岩土工程设计安全概述.pptx

会计学1岩土工程设计安全概述岩土工程设计安全概述为什么学习为什么学习 岩土工程设计安全度？岩土工程设计安全度？n n1 1 岩土工程各项工作，设计为核心。安全度是岩土工程各项工作，设计为核心。安全度是首先关心的问题。首先关心的问题。n n2 2 教育背景地质占多数，熟悉勘察，对设计不教育背景地质占多数，熟悉勘察，对设计不够熟悉。应深入了解设计安全度问题。够熟悉。应深入了解设计安全度问题。n n3 3 教育背景结构的熟悉设计和设计安全度，但教育背景结构的熟悉设计和设计安全度，但岩土工程比结构，有更大更多的不确定性，岩土工程比结构，有更大更多的不确定性，更依赖经验，不易定量计算，需综合判断。更依赖经验，不易定量计算，需综合判断。在安全度问题的考虑上，与结构有很大不同。在安全度问题的考虑上，与结构有很大不同。第1页/共37页n n4 设计安全表达，岩土与结构有很大不同：结构已普遍应用概率极率极限状态，分项系数表廷；岩土工程则普遍用容许应力法，单一安全系数法；n n5 不仅要熟悉规范，而且要深入了解规范规定的背景。n n6 在结构与岩土安全度的衔接方面，各本规范很不一致，术语的函义也有差别。第2页/共37页同一工程，安全度规定交叉举例同一工程，安全度规定交叉举例1 n n基础设计n n 计算基础面积用容许应力法，n n 确定基础配筋用概率极限状态法n n两者的荷载取值和抗力取值均不相同 第3页/共37页同一工程，安全度规定交叉举例同一工程，安全度规定交叉举例2n n钢筋混凝土挡土墙设计n n 挡土墙的结构设计用概率极限状态法，n n 抗滑和抗倾覆稳定性验算用单一安全系数法n n 地基承载力用容许应力法n n荷载取值和抗力取值均不相同 第4页/共37页同一安全度问题同一安全度问题 各本规范处理方法不同各本规范处理方法不同n n设计原则n n 容许应力法n n 极限状态法 概率极限状态法 n n参数代表值n n地基承载力n n边坡稳定分析第5页/共37页如何讲解？如何讲解？n n突出重点，掌握基本概念。n n并非要求每位注册师深入钻研可靠度；n n教材作为参考材料，在讨论中提高。n n结合工程实践，工程案例。n n工程结构可靠度设计统一标准新版已批准发布。第6页/共37页目目 录录n n前前前前 言言言言n n1 1 概述概述概述概述n n2 2 可靠度设计基础可靠度设计基础可靠度设计基础可靠度设计基础n n3 3 工程结构荷载工程结构荷载工程结构荷载工程结构荷载n n4 4 岩土工程材料岩土工程材料岩土工程材料岩土工程材料n n5 5 岩土工程的极限状态岩土工程的极限状态岩土工程的极限状态岩土工程的极限状态n n6 6 设计规范安全度问题的处理设计规范安全度问题的处理设计规范安全度问题的处理设计规范安全度问题的处理 n n7 7 岩土工程的安全控制与概念岩土工程的安全控制与概念岩土工程的安全控制与概念岩土工程的安全控制与概念设计设计第7页/共37页1.1 岩土工程及其与相邻专业关系岩土工程及其与相邻专业关系 n n1.1.1 岩土工程的定义和领域岩土工程的定义和领域n n1.1.2 岩土工程与工程地质关系岩土工程与工程地质关系n n n n1.1.3 岩土工程和结构工程关系岩土工程和结构工程关系第8页/共37页岩土工程的定义岩土工程的定义n n岩土工程基本术语标准岩土工程基本术语标准n n“土木工程中涉及岩石和土的利用、处理和土木工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的科学技术改良的科学技术”。n n中国大百科全书中国大百科全书n n“土木工程的一个分支，以工程地质学、岩土木工程的一个分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术科学科学”n n1 1 土木工程的一个分支；土木工程的一个分支；n n2 2 研究对象是岩石和土，包括岩土中的水；研究对象是岩石和土，包括岩土中的水；n n3 3 一门技术科学或工程技术。一门技术科学或工程技术。第9页/共37页岩土工程的领域岩土工程的领域n n岩土作为支承体n n岩土作为荷载和自承体n n岩土作为材料n n地质灾害的防治 n n环境岩土工程n n岩土加固和改良 第10页/共37页岩土工程与工程地质关系岩土工程与工程地质关系n n 工程地质学n n地质学的一个分支n n 一门应用科学n n地质专家（地质师）n n研究地质现象、成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用 n n工程地质学是岩土工程的基础之一，n n 岩土工程n n土木工程的一个分支，n n 一门工程技术n n工程师n n根据工程目的和地质条件，建造满足使用要求和安全的工程，解决工程建设中的岩土技术问题n n岩土工程是工程地质的延伸 第11页/共37页岩土工程和结构工程关系岩土工程和结构工程关系 n n土木工程的两大类 n n结构和地基相互作用，相互影响：n n地基变形改变结构应力，n n结构荷载分布和不同刚度产生不同的地基变形。n n调整基础和上部结构刚度适应地基变形，n n地基、基础和上部结构的协同作用。第12页/共37页岩土工程和结构工程关系岩土工程和结构工程关系n n互相搭接，互相重叠 n n 桩基础 n n 基坑工程和地下开挖 n n 边坡工程和地质灾害的治理 n n结构工程师和岩土工程师虽然有所分工，有所侧重，但互相配合更多 第13页/共37页结合我国目前体制结合我国目前体制 岩土工程师执业范围岩土工程师执业范围 1n n 岩土工程勘察方面：n n1 岩土工程勘察；n n2 工程地质勘察；n n3 工程水文地质勘察；n n4 环境岩土工程勘察；n n5 固体废弃物填埋勘察；n n6 地质灾害与防治工程勘察；n n7 地震工程勘察。第14页/共37页结合我国目前体制结合我国目前体制 岩土工程师执业范围岩土工程师执业范围 2n n 岩土工程设计：岩土工程设计：n n1 1 地基基础设计；地基基础设计；n n2 2 岩土加固与改良设计；岩土加固与改良设计；n n3 3 边坡与支护工程设计；边坡与支护工程设计；n n4 4 开挖与填方工程设计；开挖与填方工程设计；n n5 5 地质灾害防治设计；地质灾害防治设计；n n6 6 地下水控制设计；地下水控制设计；n n7 7 土工构造物设计；土工构造物设计；n n8 8 环境岩土工程设计；环境岩土工程设计；n n9 9 地下空间开发岩土工程设计；地下空间开发岩土工程设计；n n10 10 其他岩土工程设计。其他岩土工程设计。第15页/共37页结合我国目前体制结合我国目前体制 岩土工程师执业范围岩土工程师执业范围 3n n岩土工程测试、检测与监测的分析与评价方面：岩土工程测试、检测与监测的分析与评价方面：n n1 1 地基基础工程质量及其过程监控；地基基础工程质量及其过程监控；n n2 2 岩土加固与改良质量及其过程监控；岩土加固与改良质量及其过程监控；n n3 3 边坡与支护工程质量及其过程监控；边坡与支护工程质量及其过程监控；n n4 4 开挖与填方工程质量及其过程监控；开挖与填方工程质量及其过程监控；n n5 5 地质灾害防治工程质量及其过程监控；地质灾害防治工程质量及其过程监控；n n6 6 地下水的水位、水质、水量、水压等的监控；地下水的水位、水质、水量、水压等的监控；n n7 7 土工构造物工程质量及其过程监控；土工构造物工程质量及其过程监控；n n8 8 环境岩土工程质量及其过程监控；环境岩土工程质量及其过程监控；n n9 9 地下空间开发岩土工程质量及其过程监控；地下空间开发岩土工程质量及其过程监控；n n10 10 其他岩土工程治理质量及其过程监控。其他岩土工程治理质量及其过程监控。第16页/共37页结合我国目前体制结合我国目前体制 岩土工程师执业范围岩土工程师执业范围 4n n 岩土工程咨询方面：岩土工程咨询方面：n n1 1 上述各类岩土工程勘察、设计、测试、检测、监测等方面的相关上述各类岩土工程勘察、设计、测试、检测、监测等方面的相关咨询；咨询；n n2 2 专项岩土工程研究、论证和优化；专项岩土工程研究、论证和优化；n n3 3 施工图文件审查；施工图文件审查；n n4 4 岩土工程技术管理、项目管理咨询；岩土工程技术管理、项目管理咨询；n n5 5 岩土工程、环境岩土工程风险评估；岩土工程、环境岩土工程风险评估；n n6 6 岩土工程质量安全事故分析；岩土工程质量安全事故分析；n n7 7 岩土工程项目招标文件、投标文件审查。岩土工程项目招标文件、投标文件审查。第17页/共37页1.2 岩土工程的特点岩土工程的特点 n n1.2.1 岩土体结构的不确定性岩土体结构的不确定性n n1.2.2 岩土参数的不确定性岩土参数的不确定性 n n1.2.3 裂隙水和孔隙水压力的多变性裂隙水和孔隙水压力的多变性n n1.2.4 地质作用和地质演化的复杂性地质作用和地质演化的复杂性 n n1.2.5 计算模式的不确切性计算模式的不确切性n n1.2.6 理论导向和经验判断理论导向和经验判断第18页/共37页岩土体结构的不确定性岩土体结构的不确定性n n 岩土n n地质结构和岩土材料n n 自然形成 勘察查明n n 不能选定和控制n n体系和构件不明确，计算条件不明确，计算不可信n n没有截面计算，n n分不清截面可靠度和系统可靠度n n 结构n n结构体系和构件尺寸n n 工程师设计 n n材料 工程师选定n n 均可控n n体系和构件明确，计算条件明确，计算可信 n n截面计算为主，n n 做截面可靠度分析 第19页/共37页岩土参数的不确定性岩土参数的不确定性n n 岩土材料n n变异性大,与位置有关，n n 相关距离n n水平相变和竖向相变n n试验尺寸与计算尺寸差别大，试验方法多样n n计算参数取综合水平n n 结构材料n n相对均匀n n与位置无关n n试验尺寸与计算尺寸差别相对小n n按一般材料统计参数代表值第20页/共37页裂隙水和孔隙水压力的多变性裂隙水和孔隙水压力的多变性n n裂隙水：脉状、网状、层状、岩溶水。富水性、透水性和水压力差别非常大。查清有时非常困难。n n水位、水头变化：季节、多年、人为n n静水压力、超静水压力、渗透力n n孔隙水压力的增长消散：液化、挤土效应n n非饱和土基质吸力 第21页/共37页地质作用和地质演化的复杂性地质作用和地质演化的复杂性n n地震：液化、震陷、塌陷、边坡失稳、永久性地面变形和诱发地质灾害；n n河、湖、海：冲刷、侵蚀、搬运和淤积，对水利工程和航道工程的影响；n n地下水：岩溶，土洞，塌陷；n n风化作用；n n滑坡、泥石流等：发生、发展、消亡、复活等地质演化过程。第22页/共37页计算模式的不确切性计算模式的不确切性n n举例n n地基承载力计算n n变形计算n n边坡稳定计算第23页/共37页理论导向和经验判断理论导向和经验判断n n“理论导向，经验判断，实测定量”n n理论使我们透过现象，看到本质，举一反三，n n凭直观和局部经验处理问题，极易犯概念性原则性的错误。n n只有植根于理论的经验才有生命力。n n单纯理论计算不可靠，原因在于岩土工程充满着不确定性和信息的不完全性。n n实测定量或实测验证 第24页/共37页岩土工程特点岩土工程特点n n充满不确定性-最突出的特点n n岩土体结构和岩土材料性能n n裂隙水和孔隙水压力n n信息的随机性、模糊性和不完善性n n信息处理和计算的不确切性和不精确性n n科学技术崇尚定量和精确，但岩土工程还是n n不严密、不完善，不够成熟的科学技术，n n定性判断和定量计算兼顾，理论和经验并重第25页/共37页1.3 事物的不确定性事物的不确定性 和工程的安全性和工程的安全性n n1.3.1 事物的不确定性事物的不确定性n n1.3.2 工程的安全性和可持续发展工程的安全性和可持续发展n n1.3.3 安全度的表达安全度的表达第26页/共37页事物的不确定性事物的不确定性n n1 事物的随机性n n 概率论、数理统计和随机过程 n n2 事物的模糊性n n模糊数学 比随机性更为深刻的不确定性n n3 信息和知识的不完善性n n 客观信息的不完善性，n n 主观知识的不完善性第27页/共37页安全度的表达安全度的表达 1 n n1 容许应力法容许应力法 n n正常使用条件下，比较荷载作用和岩土抗力，要求强度有一定储备，变形满足正常使用要求。荷载和抗力的取值都是定值，建立在经验的基础上。n n 安全度已经隐含其中n n信息不充分，依赖经验情况下，n n 有效而实用 第28页/共37页安全度的表达安全度的表达 2 n n2 单一安全系数法单一安全系数法 n n n nR、S、K、K分别为抗力、作用、安全系数和目标安全系数，n n都是定值，非随机变量，都是经验的，属于定值法。第29页/共37页安全度的表达安全度的表达 3n n3 概率极限状态法概率极限状态法 n n 极限状态法极限状态法n n将岩土及有关结构置于极限状态进行分析 n n达到某种极限状态（承载能力、变形等）时的抗力。第30页/共37页安全度的表达安全度的表达 4n n3 概率极限状态法概率极限状态法 n n 概率极限状态法概率极限状态法n n将设计变量视为随机变量，对作用、抗力、安全度进行概率分析，按失效概率量度设计的可靠性，将安全储备建立在概率分析的基础上 n n三个水准；水准I、水准、水准。n n目前普遍采用的是水准即近似概率法，以可靠指标为安全度量度指标。第31页/共37页1.4 岩土工程可靠性分析的发展和岩土工程可靠性分析的发展和问题问题 n n1.4.1 可靠性分析发展的简要回顾可靠性分析发展的简要回顾 n n1.4.2可靠性分析应用于岩土工程的研究可靠性分析应用于岩土工程的研究n n1.4.3 可靠度在岩土工程设计规范中的应用可靠度在岩土工程设计规范中的应用问题问题 第32页/共37页可靠度用于结构设计规范可靠度用于结构设计规范n n国家标准的第一层次国家标准的第一层次n n工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准GB50153GB50153n n国家标准的第二层次国家标准的第二层次n n水利水电工程结构可靠度设计统一标准水利水电工程结构可靠度设计统一标准GB50199GB50199n n港口工程结构可靠度设计统一标准港口工程结构可靠度设计统一标准GB50158GB50158n n铁路工程结构可靠度设计统一标准铁路工程结构可靠度设计统一标准GB50216GB50216n n公路工程结构可靠度设计统一标准公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T50283GB/T50283n n建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准GBJ68-84 GBJ68-84 n n概率极限状态设计原则己经成为结构设计的共同准则。概率极限状态设计原则己经成为结构设计的共同准则。第33页/共37页岩土工程设计问题岩土工程设计问题n n研究工作继续深入研究工作继续深入n n用于规范的两种意见用于规范的两种意见n n与与统一标准统一标准 协调，首先解决地基极限承协调，首先解决地基极限承载力和对土的参数概率统计，再解决可靠指载力和对土的参数概率统计，再解决可靠指标标 等问题等问题 n n发展水平上岩土和结构差距较大，土的抗剪发展水平上岩土和结构差距较大，土的抗剪强度指标，可靠性差，不确定因素多，还需强度指标，可靠性差，不确定因素多，还需依靠经验。用地基容许承载力即可，依靠经验。用地基容许承载力即可，n n精度很差或者连精度的大致范围都不清楚的精度很差或者连精度的大致范围都不清楚的设计进行可靠性分析，没有意义。设计进行可靠性分析，没有意义。n n处理好结构与岩土之间关系处理好结构与岩土之间关系 第34页/共37页工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准新版本新版本n n“工程结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行”。第35页/共37页 谢谢 谢谢！第36页/共37页