【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 規(guī)定，巖土工程的承載力極限狀態(tài)可以具體區(qū)分為下面 5種承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。l 1） 結(jié)構(gòu)物或巖土體作為剛體失去平衡，在這種極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)材料和巖土的強(qiáng)度對(duì)抗力是不重要的，這種極限狀態(tài)簡(jiǎn)稱為 EQU。l 2）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)部破壞或過大變形，包括基礎(chǔ)、樁和地下室側(cè)墻等，在這種極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度對(duì)抗力是至關(guān)重要的，這種極限狀態(tài)簡(jiǎn)稱為 STR。 l 3）巖土體的破壞或過大的變形，在這種極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，巖土的強(qiáng)度對(duì)抗力是至關(guān)重要的，這種極限狀態(tài)簡(jiǎn)稱為GEO。l 4）由于水的浮力或其他豎向力引起結(jié)構(gòu)物或巖土體平衡的喪失，這種極限狀態(tài)簡(jiǎn)稱為 UPL。l 5） 由于水力梯度所引起的巖土體隆起、沖刷或管涌，這種極限狀態(tài)簡(jiǎn)稱為HYD。l 根據(jù)我國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和歐洲規(guī)范的條文， “地基喪失承載力而破壞 ”或 “巖土體的破壞或過大的變形 ”都是承載力極限狀態(tài)的一種。因此，地基承載力計(jì)算，按其性質(zhì)來說，應(yīng)該取用承載力極限狀態(tài)的基本組合。但由于 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 所提供的地基承載力按其性質(zhì)是地基容許承載力，在設(shè)計(jì)表達(dá)式中不直接出現(xiàn)安全系數(shù)，不具備使用荷載設(shè)計(jì)值的條件，只能取用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，這是由所采用的設(shè)計(jì)方法決定的。？到底有幾種設(shè)計(jì)方法？l 請(qǐng)問分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方法是否就是多系數(shù)設(shè)計(jì)方法？和總安全系數(shù)法有什么區(qū)別？ 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 GB500072023所采用的究竟是什么設(shè)計(jì)方法？這種設(shè)計(jì)方法與極限狀態(tài)設(shè)計(jì)又有什么關(guān)系？l 定值法：l 容許應(yīng)力法l 總安全系數(shù)法（單一安全系數(shù)法）l 多系數(shù)法（均質(zhì)系數(shù)、超載系數(shù)）l 概率法：l 分項(xiàng)系數(shù)法（近似概率法）l 全概率法l 極限狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為極限狀態(tài)方程，極限狀態(tài)方程是當(dāng)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)時(shí)各有關(guān)基本變量的關(guān)系式?；咀兞渴侵赣绊懡Y(jié)構(gòu)可靠度的各種物理量，它包括：引起結(jié)構(gòu)作用效應(yīng) S（內(nèi)力等）的各種作用和環(huán)境影響，如恒荷載、活荷載、地震、溫度變化等；構(gòu)成結(jié)構(gòu)抗力 R（強(qiáng)度等）的各種因素，如材料和巖土的性能、幾何參數(shù)等。分析結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)，也可將作用效應(yīng)或結(jié)構(gòu)抗力作為綜合的基本變量考慮。l 如令 R為抗力函數(shù)； S為作用函數(shù)，則極限狀態(tài)方程可表達(dá)為：l 抗力與作用之比稱為安全系數(shù) K＝ R/S，兩者之差稱為安全儲(chǔ)備：l 這是兩種不同的安全度控制的方法，即安全系數(shù)控制方法和失效概率（或可靠指標(biāo)） 控制方法。 l 失效概率定義為安全儲(chǔ)備等于零的概率，即 pf＝ p（ z＝ 0）l 采用允許應(yīng)力法的設(shè)計(jì)表達(dá)式描述工作狀態(tài)的作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)的關(guān)系，作用效應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合，抗力效應(yīng)以容許值（包括試驗(yàn)曲線的某種特征點(diǎn)，或理論公式的計(jì)算結(jié)果）表示，其安全度是隱含的，并不出現(xiàn)在設(shè)計(jì)表達(dá)式中。在允許應(yīng)力法計(jì)算中，不使用安全系數(shù)或分項(xiàng)系數(shù)。l 采用總安全系數(shù)設(shè)計(jì)法的表達(dá)式描述的是極限狀態(tài)的作用與抗力的平衡關(guān)系。其中，抗力效應(yīng)是極限值，包括試驗(yàn)曲線上的極限臨界值，或根據(jù)極限理論計(jì)算的結(jié)果，作用效應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)組合。在設(shè)計(jì)表達(dá)式中，總安全系數(shù)出現(xiàn)在抗力項(xiàng)的分母中，當(dāng)然也可以理解為乘以作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值再與抗力的極限值相平衡。l 采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)法的表達(dá)式描述極限狀態(tài)下設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值與作用效應(yīng)的設(shè)計(jì)值的平衡關(guān)系。設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的失效概率是最大的，因此用驗(yàn)算點(diǎn)的坐標(biāo)（即設(shè)計(jì)值）來控制設(shè)計(jì)。l 我國現(xiàn)行規(guī)范的主體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法主要采用分項(xiàng)系數(shù)法，而現(xiàn)行規(guī)范的巖土工程設(shè)計(jì)原則大多是多種設(shè)計(jì)方法并用。l 這 種 現(xiàn) 狀就使 設(shè)計(jì) 工作復(fù) 雜 化了，不弄清楚 這 些 問題 ，很容易出 現(xiàn)錯(cuò)誤 。《《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》》 l 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 采用了多種設(shè)計(jì)方法。l 地基承載力設(shè)計(jì)采用容許承載力法，即工作狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。l 地基穩(wěn)定性計(jì)算采用總安全系數(shù)法 ,設(shè)計(jì)表達(dá)式（ 135）即為該規(guī)范的式（ ）： l 巖石錨桿抗拔承載力驗(yàn)算采用允許應(yīng)力法 l 式中的 f值為水泥砂漿或混凝土與巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度特征值，即容許粘結(jié)強(qiáng)度值。l 第 6章?lián)跬翂Ψ€(wěn)定性驗(yàn)算采用總安全系數(shù)法 l 第 8章基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算采用分項(xiàng)系數(shù)法，所有的設(shè)計(jì)表達(dá)式中，作用均為基底的凈反力或由凈反力產(chǎn)生的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力，強(qiáng)度均為混凝土材料的相應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。不同設(shè)計(jì)方法所帶來的問題不同設(shè)計(jì)方法所帶來的問題 ?l 地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)無論在使用功能、荷載傳遞或者建筑施工等方面都是不可分割的一個(gè)整體。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從上部結(jié)構(gòu)到地基基礎(chǔ)，逐步傳遞荷載，始終保持各部分構(gòu)件的靜力平衡和滿足強(qiáng)度變形的要求。l 由于技術(shù)發(fā)展的側(cè)重面不同，上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法處于不同的發(fā)展階段。上部結(jié)構(gòu)比較早地開始實(shí)行了向概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的過渡，而地基基礎(chǔ)則仍處于總安全系數(shù)設(shè)計(jì)階段（例如樁基設(shè)計(jì)、擋土墻設(shè)計(jì)），甚至有些部分尚停留在容許應(yīng)力設(shè)計(jì)階段（例如地基承載力設(shè)計(jì)）。l 目前由于上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則的不統(tǒng)一，各種規(guī)范執(zhí)行不同的荷載規(guī)定，設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值混用；不同規(guī)范按不同的安全度標(biāo)準(zhǔn)建立評(píng)價(jià)體系，給設(shè)計(jì)人員帶來太多的麻煩，造成很多誤解。其結(jié)果是要么可能造成浪費(fèi)，要么可能造成潛在的危險(xiǎn)。l 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算承載力時(shí)，荷載統(tǒng)一地采用設(shè)計(jì)值，抗力采用材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，沒有任何的懸念。l 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，驗(yàn)算地基承載力問題時(shí)，由于地基承載力采用的是容許值，要求荷載取值，即基底壓力必須采用標(biāo)準(zhǔn)值。但驗(yàn)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，由于材料強(qiáng)度用的是設(shè)計(jì)值，荷載取值必須也采用設(shè)計(jì)值與之匹配。l 單樁承載力驗(yàn)算時(shí)，對(duì)于驗(yàn)算由地基土對(duì)樁的支承所構(gòu)成的承載力，與之相應(yīng)的軸力是標(biāo)準(zhǔn)值，但由樁身強(qiáng)度構(gòu)成的承載力驗(yàn)算時(shí)必須用軸力的設(shè)計(jì)值。因此計(jì)算時(shí)必須注意區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值的不同取值和不同的適用條件。l 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，確定淺基礎(chǔ)的平面尺寸、樁數(shù)等地基設(shè)計(jì)項(xiàng)目采用定值法，包括容許應(yīng)力法和總安全系數(shù)法。例如地基承載力特征值（容許值）、單樁極限承載力處于安全系數(shù)得單樁承載力特征值（容許值）。l 抗力的性質(zhì)是容許值，標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)值或特征值；因此，荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值。如果荷載誤用設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)的安全度過高。l 確定淺基礎(chǔ)的高度、基礎(chǔ)配筋、筏基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樁身強(qiáng)度驗(yàn)算、承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等項(xiàng)目采用分項(xiàng)系數(shù)描述的設(shè)計(jì)表達(dá)式。因此，抗力采用設(shè)計(jì)值；荷載也采用設(shè)計(jì)值。l 如果荷載誤用標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)的安全度將會(huì)過低，偏于危險(xiǎn)。上部結(jié)構(gòu)荷載最終由基礎(chǔ)傳給地基，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。l 在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)，問題與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)正好相反，由土的強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算得到的土壓力是標(biāo)準(zhǔn)值，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也是標(biāo)準(zhǔn)值，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度卻是設(shè)計(jì)值。l 總之，在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)表達(dá)式兩端不匹配會(huì)造成浪費(fèi)；而基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)表達(dá)式兩端不匹配則會(huì)造成安全度下降。？如何控制巖土工程的安全度？l 討論工程安全度的控制與風(fēng)險(xiǎn)、影響巖土工程安全度的因素，包括體制的因素和技術(shù)的因素。 巖土工程是全過程的技術(shù)服務(wù)，包括勘察設(shè)計(jì)階段的安全度控制、施工與運(yùn)營階段安全度的實(shí)現(xiàn)及可能存在的風(fēng)險(xiǎn)分析。l 荷 載 取 值 、抗力取 值 和安全系數(shù)的取 值都會(huì)影響安全度控制。l 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，包括地基持力層承載力計(jì)算、軟弱下臥層驗(yàn)算、沉降計(jì)算、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算所用的荷載，必須是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，包括柱或墻根部的豎向力、水平力和彎矩。l 按每層的荷載估計(jì)值計(jì)算的結(jié)果，只能供編制勘察方案之用，不能用以做地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。l 有些結(jié)構(gòu)物（如地下室、隧道、支擋結(jié)構(gòu)、堤壩結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)時(shí)，巖土（包括巖土層中的水）作用于結(jié)構(gòu)物的荷載成為控制設(shè)計(jì)安全度的主要荷載，包括土壓力、水壓力、浮力、揚(yáng)壓力。l 注意這些根據(jù)土力學(xué)原理計(jì)算得到的荷載，按其性質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)值，不能直接與結(jié)構(gòu)抗力（其性質(zhì)是設(shè)計(jì)值）進(jìn)行比較。l 巖土的變形是建筑物的正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的 “作用 ”，也是造成建筑物承載力極限狀態(tài)的 “作用 ”之一。l 建筑物承受變形的能力，即允許變形值，是極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)建筑物的 “抗力 ”。l 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 中的允許變形值，有些是正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的抗力，有些則是承載力極限狀態(tài)的抗力。 [5]l 勘察設(shè)計(jì)階段是控制工程安全度的主要階段，如果在設(shè)計(jì)階段的安全度控制就有缺陷，設(shè)計(jì)安全度不足，或者對(duì)巖土體的工程性狀的認(rèn)識(shí)有偏差，設(shè)計(jì)參數(shù)的取值存在問題，或者設(shè)計(jì)計(jì)算模式?jīng)]有反映工程的主要機(jī)理，安全系數(shù)的取值過低，或者甚至發(fā)生漏項(xiàng)和缺項(xiàng)。l 勘察和設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)參數(shù)的取值和設(shè)計(jì)計(jì)算兩個(gè)方面來控制巖土工程的安全度，核心的環(huán)節(jié)是合理選取安全系數(shù)。l 安全系數(shù)的取值與破壞計(jì)算模式有關(guān)，不同的工程問題、不同的計(jì)算模式，安全系數(shù)的取值是不同的。例如，地基承載力的安全系數(shù)為 2～ 3，而擋土墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為 。并不表示地基承載力問題的安全度高于擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。因此不同破壞計(jì)算模式的安全系數(shù)之間，不能相互比較安全系數(shù)的大小。l 我國對(duì)安全系數(shù)的取值考慮工程具體情況太少，因地制宜不夠。安全系數(shù)的取值與抗力的確定方法有關(guān)。 對(duì) 于 相同的破壞計(jì)算模式， 如果確定 抗力的方法不同， 則 抗力的可靠性不同，取用不同的安全系數(shù)。l 例如，歐洲規(guī)范對(duì)單樁承載力的安全系數(shù)，用載荷試驗(yàn)確定的單樁承載力，由于數(shù)據(jù)比較可靠，可以采用比較小的安全系數(shù)。l 安全系數(shù)的取值與巖土參數(shù)的試驗(yàn)方法有關(guān)，當(dāng)采用不同的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)的取值是不同的。例如，如果采用預(yù)固結(jié)以后的試樣做不固結(jié)不排水試驗(yàn)，得到的不排水強(qiáng)度 cu會(huì)有很大的提高，如果利用這樣的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算地基的穩(wěn)定性，就不能采用與傳統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算時(shí)相同的安全系數(shù)。l 安全度控制風(fēng)險(xiǎn)的影響因素?？陀^的因素，取土試驗(yàn)過程中對(duì)試樣的擾動(dòng)、試驗(yàn)方法的不標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)結(jié)果的缺乏代表性、試驗(yàn)結(jié)果分析計(jì)算方法的不標(biāo)準(zhǔn)等因素都會(huì)影響對(duì)設(shè)計(jì)安全度的控制主觀因素，工程師對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)與分析，對(duì)代表性指標(biāo)的取用、對(duì)計(jì)算模式的選用等都會(huì)使得工程師對(duì)安全度的控制偏離預(yù)期的期望值。l 巖土工程安全度控制的關(guān)鍵是在勘察設(shè)計(jì)階段。巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算巖土抗力的強(qiáng)度參數(shù)，并不是像上部結(jié)構(gòu)材料那樣，可以從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中查到；由巖土所構(gòu)成的荷載，也不可能從荷載規(guī)范得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗(yàn)、測(cè)定和經(jīng)驗(yàn)判斷取得。因此設(shè)計(jì)參數(shù)的取值是否符合設(shè)計(jì)的具體工程條件，是否反映了地質(zhì)條件的特點(diǎn)，都直接影響安全度的控制。但體制現(xiàn)狀卻非常不利于安全度的控制。l 巖土工程參數(shù)分析與選定是巖土工程勘察內(nèi)業(yè)工作的重要組成部分，是對(duì)原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、加工，從中提出代表性的設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，作為巖土工程勘察分析評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。l 巖土工程參數(shù)分析的內(nèi)容包括對(duì)原始數(shù)據(jù)的誤差分析和有效數(shù)字的取舍，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征的分析，平均值和標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算，參數(shù)間經(jīng)驗(yàn)公式的建立及其圖表表示方法。l 由于巖土體是自然形成的，其成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都是非均質(zhì)的和不確定的，勘察時(shí)的鉆孔或原位測(cè)試所取得的土樣或數(shù)據(jù)都有相當(dāng)大的偶然性，采樣必然帶有隨機(jī)性。因此，巖土工程參數(shù)的分析方法必須建立在隨機(jī)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計(jì)的方法獲得具有代表性的參數(shù)，對(duì)于巖土工程參數(shù)也只能從統(tǒng)計(jì)的概念上去理解，才能正確地使用。l 對(duì)同一個(gè)巖土體，用同一種方法測(cè)定的巖土參數(shù)，每次的測(cè)定值并不完全相同，有時(shí)的分布范圍還相當(dāng)廣，如何從中得到代表性的參數(shù)，需要研究這些數(shù)據(jù)的分布規(guī)律。將測(cè)定值按數(shù)值大小從小到大依次順序排列，就得到變量的數(shù)列，稱為值序統(tǒng)計(jì)量，形成一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的分布，這是定量研究的基礎(chǔ)。需要巖土工程師具有分析不確定性的視野和能力，具有風(fēng)險(xiǎn)分析的能力。l 巖土本身所產(chǎn)生的荷載，不論是作用于結(jié)構(gòu)物或作用于巖土體上，其計(jì)算模式的正確與否，對(duì)安全度的控制是至關(guān)重要的。巖土本身所產(chǎn)生的荷載，一般也是采用巖土參數(shù)，選用一定的計(jì)算模式進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，例如土壓力、水壓力、作用于土體或建筑物的浮力、作用于基礎(chǔ)底板的反力、作用于土體的滲透力等。l 影響荷載計(jì)算結(jié)果正確性的因素。l 計(jì)算模式，計(jì)算假定是否反映了實(shí)際工程的主要控制因素？例如是空間問題還是平面問題、是彈性半無限體還是Winkler 體系？l 計(jì)算工況，計(jì)算工況是否符合工程實(shí)際條件與自然條件？例如結(jié)構(gòu)的支承、約束條件，水的作用條件。l 計(jì)算參數(shù)，計(jì)算參數(shù)反映在工程具體條件下的巖土基本屬性與工況的影響？例如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用、土的重度的選用等。安全度控制風(fēng)險(xiǎn)的影響因素安全度控制風(fēng)險(xiǎn)的影響因素 l 客觀的因素，取土試驗(yàn)過程中對(duì)試樣的擾動(dòng)、試驗(yàn)方法的不標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)結(jié)果的缺乏代表性、試驗(yàn)結(jié)果分析計(jì)算方法的不標(biāo)準(zhǔn)等因素都會(huì)影響對(duì)設(shè)計(jì)安全度的控制。l 主觀因素，工程師對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)與分析，對(duì)代表性指標(biāo)的取用、對(duì)計(jì)算模式的選用等都會(huì)使得工程師對(duì)安全度的控制偏離預(yù)期的期望值。l 巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算巖土抗力的強(qiáng)度參數(shù)，并不是像上部結(jié)構(gòu)材料那樣，可以從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中查到；由巖土所構(gòu)成的荷載，也不可能從荷載規(guī)范得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗(yàn)、測(cè)定和經(jīng)驗(yàn)判斷取得。因此設(shè)計(jì)參數(shù)的取值是否符合設(shè)計(jì)的具體工程條件，是否反映了地質(zhì)條件的特點(diǎn)，都直接影響安