岩土工程的安全度 - (下)教学内容.ppt

岩土工程的安全度-(下)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望三三.在工程施工和运营过程中，安在工程施工和运营过程中，安全度的实现全度的实现岩土工程设计提供了工程必需的安全度控岩土工程设计提供了工程必需的安全度控制，使工程的安全度符合技术和经济的要制，使工程的安全度符合技术和经济的要求，满足设计规范的有关技术规定。求，满足设计规范的有关技术规定。但设计所控制的安全度能否真正实现，关但设计所控制的安全度能否真正实现，关键还在施工和使用过程中，特别的施工阶键还在施工和使用过程中，特别的施工阶段，更是实现安全度控制的关键。段，更是实现安全度控制的关键。通常的工程事故，源于设计阶段安全度控通常的工程事故，源于设计阶段安全度控制不足的案例也有，但比较少；较多的事制不足的案例也有，但比较少；较多的事故案例是施工阶段没有能实现设计所期望故案例是施工阶段没有能实现设计所期望的安全度。的安全度。在施工阶段安全度的实现在施工阶段安全度的实现设计时对工程安全度的控制，仅仅是在设设计时对工程安全度的控制，仅仅是在设计计算的层面进行，设计的结果反映了工计计算的层面进行，设计的结果反映了工程师对安全控制的期望和措施，但能否实程师对安全控制的期望和措施，但能否实现，完全取决于施工和运营阶段能否严格现，完全取决于施工和运营阶段能否严格按照设计所依据的工况进行施工和运营期按照设计所依据的工况进行施工和运营期间的使用。如果不能按照设计要求施工和间的使用。如果不能按照设计要求施工和运营，那么设计对工程安全度的控制就会运营，那么设计对工程安全度的控制就会落空。落空。施工阶段对工程安全度的实现是关键性的，施工阶段对工程安全度的实现是关键性的，许多工程事故产生的原因，特别是重大事许多工程事故产生的原因，特别是重大事故产生的原因，大多在施工阶段。故产生的原因，大多在施工阶段。施工阶段实现设计的安全度控制，必须按施工阶段实现设计的安全度控制，必须按照设计计算的工况施工。照设计计算的工况施工。从设计人员来说，计算的控制工况要考虑从设计人员来说，计算的控制工况要考虑到施工的要求和方便施工，但一旦设计确到施工的要求和方便施工，但一旦设计确定了方案，施工方面只能按照设计计算的定了方案，施工方面只能按照设计计算的工况去实施，违背了这一原则，或早或晚工况去实施，违背了这一原则，或早或晚总要出事故，特别是重大事故。总要出事故，特别是重大事故。设计时，设计人员应充分考虑施工条件，设计时，设计人员应充分考虑施工条件，根据工艺和施工方法的要求，方案尽可能根据工艺和施工方法的要求，方案尽可能方便施工，为施工创造条件，而施工人员方便施工，为施工创造条件，而施工人员应充分尊重设计人员的意图，严格按照设应充分尊重设计人员的意图，严格按照设计图纸实施。计图纸实施。特别在基坑工程中，设计的要求和施工的特别在基坑工程中，设计的要求和施工的的方便之间经常存在矛盾，如何处理好设的方便之间经常存在矛盾，如何处理好设计与施工的关系，需要双方的努力。计与施工的关系，需要双方的努力。考虑方便施工的设计案例考虑方便施工的设计案例三围檩二支撑的钢筋混凝土内支撑体系三围檩二支撑的钢筋混凝土内支撑体系化解内支撑与施工干扰的方案化解内支撑与施工干扰的方案主体结构：主体结构：建筑面积建筑面积213,376m2；基基坑坑尺尺寸寸：基基坑坑面面积积13万万m2，开开挖挖深深度度12.5m，局部局部14.25m；支支撑撑尺尺寸寸：两两道道钢钢筋筋混混凝凝土土内内支支撑撑，第第2道支撑与两道围檩连接道支撑与两道围檩连接；比较造价：比较造价：与与3道支撑方案相比，节省造道支撑方案相比，节省造价价803万元；万元；挖挖土土速速度度：16万万土土方方，用用88天天完完成成，平平均均每每天天2500 m3，最最高高每每天天4500m3，与与3道支撑方案相比缩短挖土工期道支撑方案相比缩短挖土工期5个月。个月。支撑竖向布置方案既要满足围护结构变形支撑竖向布置方案既要满足围护结构变形和强度的要求，间距不能太大；但必须便和强度的要求，间距不能太大；但必须便于机械化施工，为了满足汽车在支撑上通于机械化施工，为了满足汽车在支撑上通行的净空要求，需要加大支撑竖向间距。行的净空要求，需要加大支撑竖向间距。将一道支撑支承在两道围檩上，既加大支将一道支撑支承在两道围檩上，既加大支撑的竖向间距，又不改变围护结构的计算撑的竖向间距，又不改变围护结构的计算支点间距，本例是一个创造，改变了支撑支点间距，本例是一个创造，改变了支撑布置的固有格局。布置的固有格局。岩土工程一般是隐蔽工程，工程质量的控岩土工程一般是隐蔽工程，工程质量的控制更需要施工单位的岩土工程师加强责任制更需要施工单位的岩土工程师加强责任感，提高技术水平，不要犯低级的错误。感，提高技术水平，不要犯低级的错误。从我国近年来重大工程事故发生的频率、从我国近年来重大工程事故发生的频率、后果的严重性和事故的原因来看，值得我后果的严重性和事故的原因来看，值得我们总结经验教训，以杜绝重大事故。们总结经验教训，以杜绝重大事故。施工中工程安全度的失控原因，从现象上施工中工程安全度的失控原因，从现象上看，是偷工减料，赶进度，但从技术上看看，是偷工减料，赶进度，但从技术上看却是技术人员缺乏最起码的安全度控制的却是技术人员缺乏最起码的安全度控制的知识，缺乏实现设计安全度的意识。知识，缺乏实现设计安全度的意识。在事故频发的深基坑工程领域中，存在着在事故频发的深基坑工程领域中，存在着超超挖挖不按设计验算的工况挖土和及时支撑、不按设计验算的工况挖土和及时支撑、该加固被动区的该加固被动区的不加固不加固、挖出的土、挖出的土乱弃土乱弃土以以及违背及违背先地下、后地上先地下、后地上施工的原则。施工的原则。这些一直都是基坑工程施工中的这些一直都是基坑工程施工中的顽症顽症，是许，是许多重大工程事故的主要原因。多重大工程事故的主要原因。设计是根据各个工况分别进行计算，然后按设计是根据各个工况分别进行计算，然后按照包络图的轴力、弯矩、剪力设计围护结构照包络图的轴力、弯矩、剪力设计围护结构和支撑。和支撑。一旦超挖，围护结构所承受的内力就远远超一旦超挖，围护结构所承受的内力就远远超过设计计算的数值，安全度就急剧降低过设计计算的数值，安全度就急剧降低。什么是设计工况？什么是设计工况？工况工况1工况工况2工况工况3工况工况4工况工况5工况工况6不按照设计工况施工的案例不按照设计工况施工的案例前面介绍的这个深基坑工程的事故中，由前面介绍的这个深基坑工程的事故中，由于设计表达式两边不匹配，设计安全度的于设计表达式两边不匹配，设计安全度的不足已经使基坑的围护结构处于病态工作，不足已经使基坑的围护结构处于病态工作，而施工的超挖更使这个深基坑工程雪上加而施工的超挖更使这个深基坑工程雪上加霜，一场重大工程事故终于不可避免地发霜，一场重大工程事故终于不可避免地发生了。生了。从下面的照片中可以看出超挖的严重程度，从下面的照片中可以看出超挖的严重程度，如此严重的超挖，不出事故才怪呢？如此严重的超挖，不出事故才怪呢？从这个断面来看，从这个断面来看，设计考虑了坑底注设计考虑了坑底注浆以加强被动区的浆以加强被动区的抗力，但施工时却抗力，但施工时却没有按照设计要求没有按照设计要求去做，没有在被动去做，没有在被动区注浆，被动抗力区注浆，被动抗力不足，设计时赖以不足，设计时赖以维持围护结构平衡维持围护结构平衡的被动抗力缺失了。的被动抗力缺失了。与超挖一样，设计时考虑了的坑底加固部与超挖一样，设计时考虑了的坑底加固部位的抗力，但实际没有加固，被动抗力不位的抗力，但实际没有加固，被动抗力不复存在，于是本来可以稳定的围护结构失复存在，于是本来可以稳定的围护结构失去了支承条件，围护结构就不可避免地倾去了支承条件，围护结构就不可避免地倾覆了。覆了。从安全度的构成来看，超挖是从加大设计从安全度的构成来看，超挖是从加大设计表达式中的作用项来降低安全度，而坑底表达式中的作用项来降低安全度，而坑底加固的缺失，降低了被动区的抗力，降低加固的缺失，降低了被动区的抗力，降低了设计表达式中的抗力来降低安全度。了设计表达式中的抗力来降低安全度。如果在同一个基坑中，既不加固被动区而如果在同一个基坑中，既不加固被动区而又超挖，在设计表达式两边，抗力降低而又超挖，在设计表达式两边，抗力降低而作用又增大，安全度就急剧降低。作用又增大，安全度就急剧降低。许多工程事故有惊人的相似之处，在许多工程事故有惊人的相似之处，在10年年前、前、20年前发生过的事故，现在还在一再年前发生过的事故，现在还在一再发生，这不得不使人感到没有真正发挥发生，这不得不使人感到没有真正发挥“前车之鉴前车之鉴”的作用。在工程技术人员中进的作用。在工程技术人员中进行工程事故的剖析教育是何等重要。行工程事故的剖析教育是何等重要。最近一次重大的基坑事故，究其主要原因，最近一次重大的基坑事故，究其主要原因，仍不外乎超挖和没有坑底加固这两项顽症。仍不外乎超挖和没有坑底加固这两项顽症。这是一个四道支撑的深基坑，开挖深度为这是一个四道支撑的深基坑，开挖深度为16m，由于施工超挖，第四道支撑没有及由于施工超挖，第四道支撑没有及时支撑。经反算，由于没有第四道支撑的时支撑。经反算，由于没有第四道支撑的作用，致使第三道支撑的轴力增加了作用，致使第三道支撑的轴力增加了4347，地下连续墙的弯矩增加了，地下连续墙的弯矩增加了3751，剪力增加了，剪力增加了3840。除了上述超挖和坑底被动抗力的缺失之外，除了上述超挖和坑底被动抗力的缺失之外，基坑工程施工的第三个顽症就是乱弃土。基坑工程施工的第三个顽症就是乱弃土。尽管，在基坑设计中，对基坑周围的地面尽管，在基坑设计中，对基坑周围的地面荷载也作了规定，设计考虑了一定数量的荷载也作了规定，设计考虑了一定数量的地面荷载所产生的土压力，留有一定的裕地面荷载所产生的土压力，留有一定的裕度，但施工也经常在基坑周边堆放超过规度，但施工也经常在基坑周边堆放超过规定的重物，包括建筑材料和弃土。由于坑定的重物，包括建筑材料和弃土。由于坑边超载而产生的围护结构过大变形，甚至边超载而产生的围护结构过大变形，甚至基坑破坏的事故时有发生，直到最近挤到基坑破坏的事故时有发生，直到最近挤到了一幢小高层。了一幢小高层。对于重大工程事故，除了责任查处和经济对于重大工程事故，除了责任查处和经济理赔之外，在技术上展开充分的讨论，分理赔之外，在技术上展开充分的讨论，分析事故产生的力学机理，从保证实现设计析事故产生的力学机理，从保证实现设计安全度控制的角度进行技术上的总结，发安全度控制的角度进行技术上的总结，发挥反面教材的作用，是岩土工程界值得重挥反面教材的作用，是岩土工程界值得重视的一件工作，也应该是岩土工程师继续视的一件工作，也应该是岩土工程师继续教育的重要内容。教育的重要内容。对于这一工程事故，需要根据现场检测的对于这一工程事故，需要根据现场检测的资料，抽象出体系破坏的力学模型，进行资料，抽象出体系破坏的力学模型，进行事故的机理分析。事故的机理分析。在软土地区，地面堆载究竟能产生多大的在软土地区，地面堆载究竟能产生多大的水平推力和多大的水平位移？事故现场的水平推力和多大的水平位移？事故现场的资料当然是最直接的，如果不充分，可以资料当然是最直接的，如果不充分，可以借鉴其他的资料佐证，进行工程类比分析，借鉴其他的资料佐证，进行工程类比分析，这也是岩土工程师很常用和很有效的分析这也是岩土工程师很常用和很有效的分析思考工程问题的方法。思考工程问题的方法。地面堆载对相邻建筑物变形的影响和地基地面堆载对相邻建筑物变形的影响和地基稳定性分析的数据是非常宝贵的资料。可稳定性分析的数据是非常宝贵的资料。可以有助于思考和分析，要学会借鉴、分析以有助于思考和分析，要学会借鉴、分析与思考。与思考。堆土成功的经验堆土成功的经验钢渣堆场钢渣堆场,面积面积170170m m 200m,200m,高高4040m m，荷载荷载800800kPa,kPa,时间时间2 2 3 3年，沉降年，沉降5 5 6 6 m m公园堆土，面积公园堆土，面积8080m m 120m,120m,高高 2525m,m,荷载荷载400400kPa,kPa,时间时间2 2年，沉降年，沉降2 2m m钢锭堆场，面积钢锭堆场，面积2424m m 162m,162m,荷载荷载160160kPa,kPa,时时间间1.51.5年，沉降年，沉降1 1m m事故的教训事故的教训南山的滑坡（加载）南山的滑坡（加载）填方太快，不设排水措施填方太快，不设排水措施上游引水工程（卸载）上游引水工程（卸载）挖方太深挖方太深 坡度坡度1：3长基坑的端头滑坡（卸载）长基坑的端头滑坡（卸载）-端头无支撑端头无支撑借鉴堆载试验的资料借鉴堆载试验的资料堆载面积堆载面积22m 30m，不排水强度不排水强度31kPa在在150kPa荷载作用下，离堆载边缘外荷载作用下，离堆载边缘外0.7m，地地面下面下7m处的实测水平位移处的实测水平位移810mm，水平位移与水平位移与竖直位移之比为竖直位移之比为1.34试验荷载试验荷载 kPa平均沉降平均沉降 mm安全系数安全系数60933.90902532.601204441.971506061.57翻旧成灾的案例工程占地面积3693 m2,地上16层。4层地下室,基底埋深17.8 m。本工程周边环境复杂,四周建(构)筑物密集。与西侧建筑红线基本平行(相距57 m)为地铁环线地下通道;距拟建场地东侧红线6.4 m外为一幢16层、一幢15层联体的高层住宅,基础埋深5.5 m(A、B楼);距基坑东南侧6 m处为一幢有地下室的5层条式住宅楼,基础埋深4.3 m(C楼);距基坑南边线12.7 m处为一幢7层的条式住宅楼(D楼)。事故情况事故情况4月24日早7时许发现本基坑东南角新削坡段坡脚处(深度-14 m)的混凝土护面外拱,坡外流出大量的砂土。至9时开始挖掘周围的土回填压住外拱的坡脚,但由于回填速度较慢,压坡效果不明显。9时50分左右,有10 m宽的一段复合土钉墙从上往下坍塌,10 min后,与该坍塌处相连的北侧一段10 m左右的护坡发生坍塌,塌坡纵深达到8m,使塌方段东南侧的C楼一单元的地下室底面脱空2 m左右,形成局部危楼,居民紧急疏散,无人员伤亡。同时基坑东侧的A、B楼也向基坑方向倾斜。为确保本基坑不再发生新的坍塌,防止两座居民楼的不均匀沉降继续发展,由政府部门决定,将整个已开挖的基坑在3天内重新填平,本基坑的坍塌事故得到控制。本工程基坑设计采用土钉墙、桩锚体系(基坑的西侧边)和复合土钉墙支护体系(基坑的其他边侧壁)。拟建场地除地面下5.98.9 m蕴藏着上层滞水外,第一层潜水位于地面下15.416.1 m处。因此设计采用基坑外的管井降水。教训：谨慎对待工况修改广州海珠城基坑工程“721”基坑坍塌事故原因分基坑坍塌事故原因分析析经广州市建设科技委办公室组织专家在现场观察和对设计、施工、监测的调查，对导致本基坑滑塌的初步原因分析（2005年年07月月22日）日）,形成如下意见：形成如下意见：（一）本基坑原设计深度只有（一）本基坑原设计深度只有16.2米，而实米，而实际开挖深度为际开挖深度为20.3米，超深米，超深4.1米，造成原米，造成原支护桩成为吊脚桩，尽管后来设计有所变支护桩成为吊脚桩，尽管后来设计有所变更，但对已施工的支护桩和锚索等构件已更，但对已施工的支护桩和锚索等构件已无法调整，成为隐患。无法调整，成为隐患。“721”基坑坍塌事故原因分基坑坍塌事故原因分析析（二）从地质勘察资料反应和实际开挖揭露，南边地层向坑里倾斜，并存在软弱透水夹层，随着开挖深度增大，导致深部滑动。（三）本基坑施工时间长达2年9个月，基坑暴露时间大大超过临时支护为一年的时间，导致开挖地层的软化渗透水和已施工构件的锈蚀和锚索预应力损失，强度降低，甚至失效。“721”基坑坍塌事故原因分基坑坍塌事故原因分析析（四）事故发生前在南边坑顶因施工而造成东段严重超载，成为了基坑滑坡的导火线。（五）从施工纪要和现场监测结果分析，在基坑滑坡前已有明显预兆，但没有引起应有的重视，更没有采用针对性的处理措施，也是导致事故原因之一。基坑坍塌事故反演分析计算范围：基坑坍塌部分的土钉墙、桩撑部分。计算方法：（1）土钉墙部分采用“北京理正深基坑支护软件”进行基坑平面的增量法计算；采用规程手算模拟强风化软弱夹层的抗滑验算；（2）桩撑部分采用ANSYS计算软件模拟施工过程的结构-荷载模型增量法平面分析；采用ADINA计算软件模拟 施工过程的实体模型增量法空间分析；计算中均模拟强风化软弱夹层的存在。根据理论计算，海珠城广场基坑支护整体是安全的，但由于风化带中的软弱夹层及顺层（岩层向基坑内倾斜）影响，导致基坑边坡局部安全系数低（其抗滑力与下滑力之比小于1（为（为0.927），这是导致基坑），这是导致基坑从局部破坏扩展到整体破坏的直接原因。从局部破坏扩展到整体破坏的直接原因。此外，基坑开挖施工时间断断续续长达此外，基坑开挖施工时间断断续续长达2年年9个月，基坑暴露时间大大超过临时支护为个月，基坑暴露时间大大超过临时支护为一年的时间，导致开挖地层的软化渗透水一年的时间，导致开挖地层的软化渗透水和已施工构件的锈蚀和锚索预应力损失，和已施工构件的锈蚀和锚索预应力损失，强度降低，甚至失效，这是导致基坑坍塌强度降低，甚至失效，这是导致基坑坍塌事故的主要原因之一。事故的主要原因之一。运营时的安全度保证运营时的安全度保证在建筑物的运营阶段，仍然存在施工时已在建筑物的运营阶段，仍然存在施工时已经实现的工程安全度能否得以继续保持的经实现的工程安全度能否得以继续保持的问题。特别是对活荷载占的比例比较大的问题。特别是对活荷载占的比例比较大的工业建筑物，如果在建筑物使用过程中，工业建筑物，如果在建筑物使用过程中，没有按照设计计算所控制的要求加载，工没有按照设计计算所控制的要求加载，工程的设计安全度控制就得不到保证，轻者程的设计安全度控制就得不到保证，轻者出现建筑物的开裂和损坏，重者发生重大出现建筑物的开裂和损坏，重者发生重大的工程事故。例如工业车间室内外地坪的的工程事故。例如工业车间室内外地坪的大面积堆料，车库、油罐使用时的加料速大面积堆料，车库、油罐使用时的加料速度控制不当，都会引发工程事故。度控制不当，都会引发工程事故。著名的加拿大特朗斯康谷仓，设计时没有著名的加拿大特朗斯康谷仓，设计时没有进行勘察，建成后使用时发生地基失稳倾进行勘察，建成后使用时发生地基失稳倾倒的事故。倒的事故。吴泾焦化厂配煤房则是我国的著名一项工吴泾焦化厂配煤房则是我国的著名一项工程事故，它的典型性在于深刻地揭示了加程事故，它的典型性在于深刻地揭示了加载速率对地基稳定性的重要影响，同时，载速率对地基稳定性的重要影响，同时，它又成功地采用技术措施纠倾成功。它又成功地采用技术措施纠倾成功。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉长加拿大特朗斯康谷倉长59.44m，宽宽23.47m，高高31.00m，容积容积36368m3。谷倉的基础为钢筋混凝土筏基，厚谷倉的基础为钢筋混凝土筏基，厚61cm，埋置深度埋置深度3.66m。谷倉于谷倉于1911年开始施工，年开始施工，1913年秋竣工。年秋竣工。谷倉自重谷倉自重20000t，相当于装满谷物后满载相当于装满谷物后满载重量的重量的42.5。1913年年9月起，往谷倉装谷月起，往谷倉装谷物，物，10月当谷倉装了月当谷倉装了31822m3时，发现时，发现1小小时内沉降达时内沉降达30.5cm。谷倉向西倾斜，并在谷倉向西倾斜，并在24小时内倾倒，但谷倉结构没有损坏。小时内倾倒，但谷倉结构没有损坏。对谷倉地基没有事先进行取土试验，根据对谷倉地基没有事先进行取土试验，根据相邻项目的资料，计算承载力为相邻项目的资料，计算承载力为352kPa。谷倉的地基由厚谷倉的地基由厚3m的近代沉积黏土、的近代沉积黏土、12.2m厚的冰河沉积的黏土和厚的冰河沉积的黏土和3m厚的老黏厚的老黏土组成。土组成。谷倉倒塌谷倉倒塌40年后，年后，1952年，加拿大国家研年，加拿大国家研究委员会建筑研究部会同究委员会建筑研究部会同Peck教授，取土教授，取土补做了试验，粘土层的含水量随深度增加，补做了试验，粘土层的含水量随深度增加，从从40增加到增加到60，无侧限抗压强度从，无侧限抗压强度从118.4kPa减少到减少到70.0kPa。平均液限平均液限105，塑限，塑限70%，塑性指数，塑性指数70。用浅层的无侧限抗压强度用浅层的无侧限抗压强度118.4kPa，按太沙基公式计算地基极限承载力为按太沙基公式计算地基极限承载力为59.25.71338kPa根据荷载资料，总荷载根据荷载资料，总荷载47058.8 t，其中谷物其中谷物的重量为的重量为27058.8 t。基底总压力为基底总压力为337.3kPa。结构自重的基底压力为结构自重的基底压力为143.36kPa，活荷载活荷载的基底压力为的基底压力为193.96kPa。估算安全系数的结果估算安全系数的结果谷倉自重的安全系数谷倉自重的安全系数338/143.36=2.36谷倉加载后的安全系数谷倉加载后的安全系数338/337.32=1.002工程处于极限状态。工程处于极限状态。工业构筑物的过大倾斜工业构筑物的过大倾斜 一座一座30m高的筒仓高的筒仓最大沉降速率达到每昼夜最大沉降速率达到每昼夜45mm！15天内倾斜从天内倾斜从2.7 发展到发展到14.12 年倾斜达到年倾斜达到24 会不会成为第二个加拿大谷仓？会不会成为第二个加拿大谷仓？焦化厂配煤房焦化厂配煤房基本数据基本数据47.5m 10.8m筏形基础筏形基础5个直径个直径8m、高高31m的储煤斗的储煤斗基础埋置深度基础埋置深度1.5m构筑物自重压力构筑物自重压力76kPa抗剪强度指标：抗剪强度指标：三轴不排水强度三轴不排水强度20kPa十字板强度十字板强度22kPa焦化厂配煤房倾斜事故焦化厂配煤房倾斜事故结构完工后结构完工后3个月个月平均沉降平均沉降47mm，沉降速率沉降速率0.5mm/d倾斜倾斜2.7，还比较正常，还比较正常完工后完工后6个月投产个月投产5天装煤天装煤215吨吨加煤停止时沉降速率加煤停止时沉降速率810mm/d；第第4天，天，2745mm/d，加速沉降，危险！加速沉降，危险！沉降的发展沉降的发展沉降速率的变化沉降速率的变化倾斜的急剧发展与纠倾时的回倾倾斜的急剧发展与纠倾时的回倾荷载与地基承载力荷载与地基承载力地基极限承载力：地基极限承载力：按固结快剪指标为按固结快剪指标为202kPa按不固结不排水剪指标为按不固结不排水剪指标为135kPa建筑物恒载建筑物恒载38000kN，产生基底压力产生基底压力76kPa，装煤装煤21500kN，产生基底压力产生基底压力44kPa活载与恒载之比活载与恒载之比0.57基底总压力基底总压力120kPa安全度分析安全度分析 如果不快速加煤，安全系数如果不快速加煤，安全系数1.68；实际快速加煤，；实际快速加煤，故安全系数低于故安全系数低于1.68；不考虑施工期的排水固结，；不考虑施工期的排水固结，安全系数安全系数1.13；而实际安全系数介于；而实际安全系数介于1.131.68之间之间 荷载荷载承载力承载力恒载压力恒载压力76kPa活载压力活载压力44kPa总压力总压力120kPa固结不排水固结不排水202kPa2.661.68不排水剪不排水剪135kPa1.13变形分析变形分析加煤加煤2年后，平均沉降年后，平均沉降630mm堆放钢锭纠倾以后沉降达堆放钢锭纠倾以后沉降达846mm，推算最终推算最终沉降量为沉降量为1150mm按压缩层厚度按压缩层厚度16.7m，平均模量平均模量2MPa计算，计算，得最终沉降量得最终沉降量689mm，两者之比为两者之比为1.67估计发生了侧向挤出，但没有实测水平位移估计发生了侧向挤出，但没有实测水平位移的数据验证的数据验证借鉴堆载试验的资料借鉴堆载试验的资料堆载面积堆载面积22m 30m，不排水强度不排水强度31kPa在在150kPa荷载作用下，离堆载边缘外荷载作用下，离堆载边缘外0.7m，地地面下面下7m处的实测水平位移处的实测水平位移810mm，水平位移与水平位移与竖直位移之比为竖直位移之比为1.34试验荷载试验荷载 kPa平均沉降平均沉降 mm安全系数安全系数60933.90902532.601204441.971506061.57整平场地整平场地水位上升水位上升引发的问题引发的问题 1 工程概况工程概况内蒙准格尔大型选煤厂在土丘斜坡上，南高北低，高差51m，地面坡度10%。北端点岱沟，季节性水流，东西两侧都有冲沟，西侧冲沟下游出露下降泉，水量不大。东侧冲沟紧邻场地东边界，两沟雨季时由南向北流入点岱沟，沟深坡陡。1990年平整场地，西冲沟全部填埋，下游泉水处用块石做成盲沟将水引出，回填时不慎将盲沟出水口堵死。东冲沟上游填平，中有公路通过，将沟截断。场地整平成六个平台，最低点岱沟为铁路站线，第二平台高出20m,布置9个产品煤筒仓。二至六平台高差顺序为4m、4m、6m和6m。边坡做成1：1.5。第三平台布置浓缩池等，第四平台主厂房，第六平台布置双排9个原煤筒仓。极大的改变了原始地形地貌 平整后长550m,宽300m。两组大型储煤圆筒仓，是高、重、大构筑物。第六平台上9个原煤筒仓，双排，单仓直径22m,高56.4m,至配煤车间总高69m,单仓容量16 000吨,包括自重总荷载292 000kN。箱形基础，扩大直径至25m,埋深6m,基底压力595kPa。第二平台9个产品煤筒仓，单排、单仓直径15m,高35m,加配煤车间总高47m，单仓容量32004500吨。包括自重总荷载109 000kN。片筏基础，扩大直径至18m，埋深4m，基底压力430kPa。2 勘察设计与施工勘察设计与施工按2025m间距勘探，114探井保证取样原状。三轴、直剪、压缩、高压固结等。旁压、静探、标贯等原位测试 三组载荷试验，最大加荷1200kPa和1000kPa,超过建筑荷载一倍多。原煤仓基底为Q2黄土状粉质粘土，厚8.8m；其下虽仍为Q2,但含水量较高，饱和，土质较差，厚度不均，最厚者13m，有的为0,一般89m，下部是第三系红色粉质粘土，厚者89m,有的缺失，一般66m。基岩为二迭系上石盒子组的强风化泥岩。产品仓基底下为Q3黄土状粉土，厚3.36.0m，一般4.3m。其下为Q2黄土状粉质粘土，含水量较高，饱和，土质较差，厚05.7m,一般4.0m。基岩与原煤相同。原煤仓水位地面14m以下，产品仓地面8m以下。水位变化很大，有的未见水。一般基岩突出处无水，考虑内蒙干早，地下水不会太大影响。勘察重点是持力层和下卧层的饱和土。地基承载力以载荷试验为主，结合多种室内及原位测试数据，进行理论计算和经验公式取值。原煤仓持力层的地基承载力为350kPa,深宽修正后取值600kPa。产品仓持力层地基承载力在460kPa以上，取值450kPa，都满足上部荷载要求。下卧层饱和土未做载荷试验，但室内试验和原位测试数据齐全，承载力标准值250kPa。饱和土力学性质有所降低（2030%），但验算满足要求，余地不大。变形验算，压缩模量采用探井原状土试验数据，并与载荷试验的变形模量对比。原煤仓最大沉降24.9cm，最大倾斜率为0.0036产品仓计算沉降和最大倾斜为8.78cm和0.0009,都满足要求。1990年78月两组煤仓相继开工，检验基底土性质，与勘察成果一致。基础出地面后设立观测点，开始沉降观测。1991年5月产品仓竣工，1991年8月部分原煤仓竣工。一年后，1992年8月实测原煤仓平均沉降2.5cm,倾斜0.00045；产品仓为1.7cm和0.00047。尚未装煤，仓体自重占总重约45%和55%,实测沉降约为预估沉降的50%，并已趋向稳定，认为这将是一项成功的岩土工程。3 事故的发生与发展事故的发生与发展1993年末，一级平台高20m的边坡上，沿岩面大量渗水，冬季冻成冰砣，开冻后大量渗水。1994年3月，局部边坡突然塌滑。长约120m,坡顶裂缝距产品仓仅20m,裂缝宽140mm,最大落差200mm。4月中旬裂缝宽600mm,落差510mm。措施：仓北15m处打两排嵌岩护坡桩80根。坡脚处做42根抗滑桩，边坡刷缓1：1.75，全部护砌。后在边坡下打水平泄水孔及筑盲沟排水，坡脚砌筑重力式毛石混凝土挡土墙，至1995年4月滑坡基本稳定。产品仓自1993年后沉降加速，至1995年1月，空仓沉降4.3cm,超过空仓预估沉降4.13cm，且仍在延伸，趋势不稳定。补充勘察发现水位普遍上升1.52.0m。持力层Q3黄土状土下部饱和。原下卧的饱和土层位提高2.02.5m。持力层含水量略有增加，液性指数由0增至0.12。抗剪强度降低了约四分之一，压缩模量降低了4050%。地基承载力仅330kPa，满足不了基底压力450kPa的要求。软弱下卧层验算不能通过。当时尚未装煤。原煤仓补充勘察，也发现水位普遍上升1.52.5m,饱和土层位提高了3.03.5m,最高处距基底仅4m。软弱下卧层验算不能通过。计算沉降达58.3cm,超过允许值（40cm）。且倾斜多处超过1%,个别达2%，两组筒仓补勘结论：必须加固，否则不能装煤。全场区水位都有不同程度上升，普遍上升2m左右，最多3.5m。约三分之一钻孔不足l.0m。4地下水上升的原因分析地下水上升的原因分析远离黄河，高程在1170m以上，无地表水体。年平均降水量378mm,蒸发量2126.5mm。汇水面积有限。工程建设改变了环境 原来坡度10%，地表板结，部分植被。两侧冲沟,排水通畅。绝大部分雨水由地面排入点岱沟。垂直渗入土中不足20%平场填沟后，形成六个平台，平台坡度为0.120.47%。地表硬壳破坏，原土裸露。两侧冲沟填埋，冲沟内泉眼被堵，使通畅的地表迳流成为在各台阶平地上的缓流。加上设计的排水系统尚未形成，使入渗量由不足20%增至40%左右。黄土状土垂直渗透系数是水平的10倍，水平运动十分缓慢。水在土中没有出路，只能在土中聚集，缓缓向最低一个边坡流动。三年后开始在边坡基岩面上渗出形成冰砣，整个场地地下水位升高了23m。5事故的处理事故的处理(1)产品仓上游（南侧）15m处，风化岩石中开凿截水盲洞，盲洞净断面高1.7m,宽1.0m,洞上一排渗水井，间隔1015m,地下水通过渗水井引入盲洞,向坡下排出。5事故的处理事故的处理(2)产品仓用劈裂水泥注浆加固地基，注浆孔442个，间隔3.0m。穿透筏基注浆，水灰比1：1和0.8:1，注浆深度达基岩,平均深6m。为避免跑浆及减少地基侧向变形，沿产品仓基础四周做直径1.2m及1.0m的灌注桩围箍162根，桩端入基岩36m,平均桩长17m。灌注桩间加旋喷桩，使整个地基土封闭5事故的处理事故的处理(3)原煤仓同样用劈裂水泥注浆加固地基，注浆孔共754个，平均间距3.0m,在箱基中作业穿透基础，水灰比1：1，注浆深度进入第三系（或基岩）0.5m。平均孔深14.5m.同样沿仓基础用旋喷桩围箍，共680根。5事故的处理事故的处理加固施工从1995年9月至1996年6月，处理费用3500万元（含边坡处理），处理效果良好。经检验，产品仓地基承载力达到500600kPa，原煤仓达到600700 kPa。5事故的处理事故的处理1996年9月开始装煤，分三期加载，每期加三分之一容量。至1998年3月最大沉降产品仓为26.6mm原煤仓为13.9mm以后沉降基本稳定，生产运转正常。小结本工程勘察测试，地基承载力评价和变形分析，做得相当周全，惟一忽略的问题是工程建设造成环境的改变。水位升高导致滑坡发生，地基承载力降低，变形不能满足要求。许多工程只知按当前条件勘察设计，不注意预测未来，预测工程建设改变环境造成的影响。由于施工阶段对实现设计安全度控制是关由于施工阶段对实现设计安全度控制是关键性的，因此，设计单位的岩土工程师与键性的，因此，设计单位的岩土工程师与施工单位的岩土工程师之间的协调与互动施工单位的岩土工程师之间的协调与互动就显得特别重要。就显得特别重要。施工单位的岩土工程师需要对施工方案是施工单位的岩土工程师需要对施工方案是否影响设计安全度的实现，进行必要的计否影响设计安全度的实现，进行必要的计算与分析，这是从技术上防止工程事故的算与分析，这是从技术上防止工程事故的必要措施。必要措施。在建筑物运营阶段，监测和控制对安全度在建筑物运营阶段，监测和控制对安全度的保证也是十分重要的措施。的保证也是十分重要的措施。四四.岩土工程的风险评估岩土工程的风险评估可靠度设计方法是概率方法应用于工程设可靠度设计方法是概率方法应用于工程设计而形成的一种设计方法；计而形成的一种设计方法；概率方法在岩土工程中有非常广泛的应用，概率方法在岩土工程中有非常广泛的应用，可靠度设计仅是其中之一；可靠度设计仅是其中之一；概率方法提供一种系统的、定量的方法去概率方法提供一种系统的、定量的方法去估计岩土工程师所遇到的不确定性，而不估计岩土工程师所遇到的不确定性，而不是去取代传统的确定性的设计方法；是去取代传统的确定性的设计方法；CasagrandeCasagrande提出的概念提出的概念卡萨格兰特早在卡萨格兰特早在1965年提出了岩土工程中年提出了岩土工程中的的calculated risk（计算风险）概念：（计算风险）概念：根据经验和判断，用不完备的知识来估计根据经验和判断，用不完备的知识来估计在解决问题时考虑的数据的可能范围；在解决问题时考虑的数据的可能范围；对一定的安全储备或风险率的决策，引入对一定的安全储备或风险率的决策，引入经济因素和失效所引起的损失。经济因素和失效所引起的损失。PeckPeck的说法的说法岩土工程发展为两个方面，一部分依然是岩土工程发展为两个方面，一部分依然是传统的问题，而另一部分如地震、自然坡传统的问题，而另一部分如地震、自然坡稳定、环境岩土工程和海洋工程等。在这稳定、环境岩土工程和海洋工程等。在这些领域中，工程师们需要更新的、更严格些领域中，工程师们需要更新的、更严格的可靠度的评价，这就需要不同的方法，的可靠度的评价，这就需要不同的方法，我们相信概率方法在这些领域中很快地发我们相信概率方法在这些领域中很快地发展。这些领域中的工程师很快地接受这种展。这些领域中的工程师很快地接受这种方法是毫不奇怪的，概率方法向传统领域方法是毫不奇怪的，概率方法向传统领域发展也是毫不奇怪的。发展也是毫不奇怪的。由于岩土工程师是在信息不完备的条件下由于岩土工程师是在信息不完备的条件下进行判断和决策。进行判断和决策。因此所采取的工程措施与实际可能发生的因此所采取的工程措施与实际可能发生的事件可能存在着不一致性，这就存在着风事件可能存在着不一致性，这就存在着风险。险。所以，在岩土工程中，不论是设计、施工所以，在岩土工程中，不论是设计、施工都存在一定的风险，需要进行风险评估。都存在一定的风险，需要进行风险评估。将风险限制在人们可以接受的范围内。将风险限制在人们可以接受的范围内。因果律的破缺和互不律的破缺因果律的破缺和互不律的破缺例如，边坡的坡度该取多少为好？坡度平例如，边坡的坡度该取多少为好？坡度平坦，安全度高，但工程费用大；坡度取陡坦，安全度高，但工程费用大；坡度取陡一些，费用就可以小一些，但安全度低。一些，费用就可以小一些，但安全度低。用确定性的方法来分析，采用规范规定的用确定性的方法来分析，采用规范规定的安全系数设计，按定值设计的思维方法，安全系数设计，按定值设计的思维方法，认为肯定是安全的。但一场暴雨，可能冲认为肯定是安全的。但一场暴雨，可能冲垮了边坡，造成了铁路中断，损失惨重。垮了边坡，造成了铁路中断，损失惨重。于是，查工程质量是否存在问题，是否收于是，查工程质量是否存在问题，是否收取了回扣，查谁的责任，处理了责任人，取了回扣，查谁的责任，处理了责任人，今后是否就不会发生这类事故呢？今后是否就不会发生这类事故呢？为了规避责任，说成是自然灾害，那也对，为