巖土工程設(shè)計(jì)方法講座(上(2).ppt

巖土工程勘察與設(shè)計(jì)講座之二,同濟(jì)大學(xué) 高大釗 2011年10月,巖土工程設(shè)計(jì)(上),引 言,在中國工程勘察信息網(wǎng)的專欄中，提出了許多疑難問題，在答疑和討論的過程中，積累了不少的資料，出版了土力學(xué)與巖土工程師和巖土工程勘察與設(shè)計(jì)兩本書，主辦單位提出圍繞這兩本書的主題開展講座，也是一個(gè)很好的思路，值得嘗試。,在2009年2010年，主要環(huán)繞巖土工程勘察規(guī)范局部修訂的宣講，講了巖土工程實(shí)務(wù)工作的一些問題，即勘察方案的編制、勘探孔的深度和平面布置、取樣數(shù)量、土工試驗(yàn)和原位測(cè)試、地下水勘察、土和水對(duì)建筑材料腐蝕性評(píng)價(jià)等問題。2010年底至今年上半年，主要講解巖土工程評(píng)價(jià)方法。從現(xiàn)在開始，將講解巖土工程設(shè)計(jì)方法。,第二部分 巖土工程設(shè)計(jì),一. 巖土工程設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ) 二. 淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的地基承載力問題 三. 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的變形控制方法 四. 單樁、群樁的承載力與樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì),五. 地基處理的方案選擇與設(shè)計(jì)控制 六. 邊坡穩(wěn)定性分析與土壓力計(jì)算 七. 基坑工程方案設(shè)計(jì)與事故分析 八. 地基基礎(chǔ)抗震評(píng)價(jià)與抗震設(shè)計(jì),一. 巖土工程設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ),1.巖土工程設(shè)計(jì)是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分 2.巖土工程師必需的力學(xué)知識(shí)復(fù)習(xí),巖土工程設(shè)計(jì)是 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分,巖土工程是主體工程的一部分 沒有主體工程就沒有巖土工程問題；不存在沒有巖土工程的主體工程 巖土工程與結(jié)構(gòu)工程的相互依賴與統(tǒng)一 結(jié)構(gòu)工程的安全與耐久性依賴于巖土工程的質(zhì)量；巖土工程的規(guī)模與難度取決于結(jié)構(gòu)工程的規(guī)模與技術(shù)要求,巖土工程設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的異同 它們同屬于工程學(xué)的范疇，都要滿足工程力學(xué)的基本規(guī)律，都要滿足工程建設(shè)的控制要求，都采用工程設(shè)計(jì)的方法。 巖土工程設(shè)計(jì)對(duì)象有兩類，第一類是對(duì)巖土體的設(shè)計(jì)計(jì)算，第二類是對(duì)與巖土體相互作用的結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)計(jì)算，如基礎(chǔ)、地下室、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支錨結(jié)構(gòu)等。,在設(shè)計(jì)原則上存在差異，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)用方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但巖土工程中的第一類設(shè)計(jì)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法還不太成熟，較多的規(guī)范采用安全系數(shù)法甚至是容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)。 在安全度控制方法上存在差異，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用與抗力，都可以由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)值來加以嚴(yán)格控制，而巖土工程設(shè)計(jì)中涉及巖土體所產(chǎn)生的作用與抗力，其數(shù)值無法由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定所控制。,由于巖土體是自然地質(zhì)體，與自然條件密切相關(guān)，巖土工程設(shè)計(jì)的作用與抗力是按巖土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，具有極強(qiáng)的地區(qū)性。 在太沙基巖土工程體制下，巖土工程設(shè)計(jì)是由巖土工程事務(wù)所承擔(dān)的，是巖土工程咨詢顧問工作的一部分，從前期的地質(zhì)調(diào)查、工程設(shè)計(jì)到施工監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，都是巖土工程事務(wù)所的一攬子全過程服務(wù)范圍。,在我國勘察、設(shè)計(jì)體制下，巖土工程勘察與設(shè)計(jì)是分離的，由專門的勘察隊(duì)伍從事巖土工程勘察工作，而巖土工程設(shè)計(jì)則是分散在不同的單位，結(jié)構(gòu)性比較強(qiáng)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作一般由上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位完成，而且呈現(xiàn)比較明顯的行業(yè)性；獨(dú)立性比較強(qiáng)的邊坡整治工作一般由勘察單位完成；基坑工程設(shè)計(jì)則分散在各種不同的單位，巖土工程勘察單位也有承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)的。,巖土工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn),巖土工程設(shè)計(jì)的任務(wù)是處理工程結(jié)構(gòu)與地質(zhì)條件的協(xié)調(diào)，力學(xué)平衡、變形協(xié)調(diào)。 一類是由于建筑物的存在（如地下工程）及其荷載施加于巖土體所產(chǎn)生的工程問題；另一類是治理巖土體的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的工程問題，包括采用結(jié)構(gòu)的方法所產(chǎn)生的巖土體與結(jié)構(gòu)的相互作用。,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本假定,設(shè)計(jì)與力學(xué)計(jì)算的關(guān)系,設(shè)計(jì)不等同于計(jì)算。 設(shè)計(jì)包括概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)和在力學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)上的構(gòu)件尺寸的確定或在預(yù)定尺寸以后的驗(yàn)算。 力學(xué)計(jì)算僅是設(shè)計(jì)過程中的一部分，或者是設(shè)計(jì)的一種定量驗(yàn)算的方法。 對(duì)計(jì)算軟件的正確使用。,2.巖土工程師必需力學(xué)知識(shí)復(fù)習(xí),如何將一個(gè)工程問題，正確地抽象簡(jiǎn)化為力學(xué)的計(jì)算模式，是工程師的基本素養(yǎng)； 也是正確處理工程問題和進(jìn)行工程計(jì)算的基本條件，例如等值梁法； 對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定和計(jì)算公式的正確理解和運(yùn)用也需要具有一定的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，例如大、小偏心的基底反力計(jì)算。,2.1解平衡方程求未知數(shù)平面力系 2.2結(jié)構(gòu)的約束條件（支座反力） 2.3根據(jù)平衡條件求解支座反力 2.4內(nèi)力分析的截面法 2.5受彎構(gòu)件的正截面應(yīng)力分布 2.6靜定與超靜定問題,平面力系的平衡條件,X0， Z0， M0,X,Z,2.1解平衡方程求未知數(shù),如果一物體在三個(gè)互不平行的共面力作用下而處于平衡狀態(tài)，則三個(gè)力的作用線必交于一點(diǎn)； 這就是三力平衡定理； 是工程師最基本的一個(gè)力學(xué)概念。,庫侖土壓力的力三角形解法,根據(jù)楔體平衡條件求解 已知楔體重力W的大小與方向 已知土壓力的反力E的方向（與墻面法線夾角，即墻面與土的摩擦角，已知），但大小未知 已知滑動(dòng)面上的阻力R的方向（與滑動(dòng)面法線夾角，即土的摩擦角，已知），但大小未知,由楔體平衡條件知三個(gè)力必交于楔體重心，即力三角形閉合； 運(yùn)用三角函數(shù)的關(guān)系，即可求解未知數(shù)，求得土體和擋土結(jié)構(gòu)物之間接觸壓力的合力；,2.2結(jié)構(gòu)的約束條件（支座反力）,豎向與水平向同時(shí)約束,豎向約束,豎向與轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)約束,2.3根據(jù)平衡條件求解支座反力,對(duì)平面力系，具有三個(gè)約束條件的滿足靜定結(jié)構(gòu)的條件； 如果少于三個(gè)約束條件，則稱為機(jī)動(dòng)體系，或者稱為靜不定結(jié)構(gòu)，不能保持靜力平衡； 如果多于三個(gè)約束條件，則稱為超靜定結(jié)構(gòu)。,2.4內(nèi)力分析的截面法,截面法是內(nèi)力分析的基本方法,彎矩、剪力的方向規(guī)定,簡(jiǎn)支梁的內(nèi)力分析,懸臂梁的內(nèi)力分析,內(nèi)力的疊加,2.5受彎構(gòu)件的正截面應(yīng)力分布,截面抗彎慣性矩與抵抗矩,基底反力分布,橫截面內(nèi)力計(jì)算與強(qiáng)度條件,鋼筋混凝土梁受彎時(shí)正截面應(yīng)力變化,2.6靜定與超靜定問題,靜定結(jié)構(gòu)： 簡(jiǎn)支梁，懸臂梁，三鉸拱，桁架。 排架結(jié)構(gòu)的梁是簡(jiǎn)支梁，因此地基的不均勻沉降不會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力。 桁架結(jié)構(gòu)也是靜定的，由桿件系統(tǒng)通過三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形成靜定的體系，可以做成大跨度結(jié)構(gòu)，橋梁、屋架都可以用。,桁架式支撐,超靜定結(jié)構(gòu),約束條件多于3個(gè)的平面力系，就構(gòu)成了超靜定結(jié)構(gòu)。 框架結(jié)構(gòu)、連續(xù)梁、剛架結(jié)構(gòu)都是超靜定結(jié)構(gòu)。,單支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算,等值梁法,二.淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的地基承載力問題,1. 地基承載力與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)存在什么關(guān)系？ 2.怎樣估計(jì)地基承載力的安全系數(shù)？ 3.怎樣校核地基承載力的地方經(jīng)驗(yàn)？ 4. 土的自重壓力對(duì)承載力有什么影響？ 5. 基礎(chǔ)的寬度該怎么??？,6. 基礎(chǔ)的埋置深度該怎么??？ 7. 怎樣驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度？ 8. 彎矩計(jì)算公式為什么不同？,1.地基承載力與土的 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)存在什么關(guān)系？,地基承載力怎么與基礎(chǔ)寬度、埋置深度無關(guān)了？ 在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的表5.2.5 中，可以按不同的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值查到地基承載力系數(shù)，內(nèi)摩擦角的數(shù)值從040。,但根據(jù)規(guī)范4.2.4條的規(guī)定，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)應(yīng)采用三軸不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角接近于零。計(jì)算得到的地基承載力特征值與基礎(chǔ)的寬度、埋置深度都沒有關(guān)系，規(guī)范的這兩部分規(guī)定是否存在矛盾，為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的矛盾？,這位網(wǎng)友確實(shí)發(fā)現(xiàn)了這本規(guī)范在邏輯上的矛盾，這本規(guī)范的以往版本中，不存在這樣的邏輯矛盾，但在2002版的建造地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中卻出現(xiàn)了這個(gè)問題。為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的矛盾，這是由于建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002不區(qū)分土類，不區(qū)分排水條件，一概都采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)的緣故。,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002條文說明第4.2.4條是這樣解釋為什么要規(guī)定采用不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)的理由的：“鑒于多數(shù)工程施工速度快，較接近于不固結(jié)不排水條件故本規(guī)范推薦UU試驗(yàn)。而且，用UU試驗(yàn)成果計(jì)算，一般比較安全?！?這說明了2002版規(guī)范對(duì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值的基本觀點(diǎn)，但從這個(gè)基本觀點(diǎn)出發(fā)，所得到的結(jié)果是什么呢？,三軸不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角接近于零，按內(nèi)摩擦角等于零查規(guī)范的表5.2.5，差得承載力系數(shù)為Mb0, Md=1.0, Mc=3.14，代入公式（5.2.5）求得的地基承載力的大小與基礎(chǔ)的寬度和埋置深度都沒有任何關(guān)系，這是根據(jù)2002版建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范特有的規(guī)定所得到的結(jié)果。,但從這本規(guī)范的表5.2.4中，我們看到，許多土類都可以查到比較大的寬度修正系數(shù)和深度修正系數(shù)，可以計(jì)算得到地基承載力隨基礎(chǔ)寬度、埋置深度的增大而提高的結(jié)果，這是建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范歷次版本所共有的規(guī)定所得到的結(jié)果。 也許有的網(wǎng)友會(huì)這樣解釋，表中的淤泥和淤泥質(zhì)土的寬度修正系數(shù)為零，深度修正系數(shù)為1.0，不是和按試驗(yàn)結(jié)果得到的系數(shù)一樣嗎？,這并沒有錯(cuò)，但還有不少的土類，這兩個(gè)系數(shù)都是比較大的。對(duì)于這些土類，如何用規(guī)范的地基承載力公式計(jì)算呢？按照第4.2.4條的規(guī)定，沒有區(qū)分土類，沒有區(qū)分排水條件，如果都采用不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，即使是砂土，也得到接近于零的內(nèi)摩擦角。按照這樣的試驗(yàn)結(jié)果只能得到Mb0, Md=1.0, Mc=3.14的承載力系數(shù)，計(jì)算的結(jié)果與基礎(chǔ)寬度及基礎(chǔ)埋置深度都沒有什么關(guān)系。,2.怎樣估計(jì)地基承載力的 安全系數(shù)？,在高層建筑巖土工程勘察規(guī)程JGJ722004的附錄A給出了天然地基極限承載力公式，而在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002中給出了地基承載力特征值的計(jì)算公式，我的問題是對(duì)于同樣的土，采用這兩個(gè)公式計(jì)算的結(jié)果的比值是否就是安全系數(shù)？,從原理上說，極限承載力除以安全系數(shù)就是地基承載力特征值，或者說，用同一土層的強(qiáng)度指標(biāo)，分別計(jì)算得到的極限承載力除以地基承載力特征值，就是取用這個(gè)容許承載力的計(jì)算安全系數(shù)。,下面用計(jì)算的方法進(jìn)行校核，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為：固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角18 ，黏聚力c20kPa ；不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度cu55kPa；土體的重度18kN/m3，如果條形基礎(chǔ)寬度b3m，埋置深度d2m，分別用高層建筑巖土工程勘察規(guī)程JGJ722004的附錄A的公式和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的公式計(jì)算地基承載力。,用高層建筑巖土工程勘察規(guī)程JGJ722004的附錄A的公式計(jì)算，查表得承載力系數(shù)N4.07，Nq5.26，Nc13.1，條形基礎(chǔ)的形狀系數(shù)均為1.0, 則地基極限承載力的計(jì)算結(jié)果為：2,用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的公式計(jì)算，查表得承載力系數(shù)Mb0.41，Md2.72，Mc5.31，則地基承載力特征值的計(jì)算結(jié)果為： 計(jì)算的安全系數(shù)K2.48。,如果用不固結(jié)不排水強(qiáng)度計(jì)算，極限承載力為756.5kPa，地基承載力特征值為208.7kPa，則計(jì)算的安全系數(shù)為K3.62。,3.怎樣校核地基承載力的 地方經(jīng)驗(yàn)？,我是上海地區(qū)的，請(qǐng)問建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的地基承載力特征值的計(jì)算公式在上海是否適用？,國家標(biāo)準(zhǔn)的地基承載力計(jì)算公式在原則上應(yīng)當(dāng)適用于全國各地。但如果地區(qū)已有地方規(guī)范，應(yīng)該進(jìn)行必要的試算比較，以確定是否符合地方經(jīng)驗(yàn)。在比較計(jì)算時(shí)，要注意計(jì)算公式和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)方法的配套使用。,上海兩個(gè)土層的土工試驗(yàn)資料,表給出了上海地區(qū)兩個(gè)土層的土工試驗(yàn)資料。如作用于基礎(chǔ)頂面由恒載產(chǎn)生的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值120kN/m，由可變荷載產(chǎn)生的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值30kN/m，持力層為第層土，條形基礎(chǔ)的埋置深度1.0m。,分別按照國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行地基承載力的計(jì)算，由于這兩本標(biāo)準(zhǔn)所采用的設(shè)計(jì)原則不同，國家標(biāo)準(zhǔn)采用容許承載力，上海規(guī)范采用極限承載力，因此不能直接比較計(jì)算得到的地基承載力值，而用相同的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，比較計(jì)算得到的基礎(chǔ)寬度。,根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的規(guī)定，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)結(jié)果，按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5.2.5條計(jì)算，得地基承載力特征值： fa =181.01.0+3.1455= 190.7kPa；,按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（5.2.1-1）計(jì)算，荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的豎向力為Nk150kN，則基礎(chǔ)寬度由下式計(jì)算：,根據(jù)上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（4.2.3-1）計(jì)算，得地基承載力設(shè)計(jì)值：3 fd=1.14(0.581.50.39+181.02.5+8.357)=120.2kPa；,按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（4.2.1-1）計(jì)算，豎向力的設(shè)計(jì)值為：,為了比較，還按1989年的上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算，這個(gè)版本的規(guī)范采用臨塑荷載公式地基承載力計(jì)算： 地基容許承載力 p0=0.2381.5+1.99181.0+4.4914 =98.68kPa,得基礎(chǔ)寬度為：,分析意見,在相同的工程條件、相同的地基條件下，用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)方法和計(jì)算公式求得的地基承載力特征值，過高地估計(jì)了上海軟土的地基承載力，驗(yàn)算得到的基礎(chǔ)寬度僅為用上海地基規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果的一半，不符合上海幾十年積累的工程經(jīng)驗(yàn)。,說明如在上海地區(qū)強(qiáng)制采用全國規(guī)范的方法，將是非常危險(xiǎn)的。由于各地的地質(zhì)條件和工程經(jīng)驗(yàn)不同，其實(shí)作為全國性的規(guī)范，不可能也不需要規(guī)定得如此的具體。如果要作非常具體的規(guī)定，必須進(jìn)行各種情況的對(duì)比計(jì)算分析，有足夠的把握可以控制得住，才能在規(guī)范中具體規(guī)定。,上面的對(duì)比計(jì)算所用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是不同的，還不能完全說明這些計(jì)算公式之間的差別，能否對(duì)上海規(guī)范的公式用不固結(jié)不排水強(qiáng)度計(jì)算，而對(duì)全國規(guī)范的公式能否用固結(jié)快剪指標(biāo)計(jì)算？如果可以計(jì)算，則其對(duì)比計(jì)算的結(jié)果又如何？,地基承載力可以選用不同的公式進(jìn)行計(jì)算，可以用極限承載力公式，也可以用界限荷載公式。在界限荷載公式中，可以選用臨塑荷載公式，也可以選用p1/4公式。但問題不完全在于選用什么公式，更重要的是要與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇配套使用。,下面用臨塑荷載公式和p1/4公式（也就是建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002的地基承載力公式）的計(jì)算結(jié)果與上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-1999）的極限承載力公式計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，指標(biāo)分別采用三軸不固結(jié)不排水剪指標(biāo)和直剪固結(jié)快剪指標(biāo)。,由于這3個(gè)公式的性質(zhì)不同計(jì)算得到的地基承載力的性質(zhì)也不相同，因此也不能進(jìn)行承載力數(shù)值的直接比較，因此采用在相同假定計(jì)算條件下的基礎(chǔ)寬度進(jìn)行比較。,假定的計(jì)算條件為：持力層為第層土，條形基礎(chǔ)的埋置深度1.0m，作用于基礎(chǔ)頂面由恒載產(chǎn)生的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值120kN/m，由可變荷載產(chǎn)生的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值30kN/m。,用上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的 極限承載力公式進(jìn)行計(jì)算,1) 用直剪固結(jié)快剪指標(biāo) 按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（4.2.3-1）計(jì)算，得地基承載力設(shè)計(jì)值： fd=1.14(0.581.50.39+181.02.5+8.357)=120.2kPa；,按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（4.2.1-1）計(jì)算，豎向力的設(shè)計(jì)值為： 則求得基礎(chǔ)的寬度為；,2) 用三軸不固結(jié)不排水剪指標(biāo) 按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式（4.2.3-1）計(jì)算，得地基承載力設(shè)計(jì)值：,則求得基礎(chǔ)的寬度為：,用臨塑荷載公式計(jì)算 1) 用直剪固結(jié)快剪指標(biāo) 根據(jù)上海的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)直剪固快指標(biāo)打7折計(jì)算。 地基容許承載力p0=2.01181.0+4.5114=99.32kPa 則求得基礎(chǔ)寬度為：,如不打7折，則用峰值強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果為： 地基容許承載力p0=2.72181.0+5.3120=155.16kPa 基礎(chǔ)的寬度為：,2) 用三軸不固結(jié)不排水剪指標(biāo) 根據(jù)上海的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)打7折計(jì)算。 地基容許承載力p0=1.0181.0+3.14550.7 =138.89kPa 則求得基礎(chǔ)的寬度為：,如不打7折，則用峰值強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果為： 地基容許承載力p0=1.0181.0+3.1455=190.7kPa,用p1/4公式計(jì)算 1) 用直剪固結(jié)快剪指標(biāo) 根據(jù)上海地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的峰值打7折后計(jì)算： 地基容許承載力p1/4=0.2581.5+2.01181.0+4.5114=102.32kPa,則基礎(chǔ)寬度為：,如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不打7折，則用峰值強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果為： 地基容許承載力p1/4=0.4381.5+2.72181.0+5.3120=160.32kPa 則基礎(chǔ)寬度為：,2) 用三軸不固結(jié)不排水剪指標(biāo) 根據(jù)上海地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的峰值打7折后計(jì)算的結(jié)果為： p1/4=181.01.0+3.14550.7 = 138.89kPa 則求得基礎(chǔ)的寬度為：,如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不打7折，則用峰值強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果為： p1/4=181.01.0+3.1455 = 190.7kPa； 則基礎(chǔ)寬度為：,分析和討論,從表列計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，各種不同的計(jì)算公式、不同的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法和不同的指標(biāo)處理方法，計(jì)算得到的地基承載力可能會(huì)有一定的出入，分析這些差別以及引起差別的原因，可以深刻地理解計(jì)算公式和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之間匹配的重要性。 從對(duì)比計(jì)算的結(jié)果可以得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：,根據(jù)上海地區(qū)幾十年的工程經(jīng)驗(yàn)，用直剪固快指標(biāo)峰值打7折的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，不論采用什么公式，得到的基礎(chǔ)寬度是非常接近的。這是因?yàn)樵诰幹粕虾５鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-1999）時(shí)將安全水準(zhǔn)控制在與1989年版本的規(guī)范相同的水平，而原有規(guī)范用的就是臨塑荷載公式。,但如果采用三軸不固結(jié)不排水指標(biāo)計(jì)算，即使指標(biāo)打了7折，用極限承載力公式計(jì)算的結(jié)果和用界限荷載公式計(jì)算的結(jié)果有比較大的差別。但這并不表明在上海地區(qū)就一定不能使用三軸不固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算地基承載力。,問題是在上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-1999）編制時(shí)還沒有對(duì)三軸不固結(jié)不排水指標(biāo)進(jìn)行過系統(tǒng)的校核工作，因此出現(xiàn)了比較大的差別，說明至少目前在上海地區(qū)尚不能用三軸不固結(jié)不排水指標(biāo)計(jì)算地基承載力。,比較用不同方法處理的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得到的基礎(chǔ)寬度值可以發(fā)現(xiàn)，用峰值計(jì)算的寬度比用打7折指標(biāo)計(jì)算的寬度減少了3040，但在上海地區(qū)尚缺乏使用這種方法的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其安全度沒有確切的把握，可能是比較冒險(xiǎn)的。將全國其他地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)用到上海地區(qū)時(shí)應(yīng)充分注意地方已有的工程經(jīng)驗(yàn)，不然可能會(huì)導(dǎo)致工程事故。,4. 土的自重壓力對(duì)承載力 有什么影響？.,4.1 在用地基承載力公式計(jì)算承載力時(shí)需要考慮土的自重壓力的影響，對(duì)地基承載力進(jìn)行深寬修正時(shí)也要考慮土的自重壓力的影響，壓縮軟弱下臥層時(shí)還需要考慮土的自重壓力的影響。但為什么自重壓力力的計(jì)算結(jié)果會(huì)不同呢？,1、計(jì)算時(shí)墊層底部的自重應(yīng)力是按原土的容重計(jì)算呢還是墊層以上按原土的容重，墊層部分按墊土的容重計(jì)算？ 2、墊層下的軟土層承載力修正時(shí)，深度修正的容重也是按原土容重計(jì)算呢還是原土與墊土的平均容重計(jì)算呢？ 3 、不同的參考書有不同的計(jì)算，雖然最后Pz+Pcz是相同的，但fa的數(shù)值卻有差別。,對(duì)于土的自重應(yīng)力，過去曾經(jīng)有個(gè)術(shù)語還是很能表達(dá)物理意義的，上個(gè)世紀(jì)50年代在陳梁生先生的土力學(xué)中稱為“常駐應(yīng)力”，即在施工以前就已經(jīng)長期存在的應(yīng)力，附加應(yīng)力就是總應(yīng)力減去常駐應(yīng)力，即與施工前的應(yīng)力狀態(tài)比較，應(yīng)力的增量。 即使在施工（筑墊層）以后，墊層兩側(cè)的土層還是沒有改變，對(duì)墊層以下土層的承載力起超載作用的還是兩側(cè)的天然土層。,因此，無論從計(jì)算附加應(yīng)力還是承載力的深度修正，都應(yīng)該用原來土層的重度計(jì)算。這些都是最基本的物理概念，并不是經(jīng)驗(yàn)處理。 你對(duì)各種參考書上的不同計(jì)算方法，就可以用這個(gè)概念分析孰是孰非。說起考試，就是要考這種最基本的力學(xué)概念。,4.2 在實(shí)際工作中，常常會(huì)遇到5m以下、甚至10m以下的土層，需要采用c、值按公式 計(jì)算承載力特征值，但不知基礎(chǔ)寬度b及埋深d如何取值？這時(shí)，有人提出：公式 ,當(dāng)基礎(chǔ)寬度及埋深分別為3m、0.5m時(shí)，fa=fak。就可以用公式 并選取b=3m, d=0.5m計(jì)算，所得的值便是某層地基土的承載力特征值。這種思路對(duì)嗎？,地基規(guī)范的承載力公式是淺基礎(chǔ)的公式，不能用于深基礎(chǔ)； 對(duì)于5m、10m以下的土層，你不知道基礎(chǔ)的實(shí)際埋深是多少，寬度是多少？如果建筑物的設(shè)計(jì)還沒有做，在前期工作中，似乎沒有必要一定要提那些土層的承載力，只要提供了抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，等基礎(chǔ)條件明確了再根據(jù)實(shí)際條件用地基規(guī)范的公式直接計(jì)算地基承載力也還不遲。,真的要計(jì)算時(shí)，如果符合淺基礎(chǔ)條件，設(shè)計(jì)時(shí)可以用規(guī)范的地基承載力公式計(jì)算，深度應(yīng)當(dāng)采用實(shí)際的深度，寬度按規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則取用，即大于6m用6m。不必用小基礎(chǔ)算了再修正。,這個(gè)公式是地基承載力深寬修正的公式，公式中的3m和0.5m是將小壓板、零埋深的條件得到的載荷試驗(yàn)結(jié)果用于實(shí)際工程的一種安全儲(chǔ)備，即把小壓板當(dāng)作3m，將零埋深當(dāng)作0.5m的埋深使用。這和地基承載力計(jì)算公式?jīng)]有什么關(guān)系，不能將這個(gè)3m和0.5m作為假定的計(jì)算條件。,5.基礎(chǔ)的寬度該怎么??？,看了高老主編的、2003年同濟(jì)大學(xué)出版社出的注冊(cè)土木工程師（巖土）專業(yè)考試輔導(dǎo)教程書中第136頁例2.4和第141頁例2.6中的基礎(chǔ)斷面表示形式一樣，但是計(jì)算中的b即基礎(chǔ)寬卻取的不一樣，例2.4中基礎(chǔ)寬取1.5m，例2.6中計(jì)算基底最大壓力時(shí)基礎(chǔ)寬取的是3.5m，,可在往下例2.7中確定擴(kuò)散角時(shí)基礎(chǔ)寬又用3m，這讓我一頭霧水，不知如何來確定基礎(chǔ)寬度了。另外例2.7驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力時(shí)我認(rèn)為應(yīng)該按最大基底壓力驗(yàn)算吧？,這三道題目是對(duì)不同題型的解題訓(xùn)練，都是在題干中給出了基礎(chǔ)的埋置深度和平面尺寸，對(duì)不同的情景，給出不同的數(shù)據(jù)，不能僅看其符號(hào)是不是b，要從物理意義上去理解和把握。這位網(wǎng)友所看出的“問題”具有一定的代表性，說明他對(duì)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算的概念還不是很清楚，值得我們仔細(xì)地加以分析，以幫助網(wǎng)友理解地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算中的一些關(guān)鍵問題。,下面，我們先引述這位網(wǎng)友講到的這三道題目，書中每個(gè)題目都給出了容易犯錯(cuò)誤的地方，但寫得比較簡(jiǎn)單。這里，我加了若干分析，把為什么是錯(cuò)誤的道理講清楚了，讀者仔細(xì)看看、想想，把這個(gè)道理想通了，可以終身受用。,應(yīng)用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范理論公式確定地基承載力的例題,某粉質(zhì)粘土地基上的矩形基礎(chǔ)剖面如圖14-1 所示，試按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500072002）理論公式確定地基承載力特征值。,本算例中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤： （1）基礎(chǔ)寬度b取為2.5m或取為3m。這個(gè)基礎(chǔ)是1.5m2.5m的矩形基礎(chǔ)，計(jì)算地基承載力時(shí)，應(yīng)該用短邊的尺寸1.5m，不能用長邊的尺寸2.5m；規(guī)范規(guī)定對(duì)砂土，基礎(chǔ)寬度小于3m取3m，但這里并非砂土；,（2）對(duì)水下的 未采用有效重度，平均重度 采用了基底持力層土的重度； （3）進(jìn)行了深、寬修正，用規(guī)范的理論公式計(jì)算的結(jié)果是不能進(jìn)行深寬修正的。,2. 持力層地基承載力驗(yàn)算的例題 某柱基礎(chǔ)，作用在設(shè)計(jì)地面處的柱荷載設(shè)計(jì)值、基礎(chǔ)尺寸、埋深及地基條件如圖14-2所示，驗(yàn)算持力層承載力。,例1是用規(guī)范公式計(jì)算地基承載力的題目，當(dāng)然必須要給出基礎(chǔ)的埋置深度和平面尺寸，不然無法計(jì)算，但在這一道題中沒有給出荷載，所以是沒有閉合的題目，不需要檢驗(yàn)基礎(chǔ)的平面尺寸，基礎(chǔ)的長邊2.5m的尺寸就沒有用到，計(jì)算地基承載力的大小，只需要用到基礎(chǔ)短邊的尺寸b1.5m。,例2是已經(jīng)知道荷載和地基承載力，給出了基礎(chǔ)平面尺寸，需要檢驗(yàn)地基承載力是否滿足要求的題目，題意和2.4完全不一樣，基礎(chǔ)的尺寸也和例2.4不同，不知道你怎么會(huì)產(chǎn)生與例2.4去比較的想法。在例2.6中，地基承載力深寬修正是用的是短邊尺寸b3m，而在計(jì)算基礎(chǔ)底面截面抵抗矩時(shí)必須用長邊尺寸b3.5m。,例3是用例2的數(shù)據(jù)驗(yàn)算軟弱下臥層的題目，計(jì)算基底壓力擴(kuò)散時(shí)，對(duì)矩形基礎(chǔ)是向兩個(gè)方向擴(kuò)散，因此基礎(chǔ)的長邊和短邊的尺寸都用上了。 驗(yàn)算軟弱下臥層當(dāng)然用平均壓力擴(kuò)散，規(guī)范不要求驗(yàn)算最大壓力擴(kuò)散以后是否滿足軟弱下臥層承載力的要求，怎么會(huì)用到最大壓力呢？,6.基礎(chǔ)的埋置深度該怎么??？,當(dāng)室內(nèi)外地坪不一致時(shí)，基礎(chǔ)埋深怎么確定？ 如果沒有地下室，就要按室外地面進(jìn)行修正，這樣算出來的地基承載力高，可以滿足設(shè)計(jì)要求；但如果有地下室的情況，地基承載力按室內(nèi)地坪計(jì)算，地基承載力反而低了。這是什么道理？,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定：“基礎(chǔ)埋置深度（m），一般自室外地面標(biāo)高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面標(biāo)高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對(duì)于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高算起；當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起?！?這里講了三種情況： 一是在一般情況下，自室外地面標(biāo)高算起。,二是對(duì)于填土的情況，按照施工條件分別采取二種不同的方法，先填土再建筑從填土面算起；先建筑再填土從天然地面算起；,三是有地下室時(shí)按是否是整體基礎(chǔ)，分別采取二種不同的方法，整體基礎(chǔ)室外地面標(biāo)高；非整體基礎(chǔ)，即由獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)將建筑物荷載傳至地基，地下室底板不傳力，則從室內(nèi)地面標(biāo)高算起；,一般迷糊的是，不注意句號(hào)的作用，不區(qū)分三種不同的條件，不看前提，斷章取義地說：“當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起?！蹦蔷湾e(cuò)了，其實(shí)如果不是地下室的獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)，都應(yīng)從室外地面標(biāo)高算起。 規(guī)范為什么這樣規(guī)定，道理是什么？請(qǐng)大家根據(jù)土力學(xué)的基本概念來解讀，可以發(fā)表大家的觀點(diǎn)。,7.怎樣驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度?,長江口北岸的啟東.如東地區(qū)(高老師2001年曾來過啟東)廣泛分布著雙層土的地基,上部硬土層為粘質(zhì)粉土或粉質(zhì)粘土層承載力特征值較高，達(dá)90-110kPa,壓縮模量為7-8MPa,厚度有2-4.5米厚左右，其下分布一層相對(duì)較軟的土層(灰色粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，夾薄層粉土)，厚度約1.0-2.0m左右，承載力特征值只有70kPa左右，壓縮模量為3-4MPa.,現(xiàn)在根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002表5.2.7的規(guī)定，壓縮模量比值3，我們這兒的好多工程師均認(rèn)為，地基擴(kuò)散角取0,那么地基承載力的特征值取下臥層的值，只有70kPa左右.這樣下來好多的多層住宅和兩層車間因承載力不夠而進(jìn)行地基處理.我覺得這個(gè)有點(diǎn)保守,但是想不出理論的支持,請(qǐng)高老師指教,驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度時(shí)，關(guān)鍵問題是需要了解軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力，對(duì)于壓縮模量的比值小于3的情況，說明持力層與下臥層的剛度相差不太大，可以用均質(zhì)土的應(yīng)力分布的計(jì)算方法計(jì)算軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力，應(yīng)力系數(shù)就可以用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄K.0.1的表查用。,為什么要控制壓縮模量比的條件？這是考慮到上硬下軟的情況，硬層可以起擴(kuò)散應(yīng)力的作用，使軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力小一些，而采用雙層地基的理論計(jì)算又太復(fù)雜，才有規(guī)范的這種擴(kuò)散角的近似計(jì)算的方法。,可以按雙層地基的不同變形性質(zhì)直接求解軟弱層頂面的壓力，理論解的結(jié)果如圖14-4所示。圖中的m為雙層地基的變形特征系數(shù)，由下式計(jì)算：,壓力擴(kuò)散角法是一種簡(jiǎn)化的方法，當(dāng)上層為硬土，下層為軟土?xí)r，國外一般取擴(kuò)散角為30。 根據(jù)我國的工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到的雙層地基，基本上有兩種類型：一、淤泥及淤泥質(zhì)土上的硬層為一般黏性土，雙層體系的m值在23左右；二、上層為砂類土，m值在10左右。,圖14-5給出了條形荷載下，不同方法得到的壓力分布，當(dāng)模量比小于3時(shí)，雙層地基的壓力分布與均質(zhì)地基的結(jié)果比較接近了，就可以按均質(zhì)地基的附加應(yīng)力計(jì)算的方法計(jì)算軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力。 因此，你們那里的工程師認(rèn)為用擴(kuò)散角取0的看法是不對(duì)的，既然按均質(zhì)土計(jì)算就不用擴(kuò)散角的方法了，可以直接用壓力系數(shù)計(jì)算。.,在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范里表5.2.7中，地基壓力擴(kuò)散角能不能得出這樣的結(jié)論：壓力擴(kuò)散角隨Es1/Es2的增大而增大，隨著z/b的增大不是一直增大的？結(jié)合理論和這個(gè)表格壓力擴(kuò)散角又有什么規(guī)律呢？,壓力擴(kuò)散角是一種近似的計(jì)算方法，是將彈性理論應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果，用相當(dāng)于總荷載不變條件下，假定均勻分布在不斷擴(kuò)大的虛擬面積上的壓力來描述基礎(chǔ)中軸線上的豎向均布應(yīng)力；深度越深，這個(gè)虛擬面積越大，土中應(yīng)力就越小。,對(duì)于均質(zhì)土，也可以用應(yīng)力擴(kuò)散角的方法近似計(jì)算，根據(jù)比較計(jì)算的研究證明，用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002表5.2.7中的擴(kuò)散角數(shù)值，比值等于3的擴(kuò)散角計(jì)算的結(jié)果和均質(zhì)土的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果接近。,對(duì)于雙層土，上硬下軟，則硬層底部的應(yīng)力比均質(zhì)土小，這稱為應(yīng)力擴(kuò)散的作用，反之，上軟下硬，則有應(yīng)力集中的作用。 硬層的剛度越大，剛度比越大，應(yīng)力的擴(kuò)散作用也就越強(qiáng)，所以規(guī)范用模量比來描述剛度比對(duì)擴(kuò)散角的影響。 軟弱下臥層驗(yàn)算的條件是上硬下軟，所以模量比越大，擴(kuò)散角就越大。這是土層的剛度比對(duì)應(yīng)力分布的作用，是剛度效應(yīng)。,但壓力擴(kuò)散角并不隨z/b的變化而變化，由于應(yīng)力分布是和計(jì)算點(diǎn)的相對(duì)埋深z/b有關(guān)的，軟弱下臥層驗(yàn)算時(shí) 計(jì)算點(diǎn)在持力層底部，硬層就用持力層的厚度和基礎(chǔ)寬度的比值來描述尺寸效應(yīng)，僅是一種幾何的關(guān)系。 當(dāng)z/b小于0.25時(shí)應(yīng)力不擴(kuò)散， 當(dāng)z/b大于0.50時(shí)，擴(kuò)散角不變， 其間變化時(shí)，假定擴(kuò)散角比例內(nèi)插。,在進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算時(shí)。我認(rèn)為所謂下臥層是指：ES1/ES2大于3的，相反可不認(rèn)為是軟弱層可不進(jìn)行下臥層驗(yàn)算。對(duì)嗎？,軟弱下臥層是指承載力小于持力層的下臥層，凡是軟弱下臥層就有可能強(qiáng)度不滿足要求，但不一定，所以要經(jīng)過驗(yàn)算。 作軟弱下臥層驗(yàn)算時(shí)，要考慮附加應(yīng)力的擴(kuò)散，附加應(yīng)力的擴(kuò)散當(dāng)然也可以用彈性理論的方法計(jì)算，那是假定地基為均質(zhì)的；,實(shí)際上是層狀地基，上層土的剛度比下層土大得越多，對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用越大，即傳至軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力越小，但層狀地基的應(yīng)力計(jì)算非常復(fù)雜，一般用擴(kuò)散角的簡(jiǎn)化方法計(jì)算，規(guī)范采用的就是這種擴(kuò)散角的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。,規(guī)范用模量比的方法來反映上、下層土的剛度比，比值越大，擴(kuò)散角就越大。規(guī)范給出了比值3、5、10三個(gè)數(shù)值的擴(kuò)散角，中間可以內(nèi)插； 研究證明，用表5.2.7中，比值等于3的擴(kuò)散角計(jì)算的結(jié)果和均質(zhì)土的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果接近，所以當(dāng)模量比小于3時(shí)，仍用模量比等于3的擴(kuò)散角計(jì)算； 由此可見，你的理解是不正確的。,8.彎矩計(jì)算公式為什么不同？,在土力學(xué)與基礎(chǔ)工程1998年9月版第213頁的公式（9-50），發(fā)現(xiàn)與建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002中有關(guān)柱邊截面彎矩計(jì)算公式，即第63 頁公式（8.2.7-4）有所不同,兩式相差“(pmax-p)l”這一項(xiàng)。為什么不同？,土力學(xué)與基礎(chǔ)工程一書中的公式是和1989年頒布的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范BG50007-89的公式一致的。但2002年版的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的公式有了改變，這個(gè)公式是考慮了反力分布的不均勻性推導(dǎo)出來的，而老的公式推導(dǎo)時(shí)假定合力作用于梯形面積的形心，這個(gè)假定是存在誤差的，實(shí)際上反力的重心與梯形面積的形心是并不重合的。,設(shè)pjmax，pjmin相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)基礎(chǔ)底面邊緣最大和最小凈反力設(shè)計(jì)值，pj為截面-處地基凈反力設(shè)計(jì)值，pjx為x/a1處的凈反力設(shè)計(jì)值，其值由下式計(jì)算： 微分面積,微分面積上作用的力對(duì)截面-處的微彎矩由下式計(jì)算： 分布的反力對(duì)截面-處的總彎矩由微彎矩積分求得：,由凈反力與總反力的關(guān)系得：,因此得到下式：,三.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的 變形控制方法,討論建筑物和基礎(chǔ)的剛度與地基沉降的關(guān)系，包括剛度對(duì)計(jì)算沉降的影響及建筑物對(duì)地基變形的承受能力,1.變形控制與地基承載力控制 2.如何使用規(guī)范的允許變形值？ 3.土層條件對(duì)沉降計(jì)算的影響 4.基礎(chǔ)剛度對(duì)沉降分布有什么影響？ 5.如何調(diào)整荷載的偏心？ 6. 淺基礎(chǔ)的事故分析,1. 變形控制與地基承載力控制,從一位網(wǎng)友的帖子引出設(shè)計(jì)程序的討論，從中理解變形控制與承載力控制的內(nèi)在聯(lián)系和正確理解設(shè)計(jì)程序的重要性。,在利用變形控制思想做基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，首先計(jì)算基礎(chǔ)的沉降是否滿足建筑物使用的要求，在沉降滿足要求的前提下，再驗(yàn)算基礎(chǔ)的強(qiáng)度是否滿足上部建筑物的荷載要求。如果按照強(qiáng)度控制思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于軟土地區(qū)來講，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果往往是強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)富裕了，沉降才滿足要求；,同樣對(duì)于土質(zhì)比較好的地區(qū)來講，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果往往是強(qiáng)度滿足要求了，基礎(chǔ)的沉降比建筑物的要求小很多。這兩種情況，無論那一種，都在某種程度上造成不必要的浪費(fèi)。所以，合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)追求的是基礎(chǔ)強(qiáng)度和變形的和諧統(tǒng)一。,按照變形控制的原則，用某個(gè)變形量作為控制條件，再利用變形計(jì)算公式反求附加壓力p0，將p0作為承載力特征值。,上面的說法對(duì)不對(duì)？為什么對(duì)？為什么不對(duì)？問題在什么地方？ 1.設(shè)計(jì)的程序并不是先計(jì)算沉降，再驗(yàn)算地基承載力，而是相反；由承載力計(jì)算基礎(chǔ)的尺寸，才能驗(yàn)算沉降。如果先計(jì)算沉降，如何確定基礎(chǔ)底面的附加壓力？ 2.什么是和諧統(tǒng)一的設(shè)計(jì)？設(shè)計(jì)是一種可用解，可控解，而不是最優(yōu)解。,樓主提出了對(duì)于地基設(shè)計(jì)問題比較系統(tǒng)的看法，提出了一個(gè)值得討論的問題，這個(gè)問題涉及了土力學(xué)基礎(chǔ)工程的最基本的課題，是目前在工程界比較關(guān)心的問題，但也是比較糊涂的一個(gè)問題。討論的意義可以在最基本的層面上，弄清楚地基承載力控制和變形控制之間的區(qū)別和聯(lián)系。,按照地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原理，承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足的兩個(gè)基本要求，缺一不可，地基設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)進(jìn)行地基承載力的控制與地基變形的控制。 地基承載力控制與變形控制所考慮的問題是不同的，其側(cè)重面不同，控制的條件也就不同，這需要作具體分析，無論如何，只強(qiáng)調(diào)一個(gè)方面而忽略另一個(gè)方面都是不合適的。,地基承載力控制的方法比較簡(jiǎn)單，可以用一個(gè)承載力設(shè)計(jì)表達(dá)式表示。而且荷載條件一般是比較明確的，影響地基承載力控制的主要因素是持力層和軟弱下臥層的地基承載力的估計(jì)是否恰當(dāng)。這可以通過對(duì)地基土的穩(wěn)定分析，估計(jì)地基所處的是什么狀態(tài)，或采取控制性的工程措施，以控制安全系數(shù)而不使發(fā)生承載能力極限狀態(tài)。,變形控制時(shí)，作用是沉降計(jì)算的結(jié)果，抗力是建筑物抵抗變形的能力。 要求計(jì)算的變形小于建筑物的容許變形。 問題是計(jì)算什么樣的變形？ 變形計(jì)算中有許多不確定性因素，特別是差異沉降的計(jì)算。,最為困難的是對(duì)建筑物承受變形能力的估計(jì)。 怎么看待與取用現(xiàn)行規(guī)范的允許變形值？ 建筑物承受變形能力隨結(jié)構(gòu)類型與施工質(zhì)量而異，這種差別難以在規(guī)范提出的允許變形值中加以考慮，因此規(guī)范的允許變形值僅是一種很粗略的概率估計(jì)。,由此可見，人們對(duì)于變形控制的能力比對(duì)于地基承載力控制要低得多，變形控制在很多情況下并不能用一個(gè)確定性的表達(dá)式來表示，而只是一種概念設(shè)計(jì)與概率意義的控制。 整個(gè)地基設(shè)計(jì)是由地基承載力計(jì)算和變形計(jì)算兩個(gè)相互制約的過程來完成的，它們之間雖然有密切的聯(lián)系，但不可能相互替代或者組合成一個(gè)過程，用一個(gè)設(shè)計(jì)表達(dá)式來完成。,2.如何使用規(guī)范的允許變形值,不同結(jié)構(gòu)對(duì)沉降的敏感程度可以從允許變形的統(tǒng)計(jì)分析中看出。 對(duì)不同的結(jié)構(gòu)，控制性的變形指標(biāo)是不相同的，這是沉降控制的復(fù)雜性所在。 地基規(guī)范的允許變形值，是在19501960年代的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的總結(jié)，是一定規(guī)模的建筑物沉降實(shí)測(cè)和分析的結(jié)果。,各種不同結(jié)構(gòu)的建筑物對(duì)不均勻沉降的敏感程度有什么不同？,1.多層住宅（條形基礎(chǔ)）的變形應(yīng)如何計(jì)算，計(jì)算點(diǎn)是放在建筑物的四個(gè)角點(diǎn)還是放在建筑物的中點(diǎn)，我覺得都不合適。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500072002規(guī)定砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部傾斜控制，局部傾斜是指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向610米內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值，對(duì)于多層建筑勘探孔間距為30米左右時(shí)，此時(shí)應(yīng)如何計(jì)算局部傾斜？,2 砌體承重結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、框剪和剪力墻承重結(jié)構(gòu)各對(duì)不均勻沉降的敏感程度有何不同？ 核心筒和剪力墻的大量用是在74規(guī)范之后，人們尚缺乏對(duì)其控制變形的規(guī)律性總結(jié)。,關(guān)于按沉降控制設(shè)計(jì)的問題，從概念上已經(jīng)討論得很多了，但對(duì)于工程實(shí)踐中如何計(jì)算沉降和如何控制沉降卻還有許多問題不是非常明確，而且也很難明確，你提出的這兩個(gè)問題也是屬于這一類的。 影響建筑物的安全和正常使用的變形是不均勻沉降，而不是均勻沉降，只要是均勻的沉降，即使大一些也不會(huì)威脅建筑物的安全，如果能采取預(yù)先提高標(biāo)高的方法，那也不會(huì)影響使用。,但能在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行計(jì)算和控制的不均勻沉降是非常有限的，只有框架結(jié)構(gòu)和排架的相鄰柱之間的沉降差可以計(jì)算得出來（分別計(jì)算兩個(gè)柱基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降，然后相減得沉降差，再除以柱距），其他的一些變形指標(biāo)是難以在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的。例如，你提到的砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部傾斜控制，除非在這個(gè)開間的兩端存在明顯的荷載差或者平面轉(zhuǎn)折引起應(yīng)力疊加，否則局部傾斜是計(jì)算不出來的。,那么規(guī)范為什么對(duì)砌體結(jié)構(gòu)采用局部傾斜這樣的變形控制指標(biāo)呢？在編制工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ7-74時(shí)，收集了大量建筑調(diào)查的資料進(jìn)行分析，企圖找到建筑物損壞與建筑物變形之間的關(guān)系，根據(jù)沉降觀測(cè)的資料可以計(jì)算每幢建筑物的平均沉降，同時(shí)也掌握了每幢建筑物的開裂和損壞的資料。資料分析發(fā)現(xiàn)，建筑物是否損壞開裂與建筑物的平均沉降量的關(guān)系不密切，只要沉降比較均勻，即使平均沉降量比較大，也不會(huì)對(duì)建筑物造成傷害。,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)墻體開裂的部位往往與沉降急劇變化的部位有關(guān)，常常在建筑物高度變化或者平面轉(zhuǎn)折處發(fā)現(xiàn)墻體開裂，而在開裂部位的墻體往往局部的變形比較大，這就形成了用局部傾斜來評(píng)價(jià)砌體結(jié)構(gòu)變形的方法，局部傾斜與建筑物的損壞之間就有比較好的相關(guān)性。但這種從事后分析得出的指標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)不一定能正確地計(jì)算出來。,多層住宅（條形基礎(chǔ)）的變形應(yīng)如何計(jì)算？按照目前一般的方法是計(jì)算建筑物中部條形基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降，計(jì)算時(shí)將相鄰基礎(chǔ)的荷載影響考慮進(jìn)去。如果條形基礎(chǔ)的寬度比較寬，那么為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以采用等效的計(jì)算方法?；A(chǔ)的凈面積與基礎(chǔ)外包總面積之比稱為基礎(chǔ)面積系數(shù)，當(dāng)基礎(chǔ)面積系數(shù)大于0.6時(shí)，可將建筑物的總荷載分布在基礎(chǔ)外包總面積上計(jì)算，基礎(chǔ)外包總面積底面的附加壓力等于實(shí)際基礎(chǔ)底面附加壓力乘以面積系數(shù)。,計(jì)算沉降時(shí)，除非特殊地質(zhì)條件，一般假定土層是均勻的，用平均的壓縮曲線或壓縮模量的平均值計(jì)算，影響沉降計(jì)算的幾何參數(shù)只與建筑物尺寸及基礎(chǔ)的尺寸有關(guān)，而與勘探孔的間距沒有任何關(guān)系。,框架結(jié)構(gòu)的受力條件比較明確，也是對(duì)不均勻沉降比較敏感的一種結(jié)構(gòu)類型，當(dāng)相鄰柱基的沉降差過大時(shí)，可以產(chǎn)生構(gòu)件的次應(yīng)力，引起柱和梁的開裂。,框架結(jié)構(gòu)開裂,排架結(jié)構(gòu)是靜定結(jié)構(gòu)，沉降差不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力。但過大的沉降差，會(huì)使行車梁傾斜過大，會(huì)產(chǎn)生行車的滑軌和卡軌，不僅影響使用，而且也會(huì)產(chǎn)生安全問題。,排架結(jié)構(gòu)行車滑軌,框剪和剪力墻承重結(jié)構(gòu)的情況是不同的，剪力墻的剛度非常大，不均勻沉降引起其傾斜，當(dāng)剪力墻之間產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，會(huì)危害梁板系統(tǒng)的安全，框剪結(jié)構(gòu)在抵抗不均勻沉降能力方面具有框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。 砌體承重結(jié)構(gòu)在不均勻沉降的作用下，墻體會(huì)產(chǎn)生開裂，裂縫的形態(tài)與不均勻沉降的特征有關(guān)，根據(jù)“裂縫向上發(fā)展的方向就是沉降大的方向”的原理，可以很快判斷引起開裂的原因。,長高比過大，正八字縫,層高變化處易出現(xiàn)裂縫,3.土層條件對(duì)沉降計(jì)算的影響,3.1浮力對(duì)附加應(yīng)力的影響 3.2用應(yīng)變比控制沉降計(jì)算深度 3.3沉降與基礎(chǔ)的面積大小有什么關(guān)系？,浮力對(duì)附加應(yīng)力的影響,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002在基礎(chǔ)底面附加壓力計(jì)算的公式中沒有涉及水位和浮力問題，是不是不用考慮水位和浮力的影響呢，如果不考慮的話，與實(shí)際不符，基礎(chǔ)在水位以下采用浮重度。,某筏基面積為3025，板厚2.45m，豎向荷重300000kN，基礎(chǔ)埋深6m，地下水位-5m，混凝土重度取24.5kN/m3，土層0-2m為填土，重度15 kN/m3，2-10m為粉質(zhì)粘土，重度17kN/m3 ，試求基底壓力和附加壓力？,1. 按國標(biāo)計(jì)算， Pk=F+G/A=300000/(3025)+2.4524.5=460kPa, P0= Pk Pc =460-215-317-71=372kPa, 這是標(biāo)準(zhǔn)答案。 2.如果考慮浮力的的話， Pk=F+G/A=300000/(3025)+1.4524.5+114.5=450kPa, P0= Pk - Pc =450-215-317-71=362kPa。,這里又是涉及最基本的概念問題，地下水位以下扣浮力是天經(jīng)地義的事情，不是規(guī)范里說明不說明的問題，規(guī)范里沒有說明白，就沒有方向了，那怎么行呢？其實(shí)規(guī)范里講清楚的僅是一部分，還有更多的問題都沒有講，需要依靠工程師的判斷和經(jīng)驗(yàn)來處理。,就拿附加應(yīng)力來說，規(guī)范里確實(shí)是沒有一個(gè)專門計(jì)算附加應(yīng)力的公式，也沒有專門說怎么考慮浮力的問題，遇到這類問題就不知道怎么辦了？這位網(wǎng)友講出來是好的，精神是應(yīng)當(dāng)表揚(yáng)的，但考慮問題的方法不行，缺乏用基本概念來分析判斷的勇氣，總是不大相信自己的判斷，對(duì)于一些材料上的錯(cuò)誤，也缺乏判斷分析的能力。,其實(shí)你的這兩種方法計(jì)算的結(jié)果應(yīng)該是完全一樣的，如果扣浮力，基底壓力和土的自重壓力都應(yīng)該扣；如果不扣浮力，基底壓力和土的自重都不扣浮力，這樣計(jì)算的結(jié)果應(yīng)該是相同的。 但在你的所謂按國標(biāo)計(jì)算中，Pk沒有扣浮力，但Pc中扣了浮力，兩者怎么能相減呢？如果Pc也不扣浮力，得Pc98kPa，P046098362kPa。就與你的所謂扣浮力計(jì)算的結(jié)果完全一致了。,1）在實(shí)際工作中，當(dāng)上部土層的壓縮模量較小而下部土層的壓縮模量較大時(shí)，計(jì)算深度較小，反之則計(jì)算深度較大。這是不是有點(diǎn)問題？具體的問題我也想不明白。 2）現(xiàn)行的地基規(guī)范還說，當(dāng)滿足應(yīng)變比原則的條件下，若下部出現(xiàn)“較軟弱”土層，則應(yīng)繼續(xù)計(jì)算變形量，這個(gè)“較軟弱”土層的概念是什么？,3.2用應(yīng)變比控制沉降計(jì)算深度,3）在實(shí)際計(jì)算時(shí)，我遇到過持力層下為2米粘土（qc =2.3MPa, fs =100kP)+10多米厚的砂土（qc=12MPa)+粉質(zhì)粘土qc=2.0MPa, fs=75MPa)，12層的建筑，12米基寬，天然地基，可是計(jì)算深度要超過砂土，我不明白。這么好的砂土，剛性足夠了吧？ 4）在實(shí)際計(jì)算時(shí)，我還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會(huì)計(jì)算到應(yīng)力比小于5%的情況，尤其是出現(xiàn)上部土層模量顯著大于下部土層的模量的情況。而下部土層的力學(xué)性質(zhì)也不錯(cuò)，可塑偏硬的土層。,勘察審圖還有一條規(guī)定，估算建筑物的變形，必須采用單孔逐樣進(jìn)行計(jì)算！我也不明白！這樣的話，我們還要分層做什么？那么這個(gè)靜探孔的變形如何計(jì)算？變形估算，為什么不能用層的模量？,變形比方法與應(yīng)力比方法都是確定壓縮層厚度（或者稱為沉降計(jì)算深度）的方法，都是一種近似的假定，可以一般地比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)，但都是可以用的方法。 變形比的方法更能反映土層的條件對(duì)變形計(jì)算結(jié)果的影響。,因?yàn)樽冃伪确椒ㄊ且宰钕旅娴囊粋€(gè)薄層土的變形與以上土層的總變形之比小于0.025為準(zhǔn)。因此采用變形比方法時(shí)對(duì)于深層有好的土層時(shí)，比較容易滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以得到的壓縮層厚度會(huì)比較薄一些，反之則要厚些，這是符合基本概念的，是十分正常的。,你這個(gè)例子是12m寬的基礎(chǔ)，壓縮層厚度與基礎(chǔ)寬度有關(guān)，按規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式估算壓縮層厚度就要18m，怎么不到砂層下面呢？ 你說是你么那里的審圖關(guān)于按單孔計(jì)算沉降的規(guī)定，真有點(diǎn)荒唐，單孔逐樣算出來是什么東西？與建筑物有什么關(guān)系？,3.3沉降與基礎(chǔ)的面積大小有什么關(guān)系？,有人說，基礎(chǔ)的面積大小與沉降呈反相關(guān)關(guān)系，以前也沒太注意這個(gè)問題，想請(qǐng)教高老師及各位同行，如果在同一建筑物中的獨(dú)立承臺(tái)基礎(chǔ)面積不一樣時(shí)，如何量化其沉降的差異？當(dāng)沉降差可能對(duì)建筑物影響大時(shí)，應(yīng)采取怎樣的措施？,這種沒有前提的說法是似是而非的，實(shí)際上，影響沉降的因素非常多，拿一個(gè)單因素出來分析就需要明確其他的條件，才能有個(gè)說法； 如果對(duì)相同的總荷載，基礎(chǔ)