地基基础设计理论与荷载课件

1、李广信 关于地基基础设计的若干问题清华大学岩土工程研究所第1页，共66页。目录1地基基础设计理论与荷载2关于地基承载力3桩的承载特性与群桩效应4复合地基设计的三个原则5基坑及其事故分析6基坑的设计7土中水及其渗流问题8土工合成材料第2页，共66页。地基基础设计理论与荷载第3页，共66页。满足如下要求：1、承载力2、变形3、稳定4、基础本身（强度、刚度、耐久性、抗裂）设计基本原则第4页，共66页。两种极限状态设计承载能力极限状态：以结构内力（地基荷载）超过其承载能力为依据各种失稳、结构破坏。正常使用极限状态：以结构（地基）的变形、裂缝、振动参数（老化蠕变）的限值为依据。有时间接通过应力控制（例如

2、最大塑性深度的限制容许承载力）第5页，共66页。地基基础的设计思想可靠度理论：以概率理论未基础的极限状态设计方法；是不确定性理论方法因果关系的破缺；结果是破坏的概率或者工程的可靠度。定值设计法：所有参数和条件是定值，所有不确定性由一个安全系数K包括。第6页，共66页。一、地基基础承载力设计理论1、容许承载力理论2、极限承载力理论安全系数法3、极限承载力理论分项系数法重要性系数分项系数分项系数第7页，共66页。1、容许承载力理论承载力：塑性区开展范围：Pcr，P1/4,，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、计算公式荷载：标准值（组合）F塑性区第8页，共66页。1、容许承载力理论在载荷试验中可

3、以由其比例界限确定；按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载pcrp1/4、 p1/3确定。按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念的。因而是一种经验的设计方法。其设计荷载可取为标准值或标准组合。第9页，共66页。2、极限承载力理论安全系数法承载力：极限承载力公式、平板载荷试验的极限值/安全系数（23）荷载采用标准值（组合）第10页，共66页。2、极限承载力理论安全系数法在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的

4、。对于地基承载力问题，单一安全系数法的一般表达式为：第11页，共66页。定值设计法长期的经验的积累合理的综合判断工程的类比合理的反算第12页，共66页。3、极限承载力理论分项系数承载力：采用标准值除以承载力分项系数荷载：荷载效应组合的代表值分项系数设计值S（基本组合）第13页，共66页。3、极限承载力理论分项系数基于可靠度理论的分项系数设计方法也是一种极限状态设计方法。由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件，破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）及其分布。 第14页，共66页。R，SR，Sf(S)f(R)RSRS第15页

5、，共66页。可靠度其失事概率可用可靠度指标表示。例如，则表示失效概率为万分之9.4。相应的设计公式可简单表示为：3.0这种设计理论能够明确地给出安全与失效的概率，然后通过经济、社会、技术的风险分析，给出最合理的设计值。所以是一种最科学合理的设计理论与方法，为国内外工程设计所广泛采用。我国颁布的建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）规定，对于各种结构设计应遵循该理论方法。第16页，共66页。岩土工程的不确定性土层剖面与边界的不确定性现场与实验室岩土指标的不确定性现场应力与孔隙水压力的不确定性外加荷载及其分布的不确定性计算理论和方法的不确定性应力变形的机理不清楚。第17页，共66页

6、。三种设计理论容许承载力法单一安全系数可靠度设计第18页，共66页。二、 荷载计算1 极限状态：结构或者结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能要求时，这一特定状态为结构对于该功能的极限状态。（1）承载能力极限状态：一般是结构的内力超过其承载能力为依据；（2）正常使用极限状态：一般是以结构的变形、裂缝、振动参数等超过设计允许的限值为依据。第19页，共66页。2 荷载种类：永久荷载（恒荷载） ： （1）不随时间变化(自重）；（2）变化与均值比可忽略（设备）；（3）单调变化并趋于极值（正常水压力）：结构及基础自重、固定设备重量、土压力、正常稳定水位的水压力可变荷载（活荷载1） ：

7、变化与均值比不可忽略：屋面、楼面、吊车、雪、风荷载偶然荷载（特殊荷载、活荷载2） ：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短：地震、撞击、爆炸、第20页，共66页。3荷载的代表值（1）标准值：基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如：均值、众值、中值）（2）组合值：对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同（等于标准值）如：1台风设防地震最大楼面荷载（3）频遇值：对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率；（4）准永久值：对于可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。（人群活荷载沉降）第21页，共66页。pS：荷载R：抗力标准值荷载与抗力的取值

8、第22页，共66页。4荷载与承载力的设计值荷载S代表值分项系数（大于1）抗力R代表值/分项系数（大于1）第23页，共66页。5 荷载效应：指在一定的外荷载作用下，在一定设计对象中的作用：轴力、水平力、力矩第24页，共66页。基础上荷载及荷载效应上部结构F、M、H：结构自重 屋面荷载 楼面荷载 活荷载基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）第25页，共66页。F MFF HF MH一般为前两种情况，横向力不大，只做校核基础上荷载及荷载效应第26页，共66页。6 荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性对于同时出现的各种荷载设计值的规定。基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用

9、的组合；（分项系数）偶然组合：承载能力极限状态设计时，（永久作用）（可变作用）（一个偶然作用）的组合；（大于基本组合）标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值，（或组合值）为荷载代表的组合；（频遇组合）：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载，采用频遇值（或准永久值）为荷载代表的组合：（永久组合标准值）（主导可变荷载频遇值）（伴随可变荷载的准永久值）准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载，采用准永久值为荷载代表的组合第27页，共66页。（1）基本组合荷载效应组合的设计值（1）由可变荷载控制时： SQ1k: 在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个（2）由永久荷载控制时：组合值系数c

10、第28页，共66页。（2）标准组合荷载效应组合的设计值SQ1k: 在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个组合值系数c第29页，共66页。（4）准永久组合荷载效应组合的设计值准永久值系数q第30页，共66页。民用建筑楼面均布活荷载的各种代表值类别标准值(kN/m2)组合值系数c频遇值系数f准永久值系数q住宅、宿舍、办公楼教室、实验室、会议室2.00.70.50.60.40.5食堂、餐厅2.50.70.60.5礼堂、剧场、影院3.00.70.50.5商店、车站、机场大厅3.50.70.60.3健身房、舞厅4.00.70.60.5书库、档案库5.00.90.90.8第31页，共66页。规范GB50

11、07-2002中的规定第32页，共66页。（一）按地基承载力确定基础底面积及埋深，传至基础底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 。承载力采用特征值。组合值系数c第33页，共66页。（二）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合。不应计入风荷载和地震荷载。相应的限值应为地基变形的允许值。准永久值系数q第34页，共66页。（三）在确定基础或承台高度、支挡结构高度、计算它们的内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。第35页，共66页。（1）由可

12、变荷载控制时：组合值系数c第36页，共66页。（2）由永久荷载控制时：组合值系数c第37页，共66页。（3）对于由永久荷载控制的基本组合，也可采用简化规则：R:结构构件抗力的设计值Sk:荷载效应的标准组合值第38页，共66页。（四）计算挡土墙、地基或斜坡稳定基滑坡推力时，荷载效应，按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1：组合值系数c第39页，共66页。GB50007-2002的设计理论应用地基承载力容许承载力稳定分析单一安全系数结构计算可靠度的分项系数第40页，共66页。几种荷载组合的应用地基承载力标准组合稳定分析基本组合，分项系数1，（单一安全系数法） 结构设计基本组合沉

13、降计算准永久组合第41页，共66页。以下为附加内容以下为附加内容第42页，共66页。让更多的农民成为新型职业农民中央农业广播电视学校 刘天金20130507 陕西第43页，共66页。 农业部部长韩长赋： 这是一项基础性工程、创新性工作，要大抓特抓、坚持不懈。 让更多的农民成为新型职业农民（目标） 生产更多更好更安全的农产品供给社会（方向）第44页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民二、什么是新型职业农民三、如何加快培育新型职业农民第45页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村劳动力持续转移,“人走村空”问题愈演愈烈 2012年我国农民工数量达到2.6亿，每年新增

14、900-1000万。四川抽样调查：26% 举家外出农户20% 留守农户转移比例平均60%，高的70-80% 第46页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村青壮年劳动力大量外出，“老人农业”“妇女农业”“小学农业”问题日益凸显陕西抽样调查：72% “80后”“90后”青壮年劳动力（农民工）55岁 务农农民平均年龄63% 妇女83% 初中及以下文化程度第47页，共66页。 四川抽样调查： 务农农民50岁以上54%，60岁以上30%，70岁以上13%； 妇女60%； 初中及以下90%。第48页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村新生劳动力离农意愿强烈

15、，农业后继乏人问题步步紧逼新生代农民工76% 不愿再回乡务农85% 从未种过地（国家统计局2010年10省调查：90%的新生代农民工没有从事过一天的农业生产活动）第49页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地”“地如何种”？第50页，共66页。党的十八大：坚持和完善农村基本经营制度，构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系。国务院常务会议：要采取有效措施，使一部分年轻人愿意在农村留下来搞农业，培养和稳定现代农业生产队伍。中央经济工作会议、中央农村工作会议：要稳定完善强农惠农富农政策，充分保护和调动农民生产经营积极性，使务农种粮有效益、不吃亏、得实

16、惠。2013年中央一号文件：农村劳动力大量流动，农户兼业化、村庄空心化、人口老龄化趋势明显，农民利益诉求多元，加强和创新农村社会管理势在必行。十二届全国人大一次会议（政府工作报告）：要采取有效措施，稳定农业生产经营队伍，积极培育新型农民。 聚焦“谁来种地”“地如何种”第51页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地”“地如何种”是一个问题的两个方面 农村劳动力结构性不足：“不是没人种地，而是这地由什么人来种” 创新农业生产经营方式：“不是种不过来，而是怎么种得更好”第52页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（三）历史使命回答好“谁来种地”“地如何种”的问题

17、，历史性地落在了培育新型职业农民上。 2012年中央一号文件聚焦农业科技，着力解决农业生产力发展问题，明确提出大力培育新型职业农民；2013年中央一号文件突出农业经营体制机制创新，着力完善与现代农业发展相适应的农业生产关系，进一步强调加强农业职业教育和职业培训。第53页，共66页。创新农业生产经营方式（现代）家庭经营+合作组织+社会化服务 =新型农业经营体系新型职业农民 新型生产经营主体 新型农业经营体系 现代农业第54页，共66页。 新型职业农民是伴随农村生产力发展和生产关系完善产生的新型生产经营主体，是构建新型农业经营体系的基本细胞，是发展现代农业的基本支撑，是推动城乡发展一体化的基本力量

18、。第55页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 一是有利于促进农民从身份向职业的转变，在推动城乡发展一体化中加快剥离“农民”的身份属性，使培育起来的新型职业农民逐步走上具有相应社会保障和社会地位的职业化路子，解决有人愿意在农村留下来搞农业的问题；第56页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 二是有利于促进农民从传统农业生产向现代农业生产经营的转变，在加大强农惠农富农政策力度中加快发展现代农业，使培育起来的新型职业农民逐步走上专业化、规模化、集约化、标准化生产经营的现代化路子，解决务农种粮

19、有效益、不吃亏、得实惠的问题；第57页，共66页。一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 三是有利于促进农民从传统小农生产向社会化大生产的转变，在坚持和完善农村基本经营制度中加快培育新型生产经营主体，使培育起来的新型职业农民逐步走上“家庭经营+合作组织+社会化服务”新型农业经营体系的组织化路子，解决保供增收长效机制的问题。 第58页，共66页。 培育新型职业农民的过程，就是激活农民自身活力和增强农业农村发展活力的过程，就是培养高素质现代农业和新农村建设者的过程，就是培育“三农”事业发展未来的过程。第59页，共66页。农业部部长韩长赋 应对农业后继乏人问题的挑战，必须在稳定提高农业比较效益的基础上，大力培育种养大户、家庭农场、专业合作社等各类新型农业经营主体，让更多的农民成为新型职业农民。第60页，共66页。世界性课题比如在英国，农场主平均年龄达到59岁。 欧盟一直关注农民老龄化和培养青年农民问题，在