岩土工程评价与设计讲座下(高大钊)

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评价方法（下）第一部分岩土工程评价方法（下） 同济大学同济大学 高大钊高大钊 20112011年年3 3月月 l1. 1. 地基承载力评价地基承载力评价l主要讨论勘察报告中提供的是什么样的主要讨论勘察报告中提供的是什么样的地基承载力，怎么使用这些承载力的数地基承载力，怎么使用这些承载力的数据，用什么方法提供地基承载力。据，用什么方法提供地基承载力。l2. 2. 场地的均匀性评价场地的均匀性评价l主要讨论均匀性评价的目的究竟是什么主要讨论均匀性评价的目的究竟是什么，怎样看待均匀性问题和怎样评价地基，怎样看待均匀性问题和怎样评价

2、地基的均匀性。的均匀性。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

3、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

4、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

5、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为什么会形成这种看法的历史渊源？为什么会形成这种看法的历史渊源？l40年前的年前的74规范的地基承载力表的配套规规范的地基承载力表的配套规定。当时形成了容许承载力的一个定。当时形成了容许承载力的一个“新新”的定义：的定义： 在保证地基稳定和建筑物变形不在保证地基稳定和建筑物变形不超过限值的条件下，地基土所能承受的最超过限值的条件下，地基土所能承受的最大压力。这个定义进入了学校的教科书，大压力。这个定义进入了学校的教科书，影响了几代人。影响了几代人。l在国外的规范和教科书中并没

6、有这样的定在国外的规范和教科书中并没有这样的定义，地基极限承载力除以安全系数得到容义，地基极限承载力除以安全系数得到容许承载力。仅从强度稳定性角度定义。许承载力。仅从强度稳定性角度定义。l还有一个原因是有些地区的经验规则。还有一个原因是有些地区的经验规则。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，

7、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

8、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

9、，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，这本规范在最和埋置深度计算地基承载力，这本规范在最近的修编工作时。在上海地区，近年来对近的修编工作时。在上海地区，近年来对1

10、0个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了39台台平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算公式的适用性。试验结果表明，上海地区浅公式的适用性。试验结果表明，上海地区浅层土的地基极限承载力在层土的地基极限承载力在200kPa300kPa之之间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的ps曲线呈渐变型，无明显转折点；而黏性土的曲线呈渐变型，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

11、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

12、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

13、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，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

14、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。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

15、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

16、，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。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

17、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

18、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、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。 现在的勘察报告是按不同深度的土层分层

19、提现在的勘察报告是按不同深度的土层分层提供地基承载力，其实质是基本条件（小压板，供地基承载力，其实质是基本条件（小压板，无埋深或假定为标准条基）下的地基承载力。无埋深或假定为标准条基）下的地基承载力。我的问题是国外是否也是这样做；一般我的问题是国外是否也是这样做；一般我们是把深层土假想为在地面处提供地基承我们是把深层土假想为在地面处提供地基承载力，看了几本土力学教材也只是讲天然地载力，看了几本土力学教材也只是讲天然地基浅基础承载力公式，多未讲天然地基深基基浅基础承载力公式，多未讲天然地基深基础承载力公式。础承载力公式。 在国外的土力学著作中，包括前苏联，对浅基在国外的土力学著作中，包括前苏联，

20、对浅基础和深基础的承载力问题都是分别讨论的，概念础和深基础的承载力问题都是分别讨论的，概念非常清楚，不可能用浅基础的地基承载力公式去非常清楚，不可能用浅基础的地基承载力公式去计算深层土的地基承载力问题。计算深层土的地基承载力问题。 在我国的许多著作或教材中，对这个问题的概念在我国的许多著作或教材中，对这个问题的概念也是清楚的。钱家欢教授主编的土工原理与计也是清楚的。钱家欢教授主编的土工原理与计算中，第八章地基承载力，其中第五节讲的是算中，第八章地基承载力，其中第五节讲的是“深基础地基承载力深基础地基承载力”，在这节开头就说明了两，在这节开头就说明了两者的区别：者的区别：“深基础与浅基础具有不同

21、的破坏特深基础与浅基础具有不同的破坏特征，因而其承载力的确定也各有所异。前面各节征，因而其承载力的确定也各有所异。前面各节所介绍的承载力计算公式均只适用于浅基础的情所介绍的承载力计算公式均只适用于浅基础的情况。本节将讨论深基础地基的破坏特征及其承载况。本节将讨论深基础地基的破坏特征及其承载力的确定方法。力的确定方法。” 郑大同教授在地基极限承载力的计算一书郑大同教授在地基极限承载力的计算一书中论述了梅耶霍夫对深基础地基承载力的贡献：中论述了梅耶霍夫对深基础地基承载力的贡献：“50年代，梅耶霍夫进一步考虑了基础底面以上，年代，梅耶霍夫进一步考虑了基础底面以上，土体发生抗剪强度的影响，从而提出了浅

22、基础和土体发生抗剪强度的影响，从而提出了浅基础和深基础的极限承载力公式。深基础的极限承载力公式。”“”“梅耶霍夫在梅耶霍夫在1951年曾经指出，地基承载力取决于地基土的年曾经指出，地基承载力取决于地基土的物理力学性质（密度、抗剪强度和变形性质），物理力学性质（密度、抗剪强度和变形性质），取决于地基中的原始应力和地下水的情况，取决取决于地基中的原始应力和地下水的情况，取决于基础的物理性质（基础尺寸、埋置深度和基底于基础的物理性质（基础尺寸、埋置深度和基底的粗糙程度），而且也取决于建造基础的方法。的粗糙程度），而且也取决于建造基础的方法。” 但在工程勘察工作中，不知从什么时候开始，但在工程勘察工作

23、中，不知从什么时候开始，要求按不同深度的土层分层提供地基承载力，要求按不同深度的土层分层提供地基承载力，而且不管土层的埋藏深度如何，都用浅基础而且不管土层的埋藏深度如何，都用浅基础的地基承载力公式计算深层土的地基承载力。的地基承载力公式计算深层土的地基承载力。这种做法对工程实践是不合适的，更为可怕这种做法对工程实践是不合适的，更为可怕的是使工程师们的学术思想都搞糊涂了，基的是使工程师们的学术思想都搞糊涂了，基本概念也不讲了，以己之昏昏，怎能使人昭本概念也不讲了，以己之昏昏，怎能使人昭昭，糊里糊涂地计算，糊里糊涂地应用，浪昭，糊里糊涂地计算，糊里糊涂地应用，浪费了也没有觉察，危险了在吃安全系数的

24、余费了也没有觉察，危险了在吃安全系数的余量。量。 分层提供承载力是一种习惯做法，是历分层提供承载力是一种习惯做法，是历史的产物，在基础埋深不大的情况下问史的产物，在基础埋深不大的情况下问题不突出；题不突出； 如何提供？将深层的土层假定在地面，如何提供？将深层的土层假定在地面，设定一个浅基础的宽度与埋深，用规范设定一个浅基础的宽度与埋深，用规范的公式计算，要求设计人员按实际埋置的公式计算，要求设计人员按实际埋置深度进行修正后使用；深度进行修正后使用； 或者将浅层土载荷试验得到的承载力，或者将浅层土载荷试验得到的承载力，按相似的物理指标推广到深层土中；按相似的物理指标推广到深层土中；l 太湖地区冲

25、湖积平原厂区勘察，建筑物太湖地区冲湖积平原厂区勘察，建筑物主要为厂房主要为厂房( (最大单柱荷重最大单柱荷重2000kN)2000kN)及办及办公楼公楼( (最大单柱荷重最大单柱荷重4000kN)4000kN)，拟采用的拟采用的结构型式厂房为排架结构，办公楼为框结构型式厂房为排架结构，办公楼为框架结构，浅基础。架结构，浅基础。根据本地区地层及拟建建筑物特征根据本地区地层及拟建建筑物特征，勘探点布置的深度为，勘探点布置的深度为10-15m10-15m，为满足为满足抗震规范对场地类别的判别，其中选抗震规范对场地类别的判别，其中选3 3个个钻孔加深至钻孔加深至20m20m。l0-4.5m 0-4.5

26、m 粘土粘土, ,可可( (硬硬) )塑，塑，f fakak=200kPa, =200kPa, E Es s=6.68MPa=6.68MPa 4.5-6.5m 4.5-6.5m，粉质粘土粉质粘土, ,可塑，可塑，lf fakak =140kPa, =140kPa, E Es s =5.55MPa =5.55MPa6.5-10.5m,6.5-10.5m,粉土，中密，粉土，中密，lf fakak =140kPa, =140kPa, E Es s =8.58 MPa =8.58 MPa10.5-16.50,10.5-16.50,粉砂，中密，粉砂，中密，lf fakak =200kPa =200kPa

27、，E Es s =10.45 MPa =10.45 MPal3 3个加深钻孔揭露的地层为：个加深钻孔揭露的地层为：16.50-19.00,16.50-19.00,粉质粘土，软塑粉质粘土，软塑, , lE Es s =4.17MPa =4.17MPa19.00-20.00,19.00-20.00,粘土，可塑粘土，可塑, , lE Es s =7.31MPa =7.31MPa经验算，当采用独立柱基，基础宽经验算，当采用独立柱基，基础宽度取度取4.5m4.5m时，基础埋深取时，基础埋深取1.5m1.5m，地基土地基土承载力可满足要求；地基压缩层厚度小承载力可满足要求；地基压缩层厚度小于于10m10m

28、。l由于加深钻孔深度仅为通过土类估算由于加深钻孔深度仅为通过土类估算20m20m以浅的剪切波速，以满足对场地类别判以浅的剪切波速，以满足对场地类别判定的要求，故每层仅取定的要求，故每层仅取3 3层原状样品，未层原状样品，未提供地基承载力特征值。当我院审核人提供地基承载力特征值。当我院审核人认为揭露深度内的地层均要提供地基承认为揭露深度内的地层均要提供地基承载力特征值。请问载力特征值。请问16.50m16.50m以深的粉质粘以深的粉质粘土及粘土层有必要提土及粘土层有必要提f fakak吗？吗？l根据这两幢建筑物的性质和荷载的大小根据这两幢建筑物的性质和荷载的大小，勘探深度，勘探深度101015m

29、15m就能满足天然地基浅就能满足天然地基浅基础承载力计算和沉降计算的要求。将基础承载力计算和沉降计算的要求。将部分钻孔深度增加到部分钻孔深度增加到20m20m，完全是为了测，完全是为了测定剪切波速以计算等效剪切波速，确定定剪切波速以计算等效剪切波速，确定建筑场地类别。因此，加深的钻孔资料建筑场地类别。因此，加深的钻孔资料，即对，即对16.5m16.5m20.0m20.0m范围的土层并不需范围的土层并不需要评价地基承载力。要评价地基承载力。l在这个案例中，基础选型已经比较明确在这个案例中，基础选型已经比较明确，基础埋置深度也能确定，哪些土层是，基础埋置深度也能确定，哪些土层是主要土层，应该比较清

30、楚了。所以，你主要土层，应该比较清楚了。所以，你对对16.5m以下的土层，不按主要土层的要以下的土层，不按主要土层的要求取土，也不需要提供地基承载力的建求取土，也不需要提供地基承载力的建议值，这是符合强制性条文规定的。议值，这是符合强制性条文规定的。l看四份岩土工程报告，其中两份是国内看四份岩土工程报告，其中两份是国内的，两份是由国外岩土工程师编写的，的，两份是由国外岩土工程师编写的，一份在国外，一份在国内。一份在国外，一份在国内。l某冲压机车间某冲压机车间l某电厂扩建工程某电厂扩建工程l美国加州的一个超市美国加州的一个超市l国内的一个商城国内的一个商城l实例实例1.1-1软土地区某冲压车间压

31、机软土地区某冲压车间压机基础的岩土工程勘察，压机基础尺寸为基础的岩土工程勘察，压机基础尺寸为24m86.5m，基底总压力为，基底总压力为204kPa，采，采用桩基础。考虑用桩基础。考虑3种不同桩长的方案，桩种不同桩长的方案，桩的入土深度分别为的入土深度分别为45m、60m和和65m，桩，桩端持力层分别为第端持力层分别为第b、第、第 b、和第、和第层，因此钻孔深度层，因此钻孔深度91.45m，勘探深度范，勘探深度范围内揭露了十多层的土层。围内揭露了十多层的土层。l对于这样的一个项目，已经明确采用长对于这样的一个项目，已经明确采用长桩基础的工程，还要在勘察报告中分层桩基础的工程，还要在勘察报告中分

32、层地提供那么多土层的地基容许承载力，地提供那么多土层的地基容许承载力，不知道其目的究竟是什么？地基基础设不知道其目的究竟是什么？地基基础设计根本不需要这些土层作为天然地基的计根本不需要这些土层作为天然地基的持力层，也不需用这些土层的地基承载持力层，也不需用这些土层的地基承载力进行设计。特别是这些深层土的地基力进行设计。特别是这些深层土的地基承载力，用浅基础地基承载力公式计算承载力，用浅基础地基承载力公式计算得到的这些数据既没有什么用处，也没得到的这些数据既没有什么用处，也没有什么物理意义，显然是多余的。有什么物理意义，显然是多余的。l实例实例1.1-2国内某电厂扩建工程的岩国内某电厂扩建工程的

33、岩土工程勘察报告。主厂房为框架和排架土工程勘察报告。主厂房为框架和排架结构两种结构型式，采用天然地基方案结构两种结构型式，采用天然地基方案，勘探孔深度，勘探孔深度39m42m，揭露了，揭露了9层土层土层，对各个主要土层均进行了地基承载层，对各个主要土层均进行了地基承载力的分析与计算，地基容许承载力的综力的分析与计算，地基容许承载力的综合建议值。合建议值。l这份资料的特点是已经明确采用天然地这份资料的特点是已经明确采用天然地基上的浅基础，设计主厂房的基础埋置基上的浅基础，设计主厂房的基础埋置深度为深度为6.5m，基底最大压力为，基底最大压力为200kPa。第第1层土层的埋藏深度正好在层土层的埋藏

34、深度正好在6.5m左右左右，对表，对表1-2中所提供的地基承载力进行深中所提供的地基承载力进行深宽修正以后的地基承载力也大于基底最宽修正以后的地基承载力也大于基底最大压力，因此采用大压力，因此采用1层作为主车间基础层作为主车间基础的持力层是可行的。的持力层是可行的。l实例实例1.1-3这是一份美国加州某超市这是一份美国加州某超市的岩土工程报告。建设场地的面积为的岩土工程报告。建设场地的面积为74000m2，建筑面积为，建筑面积为21500m2，结构为，结构为单层排架。由结构自重产生的柱荷载为单层排架。由结构自重产生的柱荷载为：内柱：内柱385kN，外柱，外柱267KN；由活荷载；由活荷载所产生

35、的柱荷载为所产生的柱荷载为680kN，地坪均布荷，地坪均布荷载为载为7.3kPa，最大集中荷载为，最大集中荷载为23kN；承；承重墙荷载为重墙荷载为181.4kN/m272.1kN/m，非，非承重墙荷载为承重墙荷载为22.3kN/m90.7kN/m。实例1.1-3这是一份美国加州某超市的岩土工程报告。建设场地的面积为74000m2，建筑面积为21500m2，结构为单层排架。由结构自重产生的柱荷载为：内柱385kN，外柱267KN；由活荷载所产生的柱荷载为680kN，地坪均布荷载为7.3kPa，最大集中荷载为23kN；承重墙荷载为181.4kN/m272.1kN/m，非承重墙荷载为22.3kN/

36、m90.7kN/m。4l该场地典型的土层柱状图见图该场地典型的土层柱状图见图1-1，基础设，基础设计所需的地基容许承载力数值见表计所需的地基容许承载力数值见表1-3。这。这份报告表明，岩土工程分析需要以确切的上份报告表明，岩土工程分析需要以确切的上部结构传至基础的荷载为依据，才能进行必部结构传至基础的荷载为依据，才能进行必要的计算。对于地基承载力，对于采用天然要的计算。对于地基承载力，对于采用天然地基的项目，只需要分析持力层的地基承载地基的项目，只需要分析持力层的地基承载力，不需要分层提供每层土的地基承载力。力，不需要分层提供每层土的地基承载力。资料也表明，评价地基承载力时，如果采用资料也表明

37、，评价地基承载力时，如果采用极限承载力公式计算，可以按照不同的荷载极限承载力公式计算，可以按照不同的荷载组合，分别采用不同的安全系数。组合，分别采用不同的安全系数。l实例实例1.1-4由国外的岩土工程师为外由国外的岩土工程师为外商投资建于国内软土地区的某商城编写商投资建于国内软土地区的某商城编写的岩土工程报告。该商城场地面积的岩土工程报告。该商城场地面积18600m2，周边长度，周边长度160m105m。建筑。建筑物全景见图物全景见图1-2，由北、东、西三个塔楼，由北、东、西三个塔楼和裙房组成，北塔楼地上和裙房组成，北塔楼地上48层，框剪结层，框剪结构，基础尺寸构，基础尺寸55m43m，基底平

38、均压力，基底平均压力为为350kPa；东、西塔楼均为地上；东、西塔楼均为地上32层，层，框剪结构，东塔楼基础面积框剪结构，东塔楼基础面积32m72m，l基底平均压力为基底平均压力为265kPa，西塔楼基础面，西塔楼基础面积积32m55m，基底平均压力为，基底平均压力为265kPa；裙房为地上；裙房为地上8层，框架结构，基底平均层，框架结构，基底平均压力为压力为150kPa。全部采用筏板下的桩基。全部采用筏板下的桩基础，满堂布桩，桩径础，满堂布桩，桩径500mm、壁厚、壁厚9mm的钢管桩，桩长的钢管桩，桩长35m，单桩承载力，单桩承载力1330kN。北塔楼的基坑开挖深度为。北塔楼的基坑开挖深度为

39、7.5m，东、西塔楼为，东、西塔楼为6.5m，裙房为，裙房为4.5m。1.将勘察报告的结论建立在缺乏物理概念将勘察报告的结论建立在缺乏物理概念的基础之上；的基础之上；2.在工程中采用这种方法确定地基承载力，在工程中采用这种方法确定地基承载力，存在许多无法估计的不确定性，可能是存在许多无法估计的不确定性，可能是安全隐患，也可能会造成资源浪费；安全隐患，也可能会造成资源浪费；3.将在基础埋置深度不深的历史条件下得将在基础埋置深度不深的历史条件下得到的深宽修正的经验方法，推广到到的深宽修正的经验方法，推广到10余余米以致米以致20多米的深度，对所引起的可能多米的深度，对所引起的可能问题没有充分地估计

40、；问题没有充分地估计；4.由于高层建筑的大量采用，基础埋置深由于高层建筑的大量采用，基础埋置深度的急剧增大，由于确定地基承载力方度的急剧增大，由于确定地基承载力方法的不科学性带来的问题日益严重；法的不科学性带来的问题日益严重； 现在应该冷静地分析和考虑如何解决这现在应该冷静地分析和考虑如何解决这个问题。个问题。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

41、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

42、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

43、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条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么样件，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策。的影响，设计施工时应采取什么对策。l例如，对山区土岩组合地基，跨在两种不例如，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，硬层或软弱同地

44、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，这种地质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不利的影条件的不均匀性会对建筑物带来不利的影响，在基础选型、甚至上部结构选型时应响，在基础选型、甚至上部结构选型时应该选择适应性比较强的结构体系或基础的该选择适应性比较强的结构体系或基础的类型。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

45、，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，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

46、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

47、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

48、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

49、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，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

50、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

51、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

52、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

53、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

54、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

55、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，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

56、，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不的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不同的。但有些地区的均匀性有其特殊的问同的。但有些地区的均匀性有其特殊的问题，例如喀斯特地区，岩溶是无法用勘探题，例如喀斯特地区，岩溶是无法用勘探孔间距来控制的。孔间距来控制的。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

57、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

58、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

59、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

60、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