第5章：岩土工程极限状态

1、 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。结构设计应满足的可靠度： 令：R 结构抗力 S 结构在荷载（或作用）下产生的效应 则：RS，结构处于可靠状态 R = S 结构处于极限状态 RS，结构处于失效状态 可靠度在设计基准内，在规定的条件下（正常设 计、正常施工、正常使用），结构处于可靠 状态的概率。用Ps表示。 失效概率：结构处于失效状态的概率（Pf）。 可靠概率与失效概率的关系：Ps=1-Pf 规范中，用可靠指标)(SP 结构在设计使用年限内应满足下列功能要求:1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；2）在正常使用

2、时具有良好的工作性能；3）在正常维护下具有足够的耐久性能；4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。 这些功能要求，包括了对结构、和的要求，可概括为结构可靠性的要求。 当结构或结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： 当结构或结构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： 极限状态设计 概率极限状态设计spl容许应力法l总安全系数法l概率极限状态法 KSRKniQiciQiQQGGkkkSSSS21,0kkRafRS 1、岩土工程承载力极限状态及案例： A. 在岩土中形成破坏机制 B. 由于岩土体的过大位移或变形，导致结构物 发生结构性的严

3、重损坏 l根据上海市政府公布的调查结果，房屋倾倒的主要原因是紧贴7号楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10米左右。与此同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度达4.6米。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。 2009年3月19日下午一点三十分左右，西宁市商业巷市场改造工程一工地的一段十多米高、二十米宽的基坑边坡发生坍塌，造成8名工人遇难 山体滑坡 重庆.武隆山体滑坡珠海 基坑支护结构坍塌事故 支护结构型式： 无嵌固深度的逆作挡墙加钢构内支撑型式，四周为搅拌桩加旋喷桩，东、西、北三面为两排，南面为三排，搅拌桩深度18m左右，用旋喷桩加深至2

4、2.0m。该支护工程钢筋混凝土直墙共分6层，钢支撑分四层，分别支撑在第一、二、四、五层直墙上，标高分别为-3m、-6.5m、-10m、-13.5m。每层钢筋混凝土直墙共分35段，钢支撑13道，每个角处有3道，成45度角对撑，东西面水平支撑一道。 沿轴线每隔6m设一根400-90预应力管桩； 钢支撑采用SS400型I60工钢，其中一层角撑为2肢I60，其余3层角撑为4肢I60，施工时先施加200顿预应力。 每道钢筋混凝土挡土墙从上至下逆作施工，每道施工高度不大于2.5m。 在施工顺序强调一道挡土墙施工封闭合拢后，挖去第一层土。第二道挡土墙起严格分段跳槽施工，分段长度淤泥土不超过8m，其它土不超过

5、12m。 当钢支撑应力大于140MPa时应立即通知业主。 事故经过： 1998年1月26日该工程第一道砼挡墙沿基坑周边封闭。 4月10日第四道砼挡墙已完成封闭，墙底开挖标高11.7m，但4月22日实测基坑内开挖深度已达15.0m，局部更深，东南达15.8m，西南达16.2m，东北达15.9m，西北达15.8m，坑内局部深达16.8m，基坑内土方开挖深度已低于第四层钢支撑，而此时第四层钢支撑并未安装，连第三层钢支撑也只安装了11道，尚有1号和13号未安装，由于土方开挖过快，开挖深度过大，支撑安装滞后，测点至4月28日测试，超过130MPa的已达24个，超过150MPa的已达20个。而第一层支撑出

6、现了受压变成了受拉杆件。 4月30日，发现砼挡墙下沉和倾斜已明显增加。 5月2日、3日连续大、暴雨后，加速了上述险情增加。 5月6日上午，坑外地表已累计下沉176mm，邻近基坑南侧临时工棚已向南倾斜200mm，下午2时许基坑南面钢支撑突然发出连续爆裂声、钢支撑端部已多处开裂、脱落、失稳，坑底土体隆起200mm，4时左右决定全线撤离，附近居民疏散。4：30分左右，基坑内频繁发生爆裂声响，基坑东南角首先发生坍塌（该处缺打6根400预应力管桩），支护墙体呈后仰（“踢脚”）滑入坑内。接着西南角（该处缺打2根400预应力管桩），也呈后仰滑入坑内，坑外3栋房屋整体性滑入坑内（滑距达20余米），4小时后，约

7、晚上8时许，基坑北侧相继向坑内滑塌，整个基坑全部倒塌。由于人员撤离及时，基坑未坍塌，未造成人员死亡事故。 破坏模式： “ “踢脚”“隆起”引起东南角土体首先塌陷、牵动西南角滑移，引起支撑体系失衡，导致整个基坑跨塌。杭州萧山湘湖段地铁基坑坍塌 2008年11月15日15时20分，杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故。风情大道坍塌形成了一个长75米、深15.5米的深坑，附近的河流决堤，河水倒灌，一度水深达6米多。 正在路面行驶的11辆车陷入深坑，数十名地铁施工人员被埋，遇难人数达到21名，距事故现场仅一墙之隔的萧山区城西小学，校园东边的围墙已全部垮塌，地下管线破坏。 上海轨道交通4号线越江隧道事

8、故 浦东南路站南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目轨道交通四号线工程的一个重要组成部分。 浦东南路站到南浦大桥站区间隧道上行线长2001M，下行线长1987M，其中江中段440M。区间隧道顶最大埋深为37.7M，隧道中心线水平距离为10.984M，隧道最大坡度为3.2%。 盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防汛墙、外马路、文庙泵站、音像制品批发交易市场进入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行线逐渐由水平同向推进转为垂直同向推进直至浦西南浦大桥站事故影响区域 事故经过： 7月1日凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。 6：

9、00，音像楼发生明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。 7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加快。文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明显沉陷。 9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。 15：00以风井为中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩展到董家渡路、中山南路、外马路、防汛墙。 20:00，防汛墙也开始出现裂缝，沉降进一步发展。 1、事故的发生点：位于隧道的联络通道处(又称旁通道)， 2、围护方法：联络通道采用冰冻法进行施工 3、风井采用逆作法施工，已完成。文庙泵站突沉 临江花苑门口地面塌陷 在30M深度以下，地层为第七层(1层、2层)，该土层砂性重，透水性

10、好，易液化。联络通道位于第七土层，同时该土层为上海第一承压水层，承压水最高水位为地面以下7.58M，最高水头为21.7M。事故原因（1）冻结法施工方案调整缺陷： 降低对冻土平均温度要求：10 C 8 C 制冷量不足：未考虑夏季施工损失； 冻结管数量减少（2422），长度缩短25m-16m)（2） 在冻结条件不太充分情况下进行开挖： 要求冻结时间50天，实际43天； 6月24日回路温差大于要求（3）施工单位对于险情征兆没有采取有效措施： 压力水流出、土温上升 水压力达到承压水压力没有紧急止水措施，没向隧道公司 和监理公司汇报；（4）中煤上海分公司严重违章，擅自凿洞；（5）监理公司现场监理人员失职

11、： 仅在6月25日、30日下井两次： 29、30日日记：“各项工作均正常”（6）隧道公司现场管理人员失职：247月1日， 质量员一次也未到工作面，2830日记”一切正常“抢险技术措施 事故的最后处理： 灌注了65m深的地 下连续墙； 开挖深度39.8m; 开挖面积：20236m.B. 由于岩土体的过大位移或变形，导致结构物 发生结构性的严重损坏 堆料室内仓库因大面积负荷,柱子向内侧转动示意图 地下水浮力造成结构性破坏岩土工程承载能力极限状态的设计内容举例：桩 基：基坑支护： 2、岩土工程正常使用极限状态及案例： 出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 岩土工程正常使用极限状态的设计

12、内容举例： 桩基：基坑支护： 变变 形形 特征特征地基土类别地基土类别 中、低压缩性土中、低压缩性土 高压缩性土高压缩性土 砌体承重结构基础的局部倾斜砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.002 0.003 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差工业与民用建筑相邻柱基的沉降差、框架结构、框架结构、砌体墙填充的边排柱、砌体墙填充的边排柱、当基础的不均匀沉降时不产生附加应力的结、当基础的不均匀沉降时不产生附加应力的结构构 0.002l0.002l0.0007l0.0007l0.005l0.005l 0.003l0.001l0.005l 单层排架结构（柱距为单层排架结构（柱距为6m6m）柱基的沉降量）柱基

13、的沉降量（mmmm） （120120） 200 桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）纵向纵向横向横向 0.0040.0040.0030.003 建筑物的地基变形允许值建筑物的地基变形允许值多层和高层建筑的整体倾斜多层和高层建筑的整体倾斜 Hg24Hg24 24Hg60 24Hg60 60Hg100 60100 Hg100 0.0040.0040.0030.0030.00250.00250.0020.002 体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（mmmm） 200200 高耸结构基础的倾斜高耸结构基础的倾斜 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高耸结构基础的沉降量（高耸结构基础的沉降量（mmmm） Hg100Hg100 100Hg200 100Hg200 200Hg250 200Hg250400300200注：注：1 1、本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；、本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值； 2 2、有括号者仅适用于中压缩性土；、有括号者仅适用于中压缩性土； 3 3、l l为相邻柱基的中心距离（为相邻柱基的中心距离（mmmm）；）；HgHg为自室为自室外外 地面起算的建筑物高度（地面起算的建筑物高度（m m）；）； 4 4、倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距、倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；离的比值； 5 5、局部倾斜指砌体承重结构沿纵向、局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6 610m10m内基内基础两点的沉降差与其距离的比值。础两点的沉降差与其距离的比值。承载能力 极限状态？正常使用正常使用 极限状态？极限状态？地基变形岩土位移上海