岩土工程设计方法讲座上.ppt

岩土工程设计方法讲座上 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。有生命必有希望引引言言l在中国工程勘察信息网的专栏中，提出在中国工程勘察信息网的专栏中，提出了许多疑难问题，在答疑和讨论的过程了许多疑难问题，在答疑和讨论的过程中，积累了不少的资料，出版了土力中，积累了不少的资料，出版了土力学与岩土工程师和岩土工程勘察与学与岩土工程师和岩土工程勘察与设计两本书，主办单位提出围绕这两设计两本书，主办单位提出围绕这两本书的主题开展讲座，也是一个很好的本书的主题开展讲座，也是一个很好的思路，值得尝试。思路，值得尝试。l在在2009年年2010年，主要环绕岩土工年，主要环绕岩土工程勘察规范局部修订的宣讲，讲了岩程勘察规范局部修订的宣讲，讲了岩土工程实务工作的一些问题，即勘察方土工程实务工作的一些问题，即勘察方案的编制、勘探孔的深度和平面布置、案的编制、勘探孔的深度和平面布置、取样数量、土工试验和原位测试、地下取样数量、土工试验和原位测试、地下水勘察、土和水对建筑材料腐蚀性评价水勘察、土和水对建筑材料腐蚀性评价等问题。等问题。2010年底至今年上半年，主要年底至今年上半年，主要讲解岩土工程评价方法。从现在开始，讲解岩土工程评价方法。从现在开始，将讲解岩土工程设计方法。将讲解岩土工程设计方法。第二部分第二部分岩土工程设计岩土工程设计l一一.岩土工程设计的力学基础岩土工程设计的力学基础l二二.浅基础设计的地基承载力问题浅基础设计的地基承载力问题l三三.地基基础设计的变形控制方法地基基础设计的变形控制方法l四四.单桩、群桩的承载力与桩基础设单桩、群桩的承载力与桩基础设计计l五五.地基处理的方案选择与设计控制地基处理的方案选择与设计控制l六六.边坡稳定性分析与土压力计算边坡稳定性分析与土压力计算l七七.基坑工程方案设计与事故分析基坑工程方案设计与事故分析l八八.地基基础抗震评价与抗震设计地基基础抗震评价与抗震设计一一.岩土工程设计的力学基础岩土工程设计的力学基础l1.岩土工程设计是工程结构设计的一部分岩土工程设计是工程结构设计的一部分l2.岩土工程师必需的力学知识复习岩土工程师必需的力学知识复习岩土工程设计是岩土工程设计是工程结构设计的一部分工程结构设计的一部分l岩土工程是主体工程的一部分岩土工程是主体工程的一部分没有主体工程就没有岩土工程问题；不没有主体工程就没有岩土工程问题；不存在没有岩土工程的主体工程存在没有岩土工程的主体工程l岩土工程与结构工程的相互依赖与统一岩土工程与结构工程的相互依赖与统一结构工程的安全与耐久性依赖于岩土工结构工程的安全与耐久性依赖于岩土工程的质量；岩土工程的规模与难度取决程的质量；岩土工程的规模与难度取决于结构工程的规模与技术要求于结构工程的规模与技术要求l岩土工程设计与结构工程设计的异同岩土工程设计与结构工程设计的异同l它们它们同属于工程学同属于工程学的范畴，都要满足工的范畴，都要满足工程力学的基本规律，都要满足工程建设程力学的基本规律，都要满足工程建设的控制要求，都采用工程设计的方法。的控制要求，都采用工程设计的方法。l岩土工程设计对象有两类，第一类是对岩土工程设计对象有两类，第一类是对岩土体的设计计算岩土体的设计计算，第二类是对与岩土，第二类是对与岩土体相互作用的体相互作用的结构物的设计计算结构物的设计计算，如基，如基础、地下室、围护结构、支锚结构等。础、地下室、围护结构、支锚结构等。l在设计原则上存在差异，结构设计的概率在设计原则上存在差异，结构设计的概率极限状态设计实用方法已经标准化，但岩极限状态设计实用方法已经标准化，但岩土工程中的第一类设计的概率极限状态设土工程中的第一类设计的概率极限状态设计方法还不太成熟，较多的规范采用安全计方法还不太成熟，较多的规范采用安全系数法甚至是容许应力法设计。系数法甚至是容许应力法设计。l在安全度控制方法上存在差异，结构设计在安全度控制方法上存在差异，结构设计的作用与抗力，都可以由技术标准规定数的作用与抗力，都可以由技术标准规定数值来加以严格控制，而岩土工程设计中涉值来加以严格控制，而岩土工程设计中涉及岩土体所产生的作用与抗力，其数值无及岩土体所产生的作用与抗力，其数值无法由技术标准的规定所控制。法由技术标准的规定所控制。l由于岩土体是自然地质体，与自然条件密由于岩土体是自然地质体，与自然条件密切相关，岩土工程设计的作用与抗力是按切相关，岩土工程设计的作用与抗力是按岩土体的物理力学参数进行计算的结果，岩土体的物理力学参数进行计算的结果，具有极强的具有极强的地区性地区性。l在太沙基岩土工程体制下，岩土工程设计在太沙基岩土工程体制下，岩土工程设计是由岩土工程事务所承担的，是岩土工程是由岩土工程事务所承担的，是岩土工程咨询顾问工作的一部分咨询顾问工作的一部分，从前期的地质调，从前期的地质调查、工程设计到施工监测与检测，都是岩查、工程设计到施工监测与检测，都是岩土工程事务所的一揽子全过程服务范围。土工程事务所的一揽子全过程服务范围。l在我国勘察、设计体制下，岩土工程勘察在我国勘察、设计体制下，岩土工程勘察与设计是与设计是分离的分离的，由专门的勘察队伍从事，由专门的勘察队伍从事岩土工程勘察工作，而岩土工程设计则是岩土工程勘察工作，而岩土工程设计则是分散在不同的单位，结构性比较强的地基分散在不同的单位，结构性比较强的地基基础设计工作一般由上部结构设计单位完基础设计工作一般由上部结构设计单位完成，而且呈现比较明显的成，而且呈现比较明显的行业性行业性；独立性；独立性比较强的边坡整治工作一般由勘察单位完比较强的边坡整治工作一般由勘察单位完成；基坑工程设计则分散在各种不同的单成；基坑工程设计则分散在各种不同的单位，岩土工程勘察单位也有承担设计任务位，岩土工程勘察单位也有承担设计任务的。的。岩土工程设计的特点岩土工程设计的特点l岩土工程设计的任务是处理工程结构与地岩土工程设计的任务是处理工程结构与地质条件的协调，力学平衡、变形协调。质条件的协调，力学平衡、变形协调。l一类是由于建筑物的存在（如地下工程）一类是由于建筑物的存在（如地下工程）及其荷载施加于岩土体所产生的工程问题；及其荷载施加于岩土体所产生的工程问题；另一类是治理岩土体的不稳定性所产生的另一类是治理岩土体的不稳定性所产生的工程问题，包括采用结构的方法所产生的工程问题，包括采用结构的方法所产生的岩土体与结构的相互作用。岩土体与结构的相互作用。地基基础设计的基本假定地基基础设计的基本假定设计与力学计算的关系设计与力学计算的关系l设计不等同于计算。设计不等同于计算。l设计包括概念设计、方案设计、构造设设计包括概念设计、方案设计、构造设计和在力学计算基础上的构件尺寸的确计和在力学计算基础上的构件尺寸的确定或在预定尺寸以后的验算。定或在预定尺寸以后的验算。l力学计算仅是设计过程中的一部分，或力学计算仅是设计过程中的一部分，或者是设计的一种定量验算的方法。者是设计的一种定量验算的方法。l对计算软件的正确使用。对计算软件的正确使用。2.岩土工程师必需力学知识复习岩土工程师必需力学知识复习l如何将一个工程问题，正确地抽象简化为如何将一个工程问题，正确地抽象简化为力学的计算模式，是工程师的基本素养；力学的计算模式，是工程师的基本素养；l也是正确处理工程问题和进行工程计算的也是正确处理工程问题和进行工程计算的基本条件，例如等值梁法；基本条件，例如等值梁法；l对技术标准的一些规定和计算公式的正确对技术标准的一些规定和计算公式的正确理解和运用也需要具有一定的力学基础知理解和运用也需要具有一定的力学基础知识，例如大、小偏心的基底反力计算。识，例如大、小偏心的基底反力计算。l2.1解平衡方程求未知数平面力系解平衡方程求未知数平面力系l2.2结构的约束条件（支座反力）结构的约束条件（支座反力）l2.3根据平衡条件求解支座反力根据平衡条件求解支座反力l2.4内力分析的截面法内力分析的截面法l2.5受弯构件的正截面应力分布受弯构件的正截面应力分布l2.6静定与超静定问题静定与超静定问题平面力系的平衡条件平面力系的平衡条件lX0，Z0，M0XZ2.1解平衡方程求未知数解平衡方程求未知数l如果一物体在三个互不平行的共面力作如果一物体在三个互不平行的共面力作用下而处于平衡状态，则三个力的作用用下而处于平衡状态，则三个力的作用线必交于一点；线必交于一点；l这就是三力平衡定理；这就是三力平衡定理；l是工程师最基本的一个力学概念。是工程师最基本的一个力学概念。库仑土压力的力三角形解法库仑土压力的力三角形解法WERRWEl根据楔体平衡条件求解根据楔体平衡条件求解l已知楔体重力已知楔体重力W的大小与方向的大小与方向l已知土压力的反力已知土压力的反力E的方向（与墙面法线夹的方向（与墙面法线夹角，即墙面与土的摩擦角，已知），但大角，即墙面与土的摩擦角，已知），但大小未知小未知l已知滑动面上的阻力已知滑动面上的阻力R的方向（与滑动面法的方向（与滑动面法线夹角，即土的摩擦角，已知），但大小线夹角，即土的摩擦角，已知），但大小未知未知l由楔体平衡条件知三个力必交于楔体重由楔体平衡条件知三个力必交于楔体重心，即力三角形闭合；心，即力三角形闭合；l运用三角函数的关系，即可求解未知数，运用三角函数的关系，即可求解未知数，求得土体和挡土结构物之间接触压力的求得土体和挡土结构物之间接触压力的合力；合力；2.2结构的约束条件（支座反力）结构的约束条件（支座反力）竖向与水平向同时约束竖向与水平向同时约束竖向约束竖向约束竖向与转动两个约束竖向与转动两个约束2.3根据平衡条件求解支座反力根据平衡条件求解支座反力l对平面力系，具有三个约束条件的满足对平面力系，具有三个约束条件的满足静定结构的条件；静定结构的条件；l如果少于三个约束条件，则称为机动体如果少于三个约束条件，则称为机动体系，或者称为静不定结构，不能保持静系，或者称为静不定结构，不能保持静力平衡；力平衡；l如果多于三个约束条件，则称为超静定如果多于三个约束条件，则称为超静定结构。结构。2.4内力分析的截面法内力分析的截面法l截面法是内力分析的基本方法截面法是内力分析的基本方法弯矩、剪力的方向规定弯矩、剪力的方向规定简支梁的内力分析简支梁的内力分析悬臂梁的内力分析悬臂梁的内力分析内力的叠加内力的叠加2.5受弯构件的正截面应力分布受弯构件的正截面应力分布截面抗弯惯性矩与抵抗矩截面抗弯惯性矩与抵抗矩hb基底反力分布基底反力分布横截面内力计算与强度条件横截面内力计算与强度条件钢筋混凝土梁受弯时正截面应力变化钢筋混凝土梁受弯时正截面应力变化2.6静定与超静定问题静定与超静定问题l静定结构：静定结构：l简支梁，悬臂梁，三铰拱，桁架。简支梁，悬臂梁，三铰拱，桁架。l排架结构的梁是简支梁，因此地基的不均排架结构的梁是简支梁，因此地基的不均匀沉降不会造成上部结构的次应力。匀沉降不会造成上部结构的次应力。l桁架结构也是静定的，由杆件系统通过三桁架结构也是静定的，由杆件系统通过三角形的稳定结构形成静定的体系，可以做角形的稳定结构形成静定的体系，可以做成大跨度结构，桥梁、屋架都可以用。成大跨度结构，桥梁、屋架都可以用。桁架式支撑桁架式支撑超静定结构超静定结构l约束条件多于约束条件多于3个的平面力系，就构成了个的平面力系，就构成了超静定结构。超静定结构。l框架结构、连续梁、刚架结构都是超静框架结构、连续梁、刚架结构都是超静定结构。定结构。单支撑围护结构的简化计算单支撑围护结构的简化计算等值梁法等值梁法二二.浅基础设计的地基承载力问题浅基础设计的地基承载力问题l1.地基承载力与土的抗剪强度指标存在地基承载力与土的抗剪强度指标存在什么关系？什么关系？l2.2.怎样估计地基承载力的安全系数？怎样估计地基承载力的安全系数？l3.3.怎样校核地基承载力的地方经验？怎样校核地基承载力的地方经验？l4.土的自重压力对承载力有什么影响？土的自重压力对承载力有什么影响？l5.基础的宽度该怎么取？基础的宽度该怎么取？l6.基础的埋置深度该怎么取？基础的埋置深度该怎么取？l7.怎样验算软弱下卧层强度？怎样验算软弱下卧层强度？l8.弯矩计算公式为什么不同？弯矩计算公式为什么不同？1.地基承载力与土的地基承载力与土的抗剪强度指标存在什么关系？抗剪强度指标存在什么关系？l地基承载力怎么与基础宽度、埋置深度无关地基承载力怎么与基础宽度、埋置深度无关了？了？l在建筑地基基础设计规范在建筑地基基础设计规范GB50007-2002GB50007-2002的表的表5.2.5 5.2.5 中，可以按不同的内摩擦角标准中，可以按不同的内摩擦角标准值查到地基承载力系数，内摩擦角的数值从值查到地基承载力系数，内摩擦角的数值从0 04040。l但根据规范但根据规范4.2.44.2.4条的规定，土的抗剪强条的规定，土的抗剪强度指标的试验应采用三轴不固结不排水度指标的试验应采用三轴不固结不排水剪试验，试验得到的内摩擦角接近于零。剪试验，试验得到的内摩擦角接近于零。计算得到的地基承载力特征值与基础的计算得到的地基承载力特征值与基础的宽度、埋置深度都没有关系，规范的这宽度、埋置深度都没有关系，规范的这两部分规定是否存在矛盾，为什么会产两部分规定是否存在矛盾，为什么会产生这样的矛盾？生这样的矛盾？l这这位位网网友友确确实实发发现现了了这这本本规规范范在在逻逻辑辑上上的的矛矛盾盾，这这本本规规范范的的以以往往版版本本中中，不不存存在在这这样样的的逻逻辑辑矛矛盾盾，但但在在20022002版版的的建建造造地地基基基基础础设设计计规规范范中中却却出出现现了了这这个个问问题题。为为什什么么会会产产生生这这样样的的矛矛盾盾，这这是是由由 于于 建建 筑筑 地地 基基 基基 础础 设设 计计 规规 范范 GB50007-2002GB50007-2002不不区区分分土土类类，不不区区分分排排水水条条件件，一一概概都都采采用用不不固固结结不不排排水水试试验验的的缘故。缘故。l建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007-GB50007-20022002条条文文说说明明第第4.2.44.2.4条条是是这这样样解解释释为为什什么么要要规规定定采采用用不不固固结结不不排排水水剪剪试试验验的的理理由由的的：“鉴鉴于于多多数数工工程程施施工工速速度度快快，较较接接近近于于不不固固结结不不排排水水条条件件故故本本规规范范推推荐荐UUUU试试验验。而而且且，用用UUUU试试验验成成果果计计算算，一一般般比比较较安安全全。”11这这说说明明了了20022002版版规规范范对对土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标取取值值的的基基本本观观点点，但但从从这这个个基基本本观观点点出出发发，所所得得到到的的结结果果是什么呢？是什么呢？l三三轴轴不不固固结结不不排排水水剪剪试试验验得得到到的的内内摩摩擦擦角角接接近近于于零零，按按内内摩摩擦擦角角等等于于零零查查规规范范的的表表5.2.5，差差得得承承载载力力系系数数为为Mb0,Md=1.0,Mc=3.14，代代入入公公式式（5.2.5）求求得得的的地地基基承承载载力力的的大大小小与与基基础础的的宽宽度度和和埋埋置置深深度度都都没没有有任任何何关关系系，这这是是根根据据20022002版版建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范特特有有的规定所得到的结果。的规定所得到的结果。l但但从从这这本本规规范范的的表表5.2.45.2.4中中，我我们们看看到到，许许多多土土类类都都可可以以查查到到比比较较大大的的宽宽度度修修正正系系数数和和深深度度修修正正系系数数，可可以以计计算算得得到到地地基基承承载载力力随随基基础础宽宽度度、埋埋置置深深度度的的增增大大而而提提高高的的结结果果，这这是是建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范历历次次版版本本所所共共有有的的规规定定所所得得到到的结果。的结果。l也也许许有有的的网网友友会会这这样样解解释释，表表中中的的淤淤泥泥和和淤淤泥泥质质土土的的宽宽度度修修正正系系数数为为零零，深深度度修修正正系系数数为为1.01.0，不不是是和和按按试试验验结结果果得得到到的系数一样吗？的系数一样吗？l这这并并没没有有错错，但但还还有有不不少少的的土土类类，这这两两个个系系数数都都是是比比较较大大的的。对对于于这这些些土土类类，如如何何用用规规范范的的地地基基承承载载力力公公式式计计算算呢呢？按按照照第第4.2.44.2.4条条的的规规定定，没没有有区区分分土土类类，没没有有区区分分排排水水条条件件，如如果果都都采采用用不不固固结结不不排排水水剪剪试试验验，即即使使是是砂砂土土，也也得得到到接接近近于于零零的的内内摩摩擦擦角角。按按照照这这样样的的试试验验结结果果只只能能得得到到Mb0,Md=1.0,Mc=3.14的的承承载载力力系系数数，计计算算的的结结果果与与基基础础宽宽度度及及基基础埋置深度都没有什么关系。础埋置深度都没有什么关系。2.2.怎样估计地基承载力的怎样估计地基承载力的安全系数？安全系数？l在在高高层层建建筑筑岩岩土土工工程程勘勘察察规规程程JGJ72JGJ7220042004的的附附录录A A给给出出了了天天然然地地基基极极限限承承载载力力公公式式，而而在在建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007-2002GB50007-2002中中给给出出了了地地基基承承载载力力特特征征值值的的计计算算公公式式，我我的的问问题题是是对对于于同同样样的的土土，采采用用这这两两个个公公式式计计算算的的结结果果的的比比值是否就是安全系数？值是否就是安全系数？l从从原原理理上上说说，极极限限承承载载力力除除以以安安全全系系数数就就是是地地基基承承载载力力特特征征值值，或或者者说说，用用同同一一土土层层的的强强度度指指标标，分分别别计计算算得得到到的的极极限限承承载载力力除除以以地地基基承承载载力力特特征征值值，就就是是取用这个容许承载力的计算安全系数。取用这个容许承载力的计算安全系数。l下下面面用用计计算算的的方方法法进进行行校校核核，土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标为为：固固结结不不排排水水剪剪内内摩摩擦擦角角 1818 ，黏黏聚聚力力c c20kPa 20kPa；不不固固结结不不排排水水剪剪强强度度c cu u55kPa55kPa；土土体体的的重重度度 1818kN/mkN/m3 3，如如果果条条形形基基础础宽宽度度b b3m3m，埋埋置置深深度度d d2m2m，分分别别用用高高层层建建筑筑岩岩土土工工程程勘勘察察规规程程JGJ72JGJ7220042004的的附附录录A A的的公公式式和和建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007-GB50007-20022002的公式计算地基承载力。的公式计算地基承载力。l用用高高层层建建筑筑岩岩土土工工程程勘勘察察规规程程JGJ722004的的附附录录A的的公公式式计计算算，查查表表得得承承载载力力系系数数N 4.07，Nq5.26，Nc13.1，条条形形基基础础的的形形状状系系数数均均为为1.0,则则地地基基极极限限承载力的计算结果为：承载力的计算结果为：2l用建筑地基基础设计规范用建筑地基基础设计规范GB50007-2002的公式计算，查表得承载力系数的公式计算，查表得承载力系数Mb0.41，Md2.72，Mc5.31，则地基承载力则地基承载力特征值的计算结果为：特征值的计算结果为：l计算的安全系数计算的安全系数K2.48。l如如果果用用不不固固结结不不排排水水强强度度计计算算，极极限限承承载载力力为为756.5kPa，地地基基承承载载力力特特征征值值为为208.7kPa，则则计计算算的的安安全全系系数数为为K3.62。3.怎样校核地基承载力的怎样校核地基承载力的地方经验？地方经验？l我是上海地区的，请问我是上海地区的，请问建筑地基基础建筑地基基础设计规范设计规范GB50007-2002GB50007-2002的地基承载力的地基承载力特征值的计算公式在上海是否适用？特征值的计算公式在上海是否适用？l国家标准的地基承载力计算公式在原则国家标准的地基承载力计算公式在原则上应当适用于全国各地。但如果地区已上应当适用于全国各地。但如果地区已有地方规范，应该进行必要的试算比较，有地方规范，应该进行必要的试算比较，以确定是否符合地方经验。在比较计算以确定是否符合地方经验。在比较计算时，要注意计算公式和抗剪强度指标试时，要注意计算公式和抗剪强度指标试验方法的配套使用。验方法的配套使用。上海两个土层的土工试验资料上海两个土层的土工试验资料l表给出了上海地区两个土层的土工试验表给出了上海地区两个土层的土工试验资料。如作用于基础顶面由恒载产生的资料。如作用于基础顶面由恒载产生的竖向力标准值竖向力标准值120kN/m，由可变荷载产，由可变荷载产生的竖向力标准值生的竖向力标准值30kN/m，持力层为第，持力层为第层土，条形基础的埋置深度层土，条形基础的埋置深度1.0m。l分别按照国家标准和地方标准的规定进分别按照国家标准和地方标准的规定进行地基承载力的计算，由于这两本标准行地基承载力的计算，由于这两本标准所采用的设计原则不同，国家标准采用所采用的设计原则不同，国家标准采用容许承载力，上海规范采用极限承载力，容许承载力，上海规范采用极限承载力，因此不能直接比较计算得到的地基承载因此不能直接比较计算得到的地基承载力值，而用相同的荷载标准值，比较计力值，而用相同的荷载标准值，比较计算得到的基础宽度。算得到的基础宽度。l根据根据建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002的规定，土的抗剪强度指的规定，土的抗剪强度指标采用不固结不排水剪试验结果，按标采用不固结不排水剪试验结果，按建建筑地基基础设计规范筑地基基础设计规范5.2.5条计算，得地条计算，得地基承载力特征值：基承载力特征值：lfa=18 1.0 1.0+3.1455=190.7kPa；l按按建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范式（式（5.2.1-1）计算，荷载标准组合的竖向力为）计算，荷载标准组合的竖向力为Nk150kN，则基础宽度由下式计算：，则基础宽度由下式计算：l根据上海地基基础设计规范式（根据上海地基基础设计规范式（4.2.3-1）计算，得地基承载力设计值：计算，得地基承载力设计值：3lfd=1.14(0.5 8 1.5 0.39+18 1.0 2.5+8.35 7)=120.2kPa；l按上海地基基础设计规范式（按上海地基基础设计规范式（4.2.1-1）计）计算，竖向力的设计值为：算，竖向力的设计值为：l为了比较，还按为了比较，还按1989年的上海地基基础年的上海地基基础设计规范进行了对比计算，这个版本的设计规范进行了对比计算，这个版本的规范采用临塑荷载公式地基承载力计算：规范采用临塑荷载公式地基承载力计算：l地基容许承载力地基容许承载力p0=0.23 8 1.5+1.99 18 1.0+4.49 14l=98.68kPal得基础宽度为：得基础宽度为：分析意见分析意见l在相同的工程条件、相同的地基条件下，在相同的工程条件、相同的地基条件下，用用建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定的抗规定的抗剪强度指标的试验方法和计算公式求得剪强度指标的试验方法和计算公式求得的地基承载力特征值，过高地估计了上的地基承载力特征值，过高地估计了上海软土的地基承载力，验算得到的基础海软土的地基承载力，验算得到的基础宽度仅为用上海地基规范公式计算结果宽度仅为用上海地基规范公式计算结果的一半，不符合上海几十年积累的工程的一半，不符合上海几十年积累的工程经验。经验。l说明如在上海地区强制采用全国规范的说明如在上海地区强制采用全国规范的方法，将是非常危险的。由于各地的地方法，将是非常危险的。由于各地的地质条件和工程经验不同，其实作为全国质条件和工程经验不同，其实作为全国性的规范，不可能也不需要规定得如此性的规范，不可能也不需要规定得如此的具体。如果要作非常具体的规定，必的具体。如果要作非常具体的规定，必须进行各种情况的对比计算分析，有足须进行各种情况的对比计算分析，有足够的把握可以控制得住，才能在规范中够的把握可以控制得住，才能在规范中具体规定。具体规定。l上面的对比计算所用的抗剪强度指标是上面的对比计算所用的抗剪强度指标是不同的，还不能完全说明这些计算公式不同的，还不能完全说明这些计算公式之间的差别，能否对上海规范的公式用之间的差别，能否对上海规范的公式用不固结不排水强度计算，而对全国规范不固结不排水强度计算，而对全国规范的公式能否用固结快剪指标计算？如果的公式能否用固结快剪指标计算？如果可以计算，则其对比计算的结果又如何可以计算，则其对比计算的结果又如何？l地基承载力可以选用不同的公式进行计算，地基承载力可以选用不同的公式进行计算，可以用极限承载力公式，也可以用界限荷可以用极限承载力公式，也可以用界限荷载公式。在界限荷载公式中，可以选用临载公式。在界限荷载公式中，可以选用临塑荷载公式，也可以选用塑荷载公式，也可以选用p1/4公式。但问公式。但问题不完全在于选用什么公式，更重要的是题不完全在于选用什么公式，更重要的是要与抗剪强度指标的选择配套使用。要与抗剪强度指标的选择配套使用。l下面用临塑荷载公式和下面用临塑荷载公式和p p1/41/4公式（也就是公式（也就是建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-GB50007-20022002的地基承载力公式）的计算结果与的地基承载力公式）的计算结果与上海上海地基基础设计规范地基基础设计规范（DGJ08-11-DGJ08-11-19991999）的极限承载力公式计算的结果进）的极限承载力公式计算的结果进行比较，指标分别采用三轴不固结不排行比较，指标分别采用三轴不固结不排水剪指标和直剪固结快剪指标。水剪指标和直剪固结快剪指标。l由于这由于这3个公式的性质不同计算得到的地个公式的性质不同计算得到的地基承载力的性质也不相同，因此也不能基承载力的性质也不相同，因此也不能进行承载力数值的直接比较，因此采用进行承载力数值的直接比较，因此采用在相同假定计算条件下的基础宽度进行在相同假定计算条件下的基础宽度进行比较。比较。l假定的计算条件为：持力层为第假定的计算条件为：持力层为第层土，层土，条形基础的埋置深度条形基础的埋置深度1.0m，作用于基础，作用于基础顶面由恒载产生的竖向力标准值顶面由恒载产生的竖向力标准值120kN/m，由可变荷载产生的竖向力标，由可变荷载产生的竖向力标准值准值30kN/m。用上海用上海地基基础设计规范地基基础设计规范的的极限承载力公式进行计算极限承载力公式进行计算l1)用直剪固结快剪指标用直剪固结快剪指标l按上海地基基础设计规范式（按上海地基基础设计规范式（4.2.3-1）计）计算，得地基承载力设计值：算，得地基承载力设计值：lfd=1.14(0.5 8 1.5 0.39+18 1.0 2.5+8.35 7)=120.2kPa；l按上海按上海地基基础设计规范地基基础设计规范式（式（4.2.1-1）计算，竖向力的设计值为：）计算，竖向力的设计值为：l则求得基础的宽度为；则求得基础的宽度为；l2)用三轴不固结不排水剪指标用三轴不固结不排水剪指标l按上海地基基础设计规范式（按上海地基基础设计规范式（4.2.3-1）计算，得地基承载力设计值：计算，得地基承载力设计值：l则求得基础的宽度为：则求得基础的宽度为：l用临塑荷载公式计算用临塑荷载公式计算l1)用直剪固结快剪指标用直剪固结快剪指标l根据上海的工程经验，对直剪固快指标根据上海的工程经验，对直剪固快指标打打7折计算。折计算。l地基容许承载力地基容许承载力p0=2.01 18 1.0+4.51 14=99.32kPal则求得基础宽度为：则求得基础宽度为：l如不打如不打7折，则用峰值强度指标计算折，则用峰值强度指标计算的结果为：的结果为：l地基容许承载力地基容许承载力p0=2.72 18 1.0+5.31 20=155.16kPal基础的宽度为：基础的宽度为：l2)用三轴不固结不排水剪指标用三轴不固结不排水剪指标l根据上海的工程经验，对抗剪强度指标根据上海的工程经验，对抗剪强度指标打打7折计算。折计算。l地基容许承载力地基容许承载力p0=1.0 18 1.0+3.14 55 0.7l=138.89kPal则求得基础的宽度为：则求得基础的宽度为：l如不打如不打7折，则用峰值强度指标计算的结折，则用峰值强度指标计算的结果为：果为：l地基容许承载力地基容许承载力p0=1.0 18 1.0+3.14 55=190.7kPal用用p1/4公式计算公式计算l1)用直剪固结快剪指标用直剪固结快剪指标l根据上海地区的工程经验，对抗剪强度根据上海地区的工程经验，对抗剪强度指标的峰值打指标的峰值打7折后计算：折后计算：l地基容许承载力地基容许承载力p1/4=0.25 8 1.5+2.01 18 1.0+4.51 14=102.32kPal则基础宽度为：则基础宽度为：l如抗剪强度指标不打如抗剪强度指标不打7折，则用峰值强度折，则用峰值强度指标计算的结果为：指标计算的结果为：l地基容许承载力地基容许承载力p1/4=0.43 8 1.5+2.72 18 1.0+5.31 20=160.32kPal则基础宽度为：则基础宽度为：l2)用三轴不固结不排水剪指标用三轴不固结不排水剪指标l根据上海地区的工程经验，对抗剪强度根据上海地区的工程经验，对抗剪强度指标的峰值打指标的峰值打7折后计算的结果为：折后计算的结果为：l p1/4=18 1.0 1.0+3.14 55 0.7=138.89kPal则求得基础的宽度为：则求得基础的宽度为：l如抗剪强度指标不打如抗剪强度指标不打7折，则用峰值强度折，则用峰值强度指标计算的结果为：指标计算的结果为：lp1/4=18 1.0 1.0+3.14 55=190.7kPa；l则基础宽度为：则基础宽度为：分析和讨论分析和讨论l从表列计算数据可以看出，各种不同的计从表列计算数据可以看出，各种不同的计算公式、不同的抗剪强度试验方法和不同算公式、不同的抗剪强度试验方法和不同的指标处理方法，计算得到的地基承载力的指标处理方法，计算得到的地基承载力可能会有一定的出入，分析这些差别以及可能会有一定的出入，分析这些差别以及引起差别的原因，可以深刻地理解计算公引起差别的原因，可以深刻地理解计算公式和抗剪强度指标之间匹配的重要性。式和抗剪强度指标之间匹配的重要性。l从对比计算的结果可以得出如下几点认识：从对比计算的结果可以得出如下几点认识：l根据上海地区几十年的工程经验，用直根据上海地区几十年的工程经验，用直剪固快指标峰值打剪固快指标峰值打7折的抗剪强度进行计折的抗剪强度进行计算，不论采用什么公式，得到的基础宽算，不论采用什么公式，得到的基础宽度是非常接近的。这是因为在编制上海度是非常接近的。这是因为在编制上海地基基础设计规范地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）时将安全水准控制在与）时将安全水准控制在与1989年版年版本的规范相同的水平，而原有规范用的本的规范相同的水平，而原有规范用的就是临塑荷载公式。就是临塑荷载公式。l但如果采用三轴不固结不排水指标计算，但如果采用三轴不固结不排水指标计算，即使指标打了即使指标打了7折，用极限承载力公式计折，用极限承载力公式计算的结果和用界限荷载公式计算的结果算的结果和用界限荷载公式计算的结果有比较大的差别。但这并不表明在上海有比较大的差别。但这并不表明在上海地区就一定不能使用三轴不固结不排水地区就一定不能使用三轴不固结不排水强度指标计算地基承载力。强度指标计算地基承载力。l问题是在上海问题是在上海地基基础设计规范地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）编制时还没有对三轴）编制时还没有对三轴不固结不排水指标进行过系统的校核工不固结不排水指标进行过系统的校核工作，因此出现了比较大的差别，说明至作，因此出现了比较大的差别，说明至少目前在上海地区尚不能用三轴不固结少目前在上海地区尚不能用三轴不固结不排水指标计算地基承载力。不排水指标计算地基承载力。l比较用不同方法处理的指标进行计算得比较用不同方法处理的指标进行计算得到的基础宽度值可以发现，用峰值计算到的基础宽度值可以发现，用峰值计算的宽度比用打的宽度比用打7折指标计算的宽度减少了折指标计算的宽度减少了3040，但在上海地区尚缺乏使用这，但在上海地区尚缺乏使用这种方法的经验，对其安全度没有确切的种方法的经验，对其安全度没有确切的把握，可能是比较冒险的。将全国其他把握，可能是比较冒险的。将全国其他地区的经验用到上海地区时应充分注意地区的经验用到上海地区时应充分注意地方已有的工程经验，不然可能会导致地方已有的工程经验，不然可能会导致工程事故。工程事故。4.土的自重压力对承载力土的自重压力对承载力有什么影响？有什么影响？.l4.1 4.1 在用地基承载力公式计算承载力时在用地基承载力公式计算承载力时需要考虑土的自重压力的影响，对地基需要考虑土的自重压力的影响，对地基承载力进行深宽修正时也要考虑土的自承载力进行深宽修正时也要考虑土的自重压力的影响，压缩软弱下卧层时还需重压力的影响，压缩软弱下卧层时还需要考虑土的自重压力的影响。但为什么要考虑土的自重压力的影响。但为什么自重压力力的计算结果会不同呢？自重压力力的计算结果会不同呢？l1 1、计算时垫层底部的自重应力是按原土的、计算时垫层底部的自重应力是按原土的容重计算呢还是垫层以上按原土的容重，容重计算呢还是垫层以上按原土的容重，垫层部分按垫土的容重计算？垫层部分按垫土的容重计算？l2 2、垫层下的软土层承载力修正时，深度修、垫层下的软土层承载力修正时，深度修正的容重也是按原土容重计算呢还是原土正的容重也是按原土容重计算呢还是原土与垫土的平均容重计算呢？与垫土的平均容重计算呢？l3 3 、不同的参考书有不同的计算，虽然最、不同的参考书有不同的计算，虽然最后后P Pz z+P Pczcz是相同的，但是相同的，但f fa a的数值却有差别。的数值却有差别。l对于土的自重应力，过去曾经有个术语还对于土的自重应力，过去曾经有个术语还是很能表达物理意义的，上个世纪是很能表达物理意义的，上个世纪50年代年代在陈梁生先生的土力学中称为在陈梁生先生的土力学中称为“常驻应力常驻应力”，即在施工以前就已经长期存在的应力，即在施工以前就已经长期存在的应力，附加应力就是总应力减去常驻应力，即与附加应力就是总应力减去常驻应力，即与施工前的应力状态比较，应力的增量。施工前的应力状态比较，应力的增量。l即使在施工（筑垫层）以后，垫层两侧的即使在施工（筑垫层）以后，垫层两侧的土层还是没有改变，对垫层以下土层的承土层还是没有改变，对垫层以下土层的承载力起超载作用的还是两侧的天然土层。载力起超载作用的还是两侧的天然土层。l因此，无论从计算附加应力还是承载力因此，无论从计算附加应力还是承载力的深度修正，都应该用原来土层的重度的深度修正，都应该用原来土层的重度计算。这些都是最基本的物理概念，并计算。这些都是最基本的物理概念，并不是经验处理。不是经验处理。l你对各种参考书上的不同计算方法，就你对各种参考书上的不同计算方法，就可以用这个概念分析孰是孰非。说起考可以用这个概念分析孰是孰非。说起考试，就是要考这种最基本的力学概念。试，就是要考这种最基本的力学概念。l4.2 4.2 在实际工作中，常常会遇到在实际工作中，常常会遇到5m5m以下、以下、甚至甚至10m10m以下的土层，需要采用以下的土层，需要采用c c、值值按公式按公式 计算承载力特征值，但不知基础计算承载力特征值，但不知基础宽度宽度b b及埋深及埋深d d如何取值？这时，有人提如何取值？这时，有人提出：公式出：公式 ,当基础宽度及埋深分别为当基础宽度及埋深分别为3m3m、0.5m0.5m时，时，f fa a=f fakak。就可以用公式。就可以用公式 并选并选取取b b=3m,=3m,d d=0.5m=0.5m计算，所得的值便是某计算，所得