岩土工程评价与设计讲座之一下0.ppt
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1、岩土工程评价与设计讲座之一下0 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。有生命必有希望五五.勘察报告中的岩土工程评价勘察报告中的岩土工程评价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
2、目的究竟是什么,怎样看待均匀性问题和怎样评价地基的怎样看待均匀性问题和怎样评价地基的均匀性。均匀性。1.地基承载力评价地基承载力评价l勘勘察察报报告告提提供供的的地地基基承承载载力力特特征征值值仅仅是是强强度度参参数数还还是是同同时时满满足足强强度度与与变变形形要要求求的的综综合合参参数数?用用承承载载力力公公式式确确定定的的地地基基承承载载力力是否必须验算沉降?是否必须验算沉降?l很很多多勘勘察察单单位位直直接接把把地地基基承承载载力力标标准准值值变变为为地地基基承承载载力力特特征征值值。因因8989规规范范与与20022002规规范范上上部部结结构构荷荷载载组组合合不不同同,导导致致计计算
3、算出出的的基基础础底底面面积积明明显显减减少少,对对此此很很多多结结构构设设计计人员提出疑问。人员提出疑问。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
4、。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
5、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
6、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,都是从硬壳层的强度得到的承载力,用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指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标,载荷试验试验反映的也就是23m厚厚的硬壳层的承载力。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
7、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,即在建
8、筑物体型复杂,层高变化大时,即使用了很低的承载力,建筑物也还是有使用了很低的承载力,建筑物也还是有可能开裂的。在本书可能开裂的。在本书1.6节中详细地介绍节中详细地介绍了一些案例,虽然建筑物的层数不多,了一些案例,虽然建筑物的层数不多,基底压力也并不高,但由于各种因素的基底压力也并不高,但由于各种因素的影响,建筑物还是墙面开裂,严重地损影响,建筑物还是墙面开裂,严重地损坏了。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
9、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10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
10、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,上版规范时,上部结构设计还没有采用概率极限状态设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,地基容计方法,荷载采用的是标准值,地基容许承载力用许承载力用p1/4公式计算或查地基承载力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法。表,设计方法是十分标准的容许应力法。l但在编制但在编制89版规
11、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
12、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
13、规范比较,将本规范比较,将本来高了一点的安全度拉了下来,不必有来高了一点的安全度拉了下来,不必有疑问,很正常。疑问,很正常。用承载力公式确定的地基承载力用承载力公式确定的地基承载力为什么必须验算沉降?为什么必须验算沉降?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
14、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
15、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GB5007-2002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,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
16、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
17、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
18、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。承载力公式与经验关系的比较承载力公式与经验关系的比较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用地基承载力承载力公
19、式计算的方法,用地基承载力承载力公式计算的方法,比较具体地反映了工程场地土体抗剪强比较具体地反映了工程场地土体抗剪强度指标对地基承载力的影响、也反映了度指标对地基承载力的影响、也反映了地下水的影响,一般计算的结果比经验地下水的影响,一般计算的结果比经验公式的结果可能比较大一些,要满足沉公式的结果可能比较大一些,要满足沉降验算的要求。对抗剪强度试验的要求降验算的要求。对抗剪强度试验的要求比较高,指标的取值对承载力的计算结比较高,指标的取值对承载力的计算结果的影响比较大。果的影响比较大。l用经验方法确定地基承载力,都是建立用经验方法确定地基承载力,都是建立在载荷试验基础上积累的经验,但所涵在载荷试
20、验基础上积累的经验,但所涵盖的范围比较大,经验的成熟程度、当盖的范围比较大,经验的成熟程度、当地验证的程度、取值的可靠性可能存在地验证的程度、取值的可靠性可能存在比较大的差别,不能一概而论,要具体比较大的差别,不能一概而论,要具体分析。分析。l如果当地经验经过工程验证,比较成熟如果当地经验经过工程验证,比较成熟可靠,那么可能比公式计算要好把握一可靠,那么可能比公式计算要好把握一些。但对于笼统地所谓地区经验,没有些。但对于笼统地所谓地区经验,没有验证的工程,那需要慎重对待。验证的工程,那需要慎重对待。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?
21、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征值取值依据?征值取值依据?l我国规范品种繁多,使人眼花缭乱,这我国规范品种繁多,使人眼花缭乱,这本规范并非都是为高层建筑而编制的,本规范并非都是为高层建筑而编制的,有些是针对高层建筑规定的,有些具有有些是针对高层建筑规定的,有些具有普遍适用的意义,需要具体分析,例如普遍适用的意义,需要具体分析,例如地基极限承载力公式就并不仅适用于高地基极限承载力公式就并不仅适用于高层建筑。层建筑。国外是否也是分层提供地基承载力的?国外是否也是分层提供地基承载力的?l现在的勘察报告是按不同深度的土层分现在的勘
22、察报告是按不同深度的土层分层提供地基承载力,其实质是基本条件层提供地基承载力,其实质是基本条件(小压板,无埋深或假定为标准条基)(小压板,无埋深或假定为标准条基)下的地基承载力。我的问题是下的地基承载力。我的问题是国外是国外是否也是这样做;否也是这样做;一般我们是把深层土一般我们是把深层土假想为在地面处提供地基承载力,看了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基浅基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础础承载力公式,多未讲天然地基深基础承载力公式。承载力公式。在在国国外外的的土土力力学学著著作作中中,包包括括前前苏苏联联,对对浅浅基基础础和
23、和深深基基础础的的承承载载力力问问题题都都是是分分别别讨讨论论的的,概概念念非非常常清清楚楚,不不可可能能用用浅浅基基础础的的地地基基承承载载力力公公式式去去计计算深层土的地基承载力问题。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的破坏特深基础与浅
24、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。”郑郑大大同同教教授授在在地地基基极极限限承承载载力力的的计计算算一一书书中中论论述述了了梅梅耶耶霍霍夫夫对对深深基基础础地地基基承承载载力力的的贡贡献献:“50年年代代,梅梅耶耶霍霍夫夫进进一一步步考考虑虑了了基基础础底底面面以以上上,土土体体发发生生抗抗剪剪强强度度的的影影响响,从从而而提提出出
25、了了浅浅基基础础和和深深基基础础的的极极限限承承载载力力公公式式。”“梅梅耶耶霍霍夫夫在在1951年年曾曾经经指指出出,地地基基承承载载力力取取决决于于地地基基土土的的物物理理力力学学性性质质(密密度度、抗抗剪剪强强度度和和变变形形性性质质),取取决决于于地地基基中中的的原原始始应应力力和和地地下下水水的的情情况况,取取决决于于基基础础的的物物理理性性质质(基基础础尺尺寸寸、埋埋置置深深度度和和基基底底的的粗粗糙糙程度),而且也取决于建造基础的方法。程度),而且也取决于建造基础的方法。”但但在在工工程程勘勘察察工工作作中中,不不知知从从什什么么时时候候开开始始,要要求求按按不不同同深深度度的的
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