一般情况下计算的沉降是可以满足要求的，一般情况下计算的沉降是可以满足要求的，但承载力还是强度问题，只是考虑了深层软但承载力还是强度问题，只是考虑了深层软土对沉降的影响，取用值比较小一些而已。土对沉降的影响，取用值比较小一些而已。l同时，这个承载力也不能对变形打包票同时，这个承载力也不能对变形打包票，在建筑物体型复

7、杂，层高变化大时，在建筑物体型复杂，层高变化大时，即使用了很低的承载力，建筑物也还是即使用了很低的承载力，建筑物也还是有可能开裂的。在本书有可能开裂的。在本书1.6节中详细地介节中详细地介绍了一些案例，虽然建筑物的层数不多绍了一些案例，虽然建筑物的层数不多，基底压力也并不高，但由于各种因素，基底压力也并不高，但由于各种因素的影响，建筑物还是墙面开裂，严重地的影响，建筑物还是墙面开裂，严重地损坏了。损坏了。l上海的上海的地基基础设计规范地基基础设计规范从从1999年版开年版开始，采用地基极限承载力公式按基础的尺寸始，采用地基极限承载力公式按基础的尺寸和埋置深度计算地基承载力，这本规范最近和埋置深

8、度计算地基承载力，这本规范最近正在进行修编。在上海地区，近年来对正在进行修编。在上海地区，近年来对10个个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了场地的浅层黏性土和粉土层一共做了39台平台平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算公板载荷试验，以验证地基极限承载力计算公式的适用性。试验结果表明，上海地区浅层式的适用性。试验结果表明，上海地区浅层土的地基极限承载力在土的地基极限承载力在200kPa300kPa之间之间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的，粉土的承载力高于黏性土，粉土的ps曲曲线呈渐变型，无明显转折点；而黏性土的线呈渐变型，无明显转折点；而黏性土的ps曲线有明显的线性段。曲线有明显的线性段。l你谈

9、到了你谈到了89版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范和和2002版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范的关系，但大家忽略了还有一本的关系，但大家忽略了还有一本74版的版的工业与民用建筑地基基础设计规范工业与民用建筑地基基础设计规范，而且这是个源头。编制，而且这是个源头。编制74版规范时，版规范时，上部结构设计还没有采用概率极限状态上部结构设计还没有采用概率极限状态设计方法，荷载采用的是标准值，地基设计方法，荷载采用的是标准值，地基容许承载力用容许承载力用p1/4公式计算或查地基承载公式计算或查地基承载力表，设计方法是十分标准的容许应力力表，设计方法是十分标准的容许应力法。法。l但

10、在编制但在编制89版规范时，上部结构设计已经版规范时，上部结构设计已经采用了概率极限状态设计方法，因此地基采用了概率极限状态设计方法，因此地基设计的荷载也已经用了设计值，与设计的荷载也已经用了设计值，与74版规版规范相比大约提高了范相比大约提高了25左右，但由于地基左右，但由于地基承载力用的仍是容许值，无法用分项系数承载力用的仍是容许值，无法用分项系数加以调整。尽管当时采取了一些提高地基加以调整。尽管当时采取了一些提高地基承载力值措施，例如承载力值措施，例如c、 的统计修正系数的统计修正系数采用采用85的保证率，深宽修正以后承载力的保证率，深宽修正以后承载力的增量不到的增量不到10的也乘以的也

11、乘以1.1的系数等，但的系数等，但这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽度设计得宽了，即承载力是用得低了些。度设计得宽了，即承载力是用得低了些。l2002版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范实际实际上是回到了上是回到了74版规范的设计水平，虽然版规范的设计水平，虽然在细部上有些差别，但在总体上是回到在细部上有些差别，但在总体上是回到了了74规范，即荷载小了，基础明显减小规范，即荷载小了，基础明显减小了，这是回归到了，这是回归到74规范的正常情况，不规范的正常情况，不需要害怕。需要害怕。2002版规范与版规范与74版规范比较版规范比较，安全度是一致的；与

12、，安全度是一致的；与89规范比较，将规范比较，将本来高了一点的安全度拉了下来，不必本来高了一点的安全度拉了下来，不必有疑问，很正常。有疑问，很正常。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范考虑弹塑性考虑弹塑性影响计算的临界承载力，在一定程度上影响计算的临界承载力，在一定程度上考虑了变形的影响，却还要验算沉降。考虑了变形的影响，却还要验算沉降。l我想问，按我国我想问，按我国建筑地基基础设计规建筑地基基础设计规范范公式计算的承载力特征值还需要验公式计算的承载力特征值还需要验算沉降，是不是存在矛盾。算沉降，是不是存在矛盾。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范的公式来源的公式来源于前苏联规范。

13、前苏联的规范采用于前苏联规范。前苏联的规范采用p1/4公公式控制基底压力的目的是为了进行沉降式控制基底压力的目的是为了进行沉降计算，认为基底以下塑性区的开展深度计算，认为基底以下塑性区的开展深度没有超过没有超过1/4的基础宽度，地基中大部分的基础宽度，地基中大部分区域还处于弹性状态，可以用弹性理论区域还处于弹性状态，可以用弹性理论计算应力，并用以计算沉降。满足了这计算应力，并用以计算沉降。满足了这个公式恰恰是沉降计算的前提，并不是个公式恰恰是沉降计算的前提，并不是基底压力小于基底压力小于p1/4公式计算的结果就不需公式计算的结果就不需要进行沉降计算了。要进行沉降计算了。l建筑地基基础设计规范建

14、筑地基基础设计规范GB 5007-2002基本上沿袭了前苏联规范的体系，基本上沿袭了前苏联规范的体系，用规范的地基承载力公式计算的结果并用规范的地基承载力公式计算的结果并不包含沉降必然满足要求的结论。恰恰不包含沉降必然满足要求的结论。恰恰相反，几个版本的地基基础设计规范都相反，几个版本的地基基础设计规范都强调按照地基承载力公式计算结果确定强调按照地基承载力公式计算结果确定的地基承载力，必须验算沉降。的地基承载力，必须验算沉降。l你的理解上存在一些问题。你的理解上存在一些问题。l问题之一是混淆了强度与变形两个不同问题之一是混淆了强度与变形两个不同性质的问题的界限。地基承载力与建筑性质的问题的界限

15、。地基承载力与建筑物的沉降控制不能加以等同，前者是强物的沉降控制不能加以等同，前者是强度问题，与沉降控制不存在直接的因果度问题，与沉降控制不存在直接的因果关系，用强度指标得不到沉降量，用压关系，用强度指标得不到沉降量，用压缩模量也得不到稳定验算的结果。缩模量也得不到稳定验算的结果。l问题之二是不了解如何进行变形控制。问题之二是不了解如何进行变形控制。变形控制必须控制计算沉降满足建筑物变形控制必须控制计算沉降满足建筑物的要求，根据不同类型的建筑物，用不的要求，根据不同类型的建筑物，用不同性质的变形指标来控制，而承载力验同性质的变形指标来控制，而承载力验算只与基础尺寸及埋置深度有关，与建算只与基础

16、尺寸及埋置深度有关，与建筑物的类型没有直接的关系，因此只验筑物的类型没有直接的关系，因此只验算地基承载力不能替代变形控制。算地基承载力不能替代变形控制。l问题之三是地基承载力验算与沉降计算问题之三是地基承载力验算与沉降计算所涉及的土层深度范围不同。对地基承所涉及的土层深度范围不同。对地基承载力验算有影响的主要是持力层和软弱载力验算有影响的主要是持力层和软弱下卧层，层位太深的土层对承载力不会下卧层，层位太深的土层对承载力不会有什么影响。但深层的土层对沉降量还有什么影响。但深层的土层对沉降量还是有重要的影响，建筑物的平面尺寸越是有重要的影响，建筑物的平面尺寸越大、基础的宽度越宽，对沉降有影响的大、

17、基础的宽度越宽，对沉降有影响的深度范围就越深。深度范围就越深。l场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作用存在不同的理解，因而做法与结果也就不用存在不同的理解，因而做法与结果也就不同。同。l重点讨论这三个问题：重点讨论这三个问题：l评价场地均匀性的作用是什么？评价场地均匀性的作用是什么？l如何认识与处理场地土层的不均匀性？如何认识与处理场地土层的不均匀性？l场地均匀性的评价方法场地均匀性的评价方法l场地均匀性评价是手段而不是目的；场地均匀性评价是手段而不是目的；l为基础方案选择和采取

18、工程措施提供依为基础方案选择和采取工程措施提供依据；据；l为方案或设计成果的比较提供建筑物性为方案或设计成果的比较提供建筑物性状的定量或半定量的计算结果；状的定量或半定量的计算结果；l勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。l场地均匀性评价不是简单地说明自然界，场地均匀性评价不是简单地说明自然界，而是为了工程建设（设计与施工）的需而是为了工程建设（设计与施工）的需要，分析与说明地基岩土层力学性状的要，分析与说明地基岩土层力学性状的均匀性。均匀性。l因此，均匀性评价的前提是工程建设的因此，均匀性评价的前提是工程建设的要求，均匀性评价的内容是分析地基的要求，均匀性评价的

19、内容是分析地基的均匀性对建筑物的影响，均匀性评价的均匀性对建筑物的影响，均匀性评价的结果为工程设计与施工方案提供依据。结果为工程设计与施工方案提供依据。l勘察报告中均匀性评价的结果不是勘察报告中均匀性评价的结果不是“均均匀还是不均匀匀还是不均匀”，也不是简单的，也不是简单的“是否是否适宜于建设适宜于建设”之类的结论，更无法得出之类的结论，更无法得出建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足规范要求等等的结论，而是提出设计时规范要求等等的结论，而是提出设计时应注意什么问题，对基础选型有什么要应注意什么问题，对基础选型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建议。求，可能采取

20、什么工程措施等的建议。l勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质条件，说明地质条件对建筑物会产生什条件，说明地质条件对建筑物会产生什么样的影响，设计施工时应采取什么对么样的影响，设计施工时应采取什么对策。策。l例如，对山区土岩组合地基，跨在两种例如，对山区土岩组合地基，跨在两种不同地质单元上的建筑物地基，硬层或不同地质单元上的建筑物地基，硬层或软弱层的厚度变化比较大的地基等，这软弱层的厚度变化比较大的地基等，这种地质条件的不均匀性会对建筑物带来种地质条件的不均匀性会对建筑物带来不利的影响，在基础选型、甚至上部结不利的影响，在基础选型、甚至上部结构选型时应该选择适应性

21、比较强的结构构选型时应该选择适应性比较强的结构体系或基础的类型。体系或基础的类型。l或在地基基础设计时，采取一些特殊的或在地基基础设计时，采取一些特殊的工程措施，例如设置褥垫层以调节不均工程措施，例如设置褥垫层以调节不均匀沉降，又如在建筑物适当部位设置沉匀沉降，又如在建筑物适当部位设置沉降缝以适应地基的不均匀沉降。降缝以适应地基的不均匀沉降。l至于，由于地基的不均匀性所产生的不至于，由于地基的不均匀性所产生的不均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察阶段进行计算，或者审图要求计算的事。阶段进行计算，或者审图要求计算的事。我告诉大家，在勘察阶段是计算不出来我告诉大家，

22、在勘察阶段是计算不出来的，即使在设计阶段，也不是所有的情的，即使在设计阶段，也不是所有的情况都能计算的。况都能计算的。l天然土层是均匀的还是不均匀的？天然土层是均匀的还是不均匀的？l从地质学的观点来看，总是不均匀的，从地质学的观点来看，总是不均匀的，但从工程学的观点来看，在工程影响的但从工程学的观点来看，在工程影响的范围内，需要进行局部化处理，将这个范围内，需要进行局部化处理，将这个局部作为均质体处理，例如相同的成因局部作为均质体处理，例如相同的成因类型，同一个地质单元，同一个土层，类型，同一个地质单元，同一个土层，将其作为一个力学层。将其作为一个力学层。l这样局部化处理以后，对于局部化处理这

23、样局部化处理以后，对于局部化处理以后的地质体，就可以抽样试验，可以以后的地质体，就可以抽样试验，可以统计分析，可以引用均质体的理论进行统计分析，可以引用均质体的理论进行力学的分析计算。力学的分析计算。l一切岩土工程的勘探、取样试验、资料一切岩土工程的勘探、取样试验、资料的统计分析、代表性指标的取值、代人的统计分析、代表性指标的取值、代人解析解公式的计算、进入数值分析程序解析解公式的计算、进入数值分析程序进行数学模拟都是建立在均质体假定的进行数学模拟都是建立在均质体假定的基础上进行的，如果不承认这个假定，基础上进行的，如果不承认这个假定，那现行的设计计算就什么都不能做了。那现行的设计计算就什么都

24、不能做了。l但是，在岩土工程界，有的同行并不认但是，在岩土工程界，有的同行并不认同这个观点。同这个观点。l作为学术研究，当然是可以的。作为学术研究，当然是可以的。l但作为岩土工程师处理实际工程问题的但作为岩土工程师处理实际工程问题的基本观点，却使我深深地担忧，在年轻基本观点，却使我深深地担忧，在年轻一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏工程实践的基本训练，缺乏正确的统计工程实践的基本训练，缺乏正确的统计概念和力学概念这种状况，对于工程师概念和力学概念这种状况，对于工程师的成长，对于正确的工程判断和处理工的成长，对于正确的工程判断和处理工程问题是非常不利的。程问题是

25、非常不利的。lA A高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授不同的观点，希望提前得到高老的原谅，在不同的观点，希望提前得到高老的原谅，在此先谢谢高老。此先谢谢高老。 l我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方法论的高度了：法论的高度了：1 1、高老认为地质体是均质、高老认为地质体是均质的，数据的离散性主要来源于取样、试验等的，数据的离散性主要来源于取样、试验等具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽样试验方面的误差，

26、进而导出了关于场地的样试验方面的误差，进而导出了关于场地的认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题的认识，认为公式中常用到经验系数和修正的认识，认为公式中常用到经验系数和修正系数主要是修正此类不确定因素带来的误差系数主要是修正此类不确定因素带来的误差； l2 2、另一种观点认为地质体是非均质的，、另一种观点认为地质体是非均质的，要研究其性质必须要有足够的数量的试要研究其性质必须要有足够的数量的试验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，研究其不均匀性，至于数据离散性问题研究其不均匀性，至于数据离散性问题主要强调用统一的方法、设备

27、和标准来主要强调用统一的方法、设备和标准来规范其操作行为，因此而带来的误差是规范其操作行为，因此而带来的误差是统一的，个别样品的差距主要表现了抽统一的，个别样品的差距主要表现了抽样母体的差别，因此要用建筑物不同位样母体的差别，因此要用建筑物不同位置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问题。题。 l另一位网友发表了不完全相同的观点：另一位网友发表了不完全相同的观点：l我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，岩土体也一样，如果不按均质体研究，岩土体也一样，如果不按均质体研究，你有办法反映岩土的量化数据么？你提你有办法反映岩土的量化数据么？你提

28、出了地层的物理力学数据，就与你的前出了地层的物理力学数据，就与你的前提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察报告。报告。 l从地质勘察的角度来看，其研究对象主要是从地质勘察的角度来看，其研究对象主要是地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、各向异性的，反过来说就是没有人能证明地各向异性的，反过来说就是没有人能证明地质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服务的，从设计角度来看，所有的计算模型或务的，从设计角度来看，所有的计算模型或理论均假设地质体是均质，都要按均质的理理论均假设地质体是均质，都

29、要按均质的理论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供的承载力也好、其它任何指标也好都是把地的承载力也好、其它任何指标也好都是把地质体的性质做了均质化处理，所用的方法就质体的性质做了均质化处理，所用的方法就是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个过程也就是岩土工程勘察工作。过程也就是岩土工程勘察工作。 l总而言之就是勘察人认为地质体是非均总而言之就是勘察人认为地质体是非均质的，通过勘察过程将一定范围内的地质的，通过勘察过程将一定范围内的地质体的性质做均质化处理，将结果提供质体的性质做均质化处理，将结果提供设计人员使用，一个好

30、的勘察人员必须设计人员使用，一个好的勘察人员必须要明白你所做的均质化处理是否准确可要明白你所做的均质化处理是否准确可靠、其风险概率有多大等问题；工程设靠、其风险概率有多大等问题；工程设计人员要求将地质体看做地均质的，但计人员要求将地质体看做地均质的，但一个好的设计师必须要了解地质体的非一个好的设计师必须要了解地质体的非均质性所带来的后果，并妥善处理好它均质性所带来的后果，并妥善处理好它们的关系。我想这也正是岩土工程师所们的关系。我想这也正是岩土工程师所必须具备的最基本的概念和素质要求。必须具备的最基本的概念和素质要求。 l自然地质条件是复杂的，岩土体是不均匀的，自然地质条件是复杂的，岩土体是不

31、均匀的，这是大家公认的事实，但作为工程研究的对这是大家公认的事实，但作为工程研究的对象，需要认识它，研究它和处理它，又不得象，需要认识它，研究它和处理它，又不得不把它局部化和简单化，忽略次要的，解决不把它局部化和简单化，忽略次要的，解决主要的矛盾，这可能是自然科学研究和工程主要的矛盾，这可能是自然科学研究和工程技术研究的不同之处。技术研究的不同之处。l作为岩土工程师，对于你勘察的场地，作为岩土工程师，对于你勘察的场地，首先要做地质工作，从地质成因和地层首先要做地质工作，从地质成因和地层年代上要区分清楚，是洪冲积的还是残年代上要区分清楚，是洪冲积的还是残坡积的，是河漫滩还是阶地，是第四纪坡积的，

32、是河漫滩还是阶地，是第四纪地层还是老地层，这就是所谓的把地质地层还是老地层，这就是所谓的把地质单元划分正确，这是进一步考虑布置勘单元划分正确，这是进一步考虑布置勘察试验工作的基础。察试验工作的基础。 l对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，即使在平原地区，土层厚度也常常有较大即使在平原地区，土层厚度也常常有较大的变化，因此需要用勘探点的间距来控制的变化，因此需要用勘探点的间距来控制其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度的敏感性不同，因而布孔间距的要求是

33、不的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不同的。同的。l从土的性质来研究土层均匀性，一般认从土的性质来研究土层均匀性，一般认为同一地质单元可以作为均质体来处理，为同一地质单元可以作为均质体来处理，可以采用统计的方法来处理试验指标。可以采用统计的方法来处理试验指标。如果不承认这一点，即使是最简单的计如果不承认这一点，即使是最简单的计算平均值的方法也就失去了理论的前提，算平均值的方法也就失去了理论的前提，就不能用平均值来处理试验结果。也失就不能用平均值来处理试验结果。也失去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那麻烦就大了。麻烦就大了。l将试验指标用于工程计算时，计算公式将试

34、验指标用于工程计算时，计算公式的推导都有均质土的假定，计算基础中的推导都有均质土的假定，计算基础中点沉降时，你必须承认土层是均匀的，点沉降时，你必须承认土层是均匀的，包括深度方向和水平方向都是均匀的，包括深度方向和水平方向都是均匀的，如果不承认这一点，这个计算土中应力如果不承认这一点，这个计算土中应力的公式就不成立，还计算什么？的公式就不成立，还计算什么？l如果认为同一个地质单元也存在不均匀性，如果认为同一个地质单元也存在不均匀性，而又希望把这种不均匀性探明显示出来。而又希望把这种不均匀性探明显示出来。如果采取在建筑物四个角点分别取土试验如果采取在建筑物四个角点分别取土试验的方法，但在水平方向

35、上怎么把握两个钻的方法，但在水平方向上怎么把握两个钻孔之间的变化呢？认为一个孔的数据能代孔之间的变化呢？认为一个孔的数据能代表多大的范围，表多大的范围，1m1m？2m2m？还是多少？就没？还是多少？就没有底了。如果认为在深度方向上同一个土有底了。如果认为在深度方向上同一个土层也存在不均匀性，那在两个取土点之间层也存在不均匀性，那在两个取土点之间的不均匀性又如何把它探明？因此在对同的不均匀性又如何把它探明？因此在对同一地质单元的不均匀性假定的基础上的勘一地质单元的不均匀性假定的基础上的勘察工作，连取土点的确定都会有很大的争察工作，连取土点的确定都会有很大的争议，事情就做不下去了。议，事情就做不下

36、去了。l在均质土假定的基础上，把各个勘探点、在均质土假定的基础上，把各个勘探点、各个取样点的数据的差异看成是随机因素各个取样点的数据的差异看成是随机因素造成而不是系统因素造成的，这些随机因造成而不是系统因素造成的，这些随机因素包括当年沉积时物质的差异、年代的差素包括当年沉积时物质的差异、年代的差异、沉积条件的差异、取土扰动程度的差异、沉积条件的差异、取土扰动程度的差异、试验条件的差异等等。在这样假定的异、试验条件的差异等等。在这样假定的基础上，就可以用统计的方法来处理这些基础上，就可以用统计的方法来处理这些数据的随机误差了，数据的离散性或变异数据的随机误差了，数据的离散性或变异性是反映这种随机

37、因素影响的定量指标，性是反映这种随机因素影响的定量指标，通过计算，可以估计这些随机误差对计算通过计算，可以估计这些随机误差对计算结果所造成的影响有多大，这就是误差估结果所造成的影响有多大，这就是误差估计和可靠度分析。计和可靠度分析。l因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般都分层采用各层土的综合压缩曲线去确都分层采用各层土的综合压缩曲线去确定其相应压力段的压缩模量，而且对于定其相应压力段的压缩模量，而且对于一个场地，如果是同一个地质单元，也一个场地，如果是同一个地质单元，也只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。l如果发现某一个范围存

38、在明显的指标差如果发现某一个范围存在明显的指标差异，那很可能是在地质单元的划分上出异，那很可能是在地质单元的划分上出了问题。了问题。 l地基不均匀性对建筑物的危害主要使建地基不均匀性对建筑物的危害主要使建筑物倾斜与开裂。筑物倾斜与开裂。l事先防范事故的发生无疑是十分重要的，事先防范事故的发生无疑是十分重要的，在地基基础设计时，对于那种十分明显在地基基础设计时，对于那种十分明显的不均匀地基，例如软硬不均的地基，的不均匀地基，例如软硬不均的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，存在暗浜的地基等等，首先需要加以界存在暗浜的地基等等，首先需要加以界定，划分其界限

39、，分别研究其压缩性，定，划分其界限，分别研究其压缩性，而是否会产生有害的不均匀沉降，而是否会产生有害的不均匀沉降， l不均匀性一般不是靠计算出来的，而是不均匀性一般不是靠计算出来的，而是根据工程的判断，解决的方法是采取工根据工程的判断，解决的方法是采取工程措施，使其均匀化，一般也不是靠计程措施，使其均匀化，一般也不是靠计算结果来保证工程安全的。产生不均匀算结果来保证工程安全的。产生不均匀沉降的因素很多，地基压缩性的不均匀沉降的因素很多，地基压缩性的不均匀性仅是一个方面，而土层的厚度变化，性仅是一个方面，而土层的厚度变化，荷载的差异、荷载的偏心、施工时的扰荷载的差异、荷载的偏心、施工时的扰动等可

40、能是更重要的因素，它们所产生动等可能是更重要的因素，它们所产生的不均匀沉降的数量级往往远大于压缩的不均匀沉降的数量级往往远大于压缩性的不均匀。性的不均匀。l人们在事先精确控制建筑物倾斜和开裂人们在事先精确控制建筑物倾斜和开裂的本领还不大，特别依靠沉降计算的结的本领还不大，特别依靠沉降计算的结果来控制不均匀沉降更是不太现实。为果来控制不均匀沉降更是不太现实。为了保证工程的安全一般从两个方面控制，了保证工程的安全一般从两个方面控制，一是采取工程措施来控制上述产生不均一是采取工程措施来控制上述产生不均匀沉降的诸多因素，不使其发生，或降匀沉降的诸多因素，不使其发生，或降低其危害；二是控制计算平均沉降量

41、的低其危害；二是控制计算平均沉降量的数量级，即控制基础底面的压力值，这数量级，即控制基础底面的压力值，这就是变形控制设计的方法。就是变形控制设计的方法。l地基均匀性评价是否可理解为对持力层地基均匀性评价是否可理解为对持力层和下卧层的均匀性评价，对土层的评价和下卧层的均匀性评价，对土层的评价结论是否说土层为均匀或不均匀地基土，结论是否说土层为均匀或不均匀地基土，还是地基为均匀或不均匀地基？而且对还是地基为均匀或不均匀地基？而且对场地土层是否应该全部进行评价？我曾场地土层是否应该全部进行评价？我曾经见过一份报告上对本应该在基础开挖经见过一份报告上对本应该在基础开挖将被挖除的填土层评价其均匀性，本人

42、将被挖除的填土层评价其均匀性，本人认为不合理，是否正确？认为不合理，是否正确？ l这是不均匀地基吗？这是不均匀地基吗？ l根据你所列举的这个地质剖面，从土层根据你所列举的这个地质剖面，从土层的厚度分布，我实在看不出地基的均匀的厚度分布，我实在看不出地基的均匀性存在什么问题。从现象上看，填土层性存在什么问题。从现象上看，填土层的底面坡度比较大，似乎应该判为不均的底面坡度比较大，似乎应该判为不均匀地基，但建筑物的基础落在第层粉匀地基，但建筑物的基础落在第层粉质黏土层上，将填土挖去了还有什么均质黏土层上，将填土挖去了还有什么均匀性的问题呢？匀性的问题呢？l对于对于高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土

43、工程勘察规程JGJ72-2004JGJ72-2004关于地基均匀性评价的有关关于地基均匀性评价的有关规定，可能存在不同的理解，也需要进规定，可能存在不同的理解，也需要进行必要的讨论：行必要的讨论：l1) 1) 均匀性判断要求进行的，是均匀性判断要求进行的，是“沉降、沉降、差异沉降、倾斜等特征分析评价差异沉降、倾斜等特征分析评价”，并，并不是要求进行精确的定量计算。不是要求进行精确的定量计算。l2) 2) 均匀性判断的目的是为了重视地貌、均匀性判断的目的是为了重视地貌、工程地质单元和地基岩土层结构等条件工程地质单元和地基岩土层结构等条件对建筑物具有重要的控制性影响。对建筑物具有重要的控制性影响。

44、l3) 3) 其实模量当量值之比就等于虚拟变形其实模量当量值之比就等于虚拟变形之比，比较相同基底应力条件下的模量之比，比较相同基底应力条件下的模量当量值之比，可以把基底应力约去，应当量值之比，可以把基底应力约去，应力面积化为单位应力面积，再将分子分力面积化为单位应力面积，再将分子分母中的单位应力面积约去，最后只剩下母中的单位应力面积约去，最后只剩下虚拟变形的比值。虚拟变形的比值。l1.什么是极限状态什么是极限状态? l2.到底有几种设计方法？到底有几种设计方法？ l3.如何处理岩土工程与上部结构不同设计如何处理岩土工程与上部结构不同设计方法所带来的问题方法所带来的问题? ?l4.如何控制岩土工

45、程的安全度？如何控制岩土工程的安全度？l5.5.怎样计算荷载？怎样计算荷载？l从设计方法的发展历史来看，从工作状从设计方法的发展历史来看，从工作状态设计逐步演变为极限状态设计。态设计逐步演变为极限状态设计。l极限状态设计极限状态设计是将建筑物的工作状态与是将建筑物的工作状态与极限状态之间保持一个足够充分的安全极限状态之间保持一个足够充分的安全储备，以保证建筑物的承载力或正常使储备，以保证建筑物的承载力或正常使用的要求都得到满足。用的要求都得到满足。 l承载力极限状态与正常使用极限状态是承载力极限状态与正常使用极限状态是两种不同性质的极限状态控制方法。对两种不同性质的极限状态控制方法。对应于结构

46、或结构构件达到最大承载力或应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态称为承载不适于继续承载的变形的状态称为承载能力极限状态。对应于结构或结构构件能力极限状态。对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态称为正常使用极限状态。值的状态称为正常使用极限状态。l承载能力极限状态可理解为结构或结构承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载能力的状态。构件发挥允许的最大承载能力的状态。结构构件由于塑性变形而使其几何形状结构构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变，虽未达到最大承载能力，发生显著改变，虽未达到最大承载能力

47、，但已彻底不能使用，也属于达到这种极但已彻底不能使用，也属于达到这种极限状态。疲劳破坏是在使用中由于荷载限状态。疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而达到的承载能力极限状多次重复作用而达到的承载能力极限状态。态。l按照我国统一标准的规定，当结构或结按照我国统一标准的规定，当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：过了承载能力极限状态：l1 1） 整个结构或其一部分作为刚体失去平整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；衡；l2 2） 结构构件或连接因超过材料强度而破结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；坏，或因过

48、度变形而不适于继续承载；l3 3） 结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；l4 4） 结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳定；l5 5） 结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏而发生连续倒塌；l6 6） 地基丧失承载力而破坏；地基丧失承载力而破坏；l7 7） 结构或结构构件的疲劳破坏。结构或结构构件的疲劳破坏。l正常使用极限状态可理解为结构或结构正常使用极限状态可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。例如，某些构件必须控制变形、状态。例如，某些构件必须控制变形、裂缝才能满足使用要求。因过大的变形裂缝才能满足使用要求。因过大的变

49、形会造成如房屋内粉刷层剥落、填充墙和会造成如房屋内粉刷层剥落、填充墙和隔断墙开裂及屋面积水等后果；过大的隔断墙开裂及屋面积水等后果；过大的裂缝会影响结构的耐久性；过大的变形、裂缝会影响结构的耐久性；过大的变形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感。裂缝也会造成用户心理上的不安全感。l按我国统一标准的规定，当结构或结构按我国统一标准的规定，当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：了正常使用极限状态：l1 1） 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；l2 2） 影响正常使用或耐久性能的局部损坏；影响正常使用或耐久性能的局部损坏；

50、l3 3） 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；l4 4） 影响正常使用的其他特定状态。影响正常使用的其他特定状态。l根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力极限状态可以具体区分为下面极限状态可以具体区分为下面5种承载力极种承载力极限状态设计。限状态设计。l1） 结构物或岩土体作为刚体失去平衡，在结构物或岩土体作为刚体失去平衡，在这种极限状态验算时，结构材料和岩土的这种极限状态验算时，结构材料和岩土的强度对抗力是不重要的，这种极限状态简强度对抗力是不重要的，这种极限状态简称为称为EQU。l2）结构或构件的内部破坏或过大变形，包）结构或构件的内部破坏或过大变形

51、，包括基础、桩和地下室侧墙等，在这种极限括基础、桩和地下室侧墙等，在这种极限状态验算时，结构材料强度对抗力是至关状态验算时，结构材料强度对抗力是至关重要的，这种极限状态简称为重要的，这种极限状态简称为STR。 l3）岩土体的破坏或过大的变形，在这种）岩土体的破坏或过大的变形，在这种极限状态验算时，岩土的强度对抗力是极限状态验算时，岩土的强度对抗力是至关重要的，这种极限状态简称为至关重要的，这种极限状态简称为GEO。l4）由于水的浮力或其他竖向力引起结构）由于水的浮力或其他竖向力引起结构物或岩土体平衡的丧失，这种极限状态物或岩土体平衡的丧失，这种极限状态简称为简称为UPL。l5） 由于水力梯度所

52、引起的岩土体隆起、由于水力梯度所引起的岩土体隆起、冲刷或管涌，这种极限状态简称为冲刷或管涌，这种极限状态简称为HYD。l根据我国统一标准的规定和欧洲规范的条根据我国统一标准的规定和欧洲规范的条文，文，“地基丧失承载力而破坏地基丧失承载力而破坏”或或“岩土岩土体的破坏或过大的变形体的破坏或过大的变形”都是承载力极限都是承载力极限状态的一种。因此，地基承载力计算，按状态的一种。因此，地基承载力计算，按其性质来说，应该取用承载力极限状态的其性质来说，应该取用承载力极限状态的基本组合。但由于基本组合。但由于建筑地基基础设计规建筑地基基础设计规范范所提供的地基承载力按其性质是地基所提供的地基承载力按其性

53、质是地基容许承载力，在设计表达式中不直接出现容许承载力，在设计表达式中不直接出现安全系数，不具备使用荷载设计值的条件，安全系数，不具备使用荷载设计值的条件，只能取用荷载的标准值，这是由所采用的只能取用荷载的标准值，这是由所采用的设计方法决定的。设计方法决定的。l请问分项系数设计方法是否就是多系数请问分项系数设计方法是否就是多系数设计方法？和总安全系数法有什么区别？设计方法？和总安全系数法有什么区别？建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-GB50007-20022002所采用的究竟是什么设计方法？这所采用的究竟是什么设计方法？这种设计方法与极限状态设计又有什么关种设计方法与极限

54、状态设计又有什么关系？系？l极限状态的数学表达式称为极限状态方极限状态的数学表达式称为极限状态方程，极限状态方程是当结构处于极限状程，极限状态方程是当结构处于极限状态时各有关基本变量的关系式。基本变态时各有关基本变量的关系式。基本变量是指影响结构可靠度的各种物理量，量是指影响结构可靠度的各种物理量，它包括：引起结构作用效应它包括：引起结构作用效应S S（内力等）（内力等）的各种作用和环境影响，如恒荷载、活的各种作用和环境影响，如恒荷载、活荷载、地震、温度变化等；构成结构抗荷载、地震、温度变化等；构成结构抗力力R R（强度等）的各种因素，如材料和岩（强度等）的各种因素，如材料和岩土的性能、几何参

55、数等。分析结构可靠土的性能、几何参数等。分析结构可靠度时，也可将作用效应或结构抗力作为度时，也可将作用效应或结构抗力作为综合的基本变量考虑。综合的基本变量考虑。l如令如令R R为抗力函数；为抗力函数；S S为作用函数，则极为作用函数，则极限状态方程可表达为：限状态方程可表达为：l抗力与作用之比称为安全系数抗力与作用之比称为安全系数K KR/SR/S，两者之差称为安全储备：两者之差称为安全储备：l这是两种不同的安全度控制的方法，即这是两种不同的安全度控制的方法，即安全系数控制方法和失效概率（或可靠安全系数控制方法和失效概率（或可靠指标）指标）控制方法。控制方法。 SR SRZ l不同的安全度控制

56、的设计方法分为定值法不同的安全度控制的设计方法分为定值法和概率法两种。定值法包括单一安全系数和概率法两种。定值法包括单一安全系数法（又称为总安全系数法）、容许应力法法（又称为总安全系数法）、容许应力法和多系数法。概率法包括分项系数法和全和多系数法。概率法包括分项系数法和全概率法。概率法。l采用允许应力法的设计表达式描述工作状采用允许应力法的设计表达式描述工作状态的作用效应与抗力效应的关系，作用效态的作用效应与抗力效应的关系，作用效应采用标准组合，抗力效应以容许值（包应采用标准组合，抗力效应以容许值（包括试验曲线的某种特征点，或理论公式的括试验曲线的某种特征点，或理论公式的计算结果）表示，其安全

57、度是隐含的，并计算结果）表示，其安全度是隐含的，并不出现在设计表达式中。在允许应力法计不出现在设计表达式中。在允许应力法计算中，不使用安全系数或分项系数。算中，不使用安全系数或分项系数。l采用总安全系数设计法的表达式描述的采用总安全系数设计法的表达式描述的是极限状态的作用与抗力的平衡关系。是极限状态的作用与抗力的平衡关系。其中，抗力效应是极限值，包括试验曲其中，抗力效应是极限值，包括试验曲线上的极限临界值，或根据极限理论计线上的极限临界值，或根据极限理论计算的结果，作用效应是标准组合。在设算的结果，作用效应是标准组合。在设计表达式中，总安全系数出现在抗力项计表达式中，总安全系数出现在抗力项的分

58、母中，当然也可以理解为乘以作用的分母中，当然也可以理解为乘以作用效应的标准值再与抗力的极限值相平衡。效应的标准值再与抗力的极限值相平衡。kkSRK l采用分项系数设计法的表达式描述极限采用分项系数设计法的表达式描述极限状态下设计验算点的抗力效应的设计值状态下设计验算点的抗力效应的设计值与作用效应的设计值的平衡关系。设计与作用效应的设计值的平衡关系。设计验算点的失效概率是最大的，因此用验验算点的失效概率是最大的，因此用验算点的坐标（即设计值）来控制设计。算点的坐标（即设计值）来控制设计。RkddksRRSS l我国现行规范的主体工程结构设计方法我国现行规范的主体工程结构设计方法主要采用分项系数法

59、，而现行规范的岩主要采用分项系数法，而现行规范的岩土工程设计原则大多是多种设计方法并土工程设计原则大多是多种设计方法并用。用。l这种现状就使设计工作复杂化了，不弄这种现状就使设计工作复杂化了，不弄清楚这些问题，很容易出现错误。清楚这些问题，很容易出现错误。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 采用了多种采用了多种设计方法。设计方法。l地基承载力设计采用容许承载力法，即地基承载力设计采用容许承载力法，即工作状态设计方法。工作状态设计方法。akfp l地基稳定性计算采用总安全系数法地基稳定性计算采用总安全系数法, ,设计表设计表达式（达式（13-513-5）即为该规范的式（）即为该规范的式（

60、5.4.15.4.1）：）： l岩石锚杆抗拔承载力验算采用允许应力法岩石锚杆抗拔承载力验算采用允许应力法 l式中的式中的f f值为水泥砂浆或混凝土与岩石间的值为水泥砂浆或混凝土与岩石间的粘结强度特征值，即容许粘结强度值。粘结强度特征值，即容许粘结强度值。2 . 1SRMM rrthufR l第第6 6章挡土墙稳定性验算采用总安全系数章挡土墙稳定性验算采用总安全系数法法 。l第第8 8章基础结构承载力验算采用分项系数章基础结构承载力验算采用分项系数法，所有的设计表达式中，作用均为基底法，所有的设计表达式中，作用均为基底的净反力或由净反力产生的基础结构内力，的净反力或由净反力产生的基础结构内力，强