岩土工程的安全度-(上).ppt

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1、岩土工程实践中的安全度问题（注册岩土工程师继续教育）王龙军,岩土工程的发展阶段工程地质勘察岩土工程（地质工程）环境岩土工程,第一阶段：工程地质勘察（土力学与地基基础阶段）理论基础-工程地质学、土力学工作方法-勘探、测试工作成果-工程地质勘察报告至20世纪80年代以前。1925年，太沙基第一本土力学专著的出版，标志着近代土力学的诞生。五十年代，师从前苏联，实行勘察设计模式，计划经济的产物。我国业内人士将其形象地比喻为“只看病，不处方”。平阴黄河大桥钻孔桩基础施工，矿山帷幕注浆研究,第二阶段：岩土工程（地质工程）起源于二战结束以后（1948年，英国岩土工程创刊）发展于欧美等西方市场经济发达国家20

2、世纪80年代后引入我国（1979年12月，岩土工程学报创刊)理论基础-工程地质学、岩体力学、土力学、基础工程学、弹塑性力学与结构力学等工作方法-勘探、测试、分析、设计及治理实践、监测、检测工作成果-满足工程需求的岩土工程实行岩土工程咨询体制，设计是龙头。80年代改制像个真正的医生了，不但要负责给病人做检查，还要负责开处方，对症用药、扎针、动手术等。,第三阶段：环境岩土工程可持续发展理论，科学发展观，和谐社会岩土工程与环境工程学科交叉、融合产生的新的边缘学科，应用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。孙钧等著：城市环境土工学罗国煜等著：城市环境岩土工程周健等著：环境岩土工程更多地融入了

3、环境保护和人地和谐的理念，提倡人与自然界和谐共处。沈珠江：人与自然的关系：适应自然-认识自然-改造自然。代表着未来的发展方向岩土工程的未来取决于它在对环境问题的需求能够找到什么样的工程解决办法。,岩土工程,又称大地工程、地工技术、土力工程、土质工学。Geotechnical Engineering,。按照建筑岩土工程勘察基本术语标准(JGJ8492)的解释,岩土工程是以土力学、岩体力学及工程地质学为理论基础,运用各种勘探测试技术对岩土体进行综合整治改造和利用而进行的系统性工作。按照岩土工程基本术语标准(GBT5027998)的解释,岩土工程是土木工程中涉及岩石、土的利用、处理或改良的科学技术。

4、岩土工程为解决工程问题，将科学方法和工程原理应用于对地壳物质知识的获得、阐明和利用，使地球更适于人类居住的科学。它包含土力学、岩石力学以及地质学、地球物理学、水文学等有关学科的诸多方面。,岩土工程的定义,岩土工程归属于土木工程，属于其重要的一个专业。能不能算是一个学科呢？从某种意义上说，至少它还不是一门成熟的学科(按照学问的性质而划分的门类），而是一种跨越多门学科的综合性工程技术，是多门学科的综合与集成。它实际上是一种工作体制岩土工程体制。服务于工程建设的全过程，是一个完整的工作链。,孙广忠：地质工程学原理于20世纪80年代提出“地质工程”的概念，并认为其基本原理是地质控制论，施工应采用地质监

5、控施工法（其核心是超前预报和超前加固改造）。其座右铭：工程地质工作是认识世界，地质工程工作是在认识世界的基础上改造及保护世界。从广义上说，它是一种大地改造工程。从某种意义上讲，它与岩土工程概念有所雷同。地质工程是对“地质过程的干预”，其含义要远比“地质体的改造”广泛。认为地质工程学是一门新兴的工程学科，它研究如何干预天然发生的地质过程，以有利于改善人类的生存环境和促进生产力的发展。,关于地质工程,岩土工程并不是一门严谨的学科，而是涉及多门学科的综合技术的集成。属于工程技术范畴。岩土工程工作是勘察、设计、施工、监测、监理等一系列工作的总和，贯穿工程的全过程，是系统性工程。从某种意义上说，它是一种

6、工作体制。勘察是基础，设计是龙头，施工是关键，监测是保证。目前人们所从事的岩土工程工作在很大程度上依赖于多年所积累的工程经验和复杂的施工程序。,几点概念,岩土工程的系统性,岩土工程是一个复杂系统，涉及强度与变形、土与结构的共同作用、时空效应、施工工艺等诸多综合性的岩土工程问题。岩土工程是一个动态变化的系统，各种影响因素都在变化之中，而我们还无法对其进行精确的描述。再完美的岩土工程设计也只能算个半成品，另一半则必须求助于复杂的施工程序和优秀的施工艺术。解决系统问题要物理对、事理明、人理通。崇尚概念设计。不求计算精确，只求概念正确。,将会遇到什么样的岩土材料，怎样利用它们；这些岩土材料怎样与不同的

7、客观要求相适应；他们为什么要这样适应？这样的适应是否会随着时间而改变？这些问题的答案与以往的问题或项目有什么样的关系？,岩土工程项目的基本问题,岩土工程三角形（Morgenstern,2000）,Green&Beeker(加拿大)“可以认为，对于特定场地地质的钻探、土与岩石岩性的认定，以及由此选取设计参数，实际上并不是一种精确的科学，而是一种艺术（art）。很多情况下，在很大程度上需要由经验得到的工程判断来解释现场勘察的结果，并获得用于设计的代表性数据。”。“从来没有规范对如何从现场勘探数据选定代表性的岩土工程参数做出硬性的规定。也许这样的规定本身就是不合适的。许多加拿大和美国的岩土工程师反对

8、在规范中规定选择用于设计的代表性岩土工程参数的做法。”“从勘察得到的数据选择设计参数的方法不是一成不变的。,关于获取岩土工程参数,香港土木工程署基础设计与施工（Foundation Design and Construction-Geo Publication No.1/2006，Hong Kong)基于经验的工程判断方法 empirical rules-of-thumb,基于原位测试结果的半经验方法 semi-empirical correlations with insitu test results 基于岩、土力学一般理论的理性方法 rational methods based on s

9、implified soil mechanics or rock mechanics theories 基于先进的数值分析技术的方法advanced analytical(or numerical)techniques 四种方法本身并无优劣之分，而是相辅相成的，应互相参照利用。过去主要靠前两种方法，学科的发展需要加强后两种方法。计算技术的发展使得数值分析方法逐渐走上前台。,关于岩土工程设计方法,岩土工程理论的特点：岩土工程的基础理论分散于各学科理论体系中，关系最密切的当属工程地质学、岩石力学和土力学与基础工程学等。以实用性知识为主，多数是某些假定条件下的近似解。因此，了解其理论的由来和历史至关

10、重要。理论的适用范围偏于狭窄，许多公式的应用必须与前提条件相匹配。理论：概念、原理的体系。是系统化了的理性认识。具有全面性、逻辑性和系统性的特征。科学的理论：是在社会实践基础上产生并经过社会实践检验和证明的理论，是客观事物的本质、规律性的正确反映。,理论导向，实测定量，经验判断，监测验证,工程判断是在理论导向的前提下，以工程经验作为基础来进行的。经验：感性经验，理性经验半经验方法：基于理论的导向性，根据分析结果，和以往的工程经验，采用科学的方法做出工程判断。半经验方法经历了历史的考验，已经成为岩土工程实践的主要特点。,工程判断与半经验方法,监测工作是确保工程成功的重要基础，是积累工程经验的重要

11、手段。也是对工程判断的检验。引入先进的数值分析方法，是深入研究岩土工程问题的正确方向，现代化的计算机技术的飞速发展给数值分析方法带来了无限的空间。岩土工程的反演分析需要大量、丰富的监测数据资料。数学方法的成功应用是学科成熟的标志。注意的问题：模型是否合理？能否代表实际的情况。参数是否合适？参数与模型是否匹配？,监测验证与数值分析方法,当前的方法半经验法、观察法 动态设计、信息化施工。运用系统工程的理论和方法处理岩土工程问题是一个重要的研究方向未来的岩土工程理论知识会逐渐趋向概念化和简约化，但并不排斥精细、复杂的试验和先进的数值分析方法。后者将大大促进各门学科的发展，从而不断提高岩土工程的整体水

12、平。哲学在岩土工程中的应用杨振宁：物理学的尽头是哲学钱学森：一切科学的终极发展马克思主义哲学,发展趋势,学习了工程安全度的理论和技术标准中有关安全度的各种规定之后，讨论岩土工程实践中的安全度问题。讨论工程安全度的控制与风险、影响岩土工程安全度的因素，包括体制的因素和技术的因素。岩土工程是全过程的技术服务，包括勘察设计阶段的安全度控制、施工与运营阶段安全度的实现及可能存在的风险分析。,主要内容,一.岩土工程安全度与主体工程结构安全度二.在岩土工程勘察、设计工作中，对安全度的控制三.在工程施工和运行过程中，安全度的实现四.岩土工程的风险评估与控制,一.岩土工程安全度与主体工程结构安全度,1.岩土工

13、程是主体工程的一部分，岩土工程的安全度需与主体工程安全度协调、安全等级的协调、安全储备的协调、设计原则的协调。2.上部结构的恒载和可变荷载最终由基础传给地基，地基基础设计必须与上部结构设计相协调。3.岩土与主体结构的协同作用，设计时如何考虑岩土作用于结构的荷载和土的变形对结构物的作用。,岩土工程安全度与主体工程安全度的协调一致性,定义极限状态承载力极限状态与正常使用极限状态，地基与建筑物作为整体考虑极限状态R抗力函数；S作用函数极限状态方程 RS安全度控制方法两者之比称为安全系数KR/S两者之差称为安全储备ZRS,设计原则定值法单一安全系数法、容许应力法、多系数法概率法分项系数法、全概率法现行

14、规范的主体工程结构设计原则主要采用分项系数法现行规范的岩土工程设计原则是多种设计原则并用因此，岩土工程设计时必须特别注意设计原则的一致性。,第条 地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：1.按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载应应按正常使用极限状态 下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。2.计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。3.计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及稳定及滑坡推力

15、时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。4.在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力级限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。5.基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。,岩土工程与上部结构设计的关系,地基基础与上部结构无论在使用功能、荷载传递或者建筑施工方面都是不可分割的整体。设计时从上部结构到地基基础，逐步传递荷载

16、，始终保持各部分构件的静力平衡和满足强度变形的要求。从技术上和体制上讨论岩土工程与上部结构设计的关系。,技术上如何协调不同的设计原则？,由于技术发展的侧重面不同，上部结构和地基基础的设计方法处于不同的发展阶段。上部结构比较早地开始实行了向概率极限状态设计的过渡，而地基基础则仍处于总安全系数设计阶段，甚至有些部分尚停留在容许应力设计阶段。国际上是如此，我国亦是如此。,实际设计工作需要上部结构和地基基础实行统一的设计方法，统一的荷载规定，统一的安全度衡量标准。目前由于上部结构与地基基础设计原则的不统一，各种规范执行不同的荷载规定，设计值与标准值混用；不同规范按不同的安全度标准建立评价体系，给设计人

17、员带来太多的麻烦，造成很多误解。其结果是要么可能造成浪费，要么可能造成潜在的危险。,上部结构设计验算承载力时，荷载统一地采用设计值，抗力采用材料的强度设计值，没有任何的悬念。地基基础设计中，验算地基承载力问题时，由于地基承载力采用的是容许值，要求荷载取值，即基底压力必须采用标准值。但验算基础结构的承载力时，由于材料强度用的是设计值，荷载取值必须也采用设计值与之匹配。,单桩承载力验算时，对于验算由地基土对桩的支承所构成的承载力，与之相应的轴力是标准值，但由桩身强度构成的承载力验算时必须用轴力的设计值。因此用下面的公式计算时标准值与设计值的不同取值和不同的适用条件。,有人问，根据对单桩极限承载力的

18、估计，计算桩的静载荷试验的最大试验荷载时，如何验算试验荷载是否会破坏桩身？单桩极限承载力5000kN，用最大试验荷载5000kN验算桩身强度，桩身材料强度用设计值还是标准值？,在基坑工程设计时，问题与地基基础设计正好相反，由土的强度指标计算得到的土压力是标准值，围护结构的内力也是标准值，但围护结构的材料强度却是设计值。在地基基础设计时，设计表达式两端不匹配会造成浪费；而基坑工程设计时，设计表达式两端不匹配则会造成安全度下降。,荷载与抗力没有匹配的案例,基本数据,基底面积4471平方米高层建筑地上29层，地下3层基坑面积2600平方米基坑周边长260m开挖深度12.35m地下连续墙厚600mm，

19、深24m四道支撑，第一道钢筋混凝土支撑，其余三道609mm12mm的钢支撑,基坑围护结构剖面,支撑的位置插入深度地面施工荷载坑底注浆加固,垮塌的一角,围护结构失效的后果,约40m长的围护结构后倾，墙底向内翻，基坑底土体隆起支撑结构体系失稳破坏邻近道路塌陷，塌陷面积约500平方米，最深处67m，滑动体后座切口竖直平整煤气管破裂，煤气大量外溢切断两根光缆干线破坏电力电缆、电车电缆、自来水管与下水管道大面积停气、停水、停电，交通中断,连续墙后倾，支撑挠曲,相邻路面下沉,回填黄砂抢险,事故有预兆,监测数据显示，事故发生前二周，邻近道路沉降速率最大已达15cm/d事故前一天的半夜，发现基坑底部出现土的局

20、部上涌，钢支撑发出吱吱声音上午7时，事故突然发生,对事故原因的分析,支撑与连续墙之间直接连接，没有设置围檩，由于支撑与围护结构不正交，无足够承受剪力的构造节点支撑连系杆节点设置不当，连系杆形同虚设插入深度不足和围护结构强度不足施工超挖，未做注浆加固监测未及时报警管理混乱，对事故预兆不重视，没有及时处理,事故发生后，对设计计算书进行复核的结果表明，设计安全度不足。用土压力计算得到的围护结构内力弯矩、剪力是什么性质的作用取决于计算土压力所用抗剪强度指标的性质。如果采用抗剪强度指标标准值计算的土压力，其设计属性是标准值。该工程计算土压力所依据的现行规范所给出的抗剪强度指标是标准值。,因此，设计表达式

21、中的作用是标准值，但根据钢筋混凝土规范，设计表达式中的抗力项是用混凝土的抗拉强度设计值和钢筋的抗拉强度设计值。这样的设计表达式存在什么问题？作用是标准值，抗力是设计值，是荷载未乘大于1的分项系数。围护结构设计安全度不足的原因是设计表达式两边的作用与抗力不匹配；,地基基础设计时，确定浅基础的平面尺寸、桩数等地基设计项目采用定值法，包括容许应力法和总安全系数法。例如地基承载力特征值（容许值）、单桩极限承载力除以安全系数得单桩承载力特征值（容许值）。抗力的性质是容许值，标称标准值或特征值；因此，荷载应采用标准值。如果荷载误用设计值，设计的安全度过高。,确定浅基础的高度、基础配筋、筏基结构设计、桩身强

22、度验算、承台结构设计等项目采用分项系数描述的设计表达式。因此，抗力采用设计值；荷载也采用设计值。如果荷载误用标准值，设计的安全度将会过低，偏于危险。,由于我国现行的体制是勘察与设计分离的体制，地基基础的设计工作和地质资料的调查工作是分别在两个不同的专业、不同的单位来完成的，并以勘察报告作为勘察与设计工作交接的法律文件。这种体制造成勘察人员不了解设计的要求，勘察工作带有某种程度的盲目性；设计人员对勘察报告结论的过分依赖，地基基础设计的过分简单化，都对工程安全度控制产生非常不利的影响。,上部结构荷载最终由基础传给地基，地基基础设计必须与上部结构设计相协调,地基基础设计，包括地基持力层承载力计算、软

23、弱下卧层验算、沉降计算、基础结构验算所用的荷载，必须是上部结构设计的结果，包括柱或墙根部的竖向力、水平力和弯矩。按每层的荷载估计值计算的结果，只能供编制勘察方案之用，不能用以做地基基础设计。,岩土作用于结构的荷载与岩土的变形对结构物是一种作用,有些结构物（如地下室、隧道、支挡结构、堤坝结构）设计时，岩土（包括岩土层中的水）作用于结构物的荷载成为控制设计安全度的主要荷载，包括土压力、水压力、浮力、扬压力。注意这些根据土力学原理计算得到的荷载，按其性质是标准值，不能直接与结构抗力（其性质是设计值）进行比较。,岩土的变形是建筑物的正常使用极限状态验算的“作用”，也是造成建筑物承载力极限状态的“作用”

24、之一。建筑物承受变形的能力，即允许变形值，是极限状态验算时建筑物的“抗力”。规范中的允许变形值，有些是正常使用极限状态验算的抗力，有些则是承载力极限状态的抗力。,建筑物变形控制与承载力控制的主要差别是什么？变形控制的作用是地基施加于建筑物的变形；而建筑物对变形的抵抗能力与结构体系的类型、结构的刚度、建筑物的体型、平面与立面的布置形式等建筑、结构因素密切相关，确定允许变形值是最困难的，现行规范总结的大多是四十年前的经验数据。,关于变形控制的典型案例,上海展览馆留下的话题发生在上一世纪五十年代的故事沉降了1600mm的大厦 是怎么了？,上海展览馆,总高九十六米一九五四年五月开工当年年底平均沉降六十

25、厘米一九五七年六月实测最大沉降一百四十六厘米最小沉降一百二十二厘米,沉降时间曲,箱形基础的基本数据,箱形基础高度：7m基础平面尺寸：46.5m46.5mm埋置深度：0.5m基础底面总压力：130kPa,持力层的载荷试验曲线,从载荷试验曲线上取用的地基容许承载力为：150kPa,1953年10m浅孔剖面,第一层填土，0.240.5m第二层黄褐色粉质粘土，坚硬至可塑，0.961.16m第三层棕黄色粘土，可塑，1.602.60m第四层灰色粉质粘土，可塑，2.26.3m第五层灰色粘土，可塑，未钻穿,展览馆邻近的地质剖面,事 后 诸 葛 亮,如果当时计算了沉降就不敢这么做了只由持力层承载力控制，下卧层的

26、地基承载力没有满足要求过大沉降是由超大面积的基底荷载引起的,沉降验算的重要性只满足持力层承载力还不够，需要考虑下卧层的承载力超大面积荷载必然引起超量的沉降,展览馆沉降的发展,施工期间沉降速率：5.4mm/d3.4mm/d施工完成后一年：0.7mm/d施工完成后二年：0.3mm/d施工完成后三年：0.1mm/d,46年后，2000年8月，对展览中心进行抗震鉴定时，实测建筑物的倾斜 为3.7。由于水准点已不复存在，无法知道最终沉了多少，遗憾！,为什么沉降那么大？,基础底面压力大，土中应力水平高基础面积大，压缩土层相对较薄，应力沿深度衰减比较慢软弱下卧层应力水平过高，可能发生局部的水平挤出,基础底面

27、附加压力124kPa至主要压缩层底处，附加应力还有70kPa 在软弱下卧层顶面处，附加应力仍有120kPa，远大于该层的承载力,沉降的估算,根据上海的经验，当基础底面附加压力大于100kPa时，沉降经验修正系数取1.3，则得最终计算沉降量为1892mm,几栋大楼的比较,几栋大楼数据的比较,关于沉降计算的一些问题,勘察报告中如何提供沉降计算所需要的压缩性指标？需要不需要对压缩层中每个土层提出综合的压缩曲线？怎样计算差异沉降？角点的附加应力如何计算？勘察报告中需要提出沉降计算结果吗？,二.在岩土工程勘察、设计工作中，对安全度的控制与风险,勘察设计阶段是控制工程安全度的主要阶段，如果在设计阶段的安全

28、度控制就有缺陷，设计安全度不足，或者对岩土体的工程性状的认识有偏差，设计参数的取值存在问题，或者设计计算模式没有反映工程的主要机理，安全系数的取值过低，或者甚至发生漏项和缺项。勘察和设计从设计参数的取值和设计计算两个方面来控制岩土工程的安全度，核心问题是安全系数。,1.安全系数的取值与破坏计算模式有关，不同的工程问题、不同的计算模式，安全系数的取值是不同的。例如，地基承载力的安全系数为23，而挡土墙的抗滑稳定安全系数仅为1.3。并不表示地基承载力问题的安全度高于挡土墙的抗滑稳定性。因此不同破坏计算模式的安全系数之间，不能相互比较安全系数的大小。我国对安全系数的取值考虑工程具体情况太少，因地制宜

29、不够。,2.安全系数的取值与抗力的确定方法有关。对相同的破坏计算模式，确定抗力的方法不同，抗力的可靠性不同，应该取用不同的安全系数。例如，欧洲规范对单桩承载力的安全系数，用载荷试验确定的单桩承载力，由于数据比较可靠，可以采用比较小的安全系数。我国的港口工程桩基规范，也有相似的规定。,3.安全系数的取值与岩土参数的试验方法有关，当采用不同的抗剪强度指标计算时，安全系数的取值是不同的。例如，如果采用预固结以后的试样做不固结不排水试验，得到的不排水强度cu会有很大的提高，如果利用这样的试验结果计算地基的稳定性，就不能采用与传统的试验结果计算时相同的安全系数。,4.安全度控制风险的影响因素。客观的因素

30、，取土试验过程中对试样的扰动、试验方法的不标准、试验结果的缺乏代表性、试验结果分析计算方法的不标准等因素都会影响对设计安全度的控制。主观因素，工程师对试验结果的评价与分析，对代表性指标的取用、对计算模式的选用等都会使得工程师对安全度的控制偏离预期的期望值。,岩土工程安全度控制的关键是在勘察设计阶段。岩土工程设计时，计算岩土抗力的强度参数，并不是像上部结构材料那样，可以从技术标准中查到；由岩土所构成的荷载，也不可能从荷载规范得到。这些都需要通过岩土工程勘察，由试验、测定和经验判断取得。因此设计参数的取值是否符合设计的具体工程条件，是否反映了地质条件的特点，都直接影响安全度的控制。但体制现状却非常

31、不利于安全度的控制。,设计参数对工程风险的影响,岩土工程参数分析与选定是岩土工程勘察内业工作的重要组成部分，是对原位测试和室内试验的数据进行处理、加工，从中提出代表性的设计、施工参数，作为岩土工程勘察分析评价的重要依据。岩土工程参数分析的内容包括对原始数据的误差分析和有效数字的取舍，数据统计特征的分析，平均值和标准值的计算，参数间经验公式的建立及其图表表示方法。,由于岩土体是自然形成的，其成分、结构和构造都是非均质的和不确定的，勘察时的钻孔或原位测试所取得的土样或数据都有相当大的偶然性，采样必然带有随机性。因此，岩土工程参数的分析方法必须建立在随机数学的基础上，采用统计的方法获得具有代表性的参

32、数，对于岩土工程参数也只能从统计的概念上去理解，才能正确地使用。,对同一个岩土体，用同一种方法测定的岩土参数，每次的测定值并不完全相同，有时的分布范围还相当广，如何从中得到代表性的参数，需要研究这些数据的分布规律。将测定值按数值大小从小到大依次顺序排列，就得到变量的数列，称为值序统计量，形成一个经验的分布，这是定量研究的基础。需要岩土工程师具有分析不确定性的视野和能力，具有风险分析的能力。,岩土参数的标准值是岩土工程设计的基本代表值，是岩土参数的可靠性估值。国家标准岩土工程勘察规范给出了岩土参数标准值 的计算公式。这是采用统计学区间估计理论基础上得到的关于参数总体平均值置信区间的单侧置信界限值

33、。,关于统计样本容量的讨论,岩土参数的统计分析时，样本容量的大小对计算的结果有一定的影响，而样本容量的大小又与取土的数量有关，涉及勘察工作量的布置。为了防止取土过少的极端情况的出现，在技术标准中规定最少取土数量是需要的。,从统计的角度看，样本容量越大，数据的代表性越好，计算结果的可靠性高，代表性指标的取值就比较经济。但考虑到勘察的外业工作量和试验工作量过大，勘察费用就比较高，限制了取土的数量，样本容量一般并不太大，通常都作为小样本来处理。当然，当样本容量过小时，虽然在统计上有办法处理，但代表性太差，并使参数的取值太低，也不合理。,样本容量的大小反映了人们对客观事物了解的详细程度。对于变异系数较

34、小的指标，可以容许用较小的样本容量；如果指标的变异系数比较大，则应取更多的样本容量以便能更详尽地了解指标的离散情况。当然，样本容量越大，所需的勘探试验费用也越大，但在统计修正系数的取值上可以使设计参数取得更合理，以便可以有把握地降低工程造价。因此在确定取土试验数量时要综合考虑技术和经济两个方面。,根据统计学的原理，确定样本容量的公式为：式中 标准差；第一类错误的界限值；第二类错误的界限值；参数的容许误差。,所谓第一类错误是指应该接受的假设被错误地拒绝了，所谓第二类错误是指应该拒绝的假设却被错误地接受了。通常取第一类错误的概率为0.05,第二类错误的概率取为0.20。在这样的条件下得到样本容量和

35、/的关系见表。从表可以看出，当样本容量为6时，容许误差和标准差一样大，当样本容量减少到5时，相对误差增大了10%。,岩土参数的取值必须与设计计算的方法和计算条件相匹配，这是参数取值的一个基本准则。但在目前有些技术标准和技术工作中却并没有很好地遵循这一原则。这部分由于体制性的原因，也有技术性的原因。,在太沙基的岩土工程咨询体制中，是在上部结构设计到一定的深度，已经明确了传至结构底部的荷载和结构尺寸的条件下，由岩土工程师提出取土、勘探和试验的要求，根据外业的资料，由岩土工程师进行综合分析，并进行地基基础的设计。岩土工程师事务所和建筑事务所、结构事务所、设备事务所一起共同完成工程设计的任务。这种体制

36、不存在我们目前许多面临的许多结构性弊端。,地基基础设计的重要设计参数地基承载力的确定，对工程的安全与经济，影响非常大，但目前对地基承载力的认识，确定地基承载力的方法却存在许多有待改进之处。地基承载力的确定和应用，对建筑物地基基础安全度的控制是重要的环节。在认识上将地基承载力仅仅看作是反映地基土性质的一种指标，在确定方法上看成是地基基础设计前已经可以确定的一种参数，要求在勘察报告中提出。,例如，在目前的岩土工程勘察报告中，地基承载力是一个十分重要的设计参数。地基承载力反映了土层抗剪强度的高低和地质条件的影响，但地基承载力并不是唯一取决于土的工程性质的一个指标。地基承载力同时又与基础的埋置深度及基

37、础的尺寸密切相关，它是在地基基础设计过程中，反复迭代的结果，是在地基基础设计过程中才能最后确定的设计参数。,但按照目前我国的现行体制，地基承载力是在勘察阶段确定，并在勘察报告中提出来的结论性意见，设计人员只能根据勘察报告的结论进行设计，没有变更地基承载力数值的权力。这就将本来是一个控制安全度的统一设计决策过程割裂开来，成为一个提数据，一个用数据的问题，成为双方规避责任的焦点。勘察人员由于不清楚设计条件而带有盲目性，设计人员由于不清楚地质条件而无法发挥能动性。,在现行体制下，如何加强岩土工程安全度的控制？勘察、设计人员的协调与互动，是克服安全度控制中所存在问题的一条比较好的途径，希望能够引起我国

38、岩土工程界的重视，采取一些措施，克服勘察与设计的分离、设计人员要重视和积极配合岩土工程勘察工作，向前延伸；勘察人员要向后延伸，将工作贯穿于整个的地基基础设计工作中，将体制的弊端最小化。,应提供什么样的单桩承载力？,对于采用桩基的工程，单桩承载力也是勘察阶段应该提供的主要设计参数。由于有些审图人员不了解设计的过程和要求，以致对勘察报告中提供的是什么样的单桩承载力也产生了歧义。有的审图人员要求在勘察报告提供单桩承载力时，对 液化土层的桩侧摩阻力必须乘以折减系数；还必须扣除负摩阻力。,究竟需要不需要对勘察报告中提供的单桩承载力进行液化折减和扣除负摩阻力？这个问题比较典型地反映了由于勘察与设计的脱节，

39、在勘察阶段提供设计参数的盲目性已经到了非常严重的程度。设计要求在勘察报告中提供的单桩承载力，首先是为静态设计用的，要求所提供的单桩承载力能反映工程场地的地层特点，按照各土层的基本性质提供经验值，或者根据地区积累的试桩资料得到的经验值。,既然首先是为静态设计用的，提供勘察报告时当然不应该考虑液化折减的问题。即使是地震区，也有相当一部分采用桩基的建筑物符合不需要进行抗震验算的条件，亦即静态设计起控制作用。对于需要作抗震验算的桩基工程，在抗震验算时也需要区别两种不同的设计工况，,抗震规范规定按两种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计。第一种情况是桩承受全部地震作用，单桩抗震承载力比非抗震设计时的单

40、桩承载力提高25，液化土桩周摩阻力乘折减系数；第二种设计情况是地震作用按水平地震影响系数最大值的10采用，单桩抗震承载力比非抗震设计时的单桩承载力提高25，但应扣除液化土层的的全部摩阻力。,从抗震规范的规定可以看出，设计时需要的是“不打折减的单桩承载力”，而且设计时还首先提高了25，然后才对液化土层的摩阻力考虑进行折减或全部扣除。如果勘察报告提供的单桩承载力已经经过了折减，或者已经扣除了负摩阻力，那设计人员所依据的单桩承载力就已经不是抗震规范所要求的单桩承载力了，这还行吗？,工程勘察时所预估的土层对桩所能提供的桩侧摩阻力和桩端阻力，是根据桩周土的工程性质来估计的，这种单桩承载力是地基基础设计的

41、基本资料。如果勘察报告中所提供的单桩承载力中已经采用了折减系数或扣除了负摩阻力，那参数的内涵与设计的状况已经不相匹配，这种参数怎么能用于静力设计和抗震验算呢？所以，这是涉及勘察工作提供的设计参数是否符合安全度控制要求的问题。,设计荷载对安全度控制的影响,岩土本身所产生的荷载，不论是作用于结构物或作用于岩土体上，其计算模式的正确与否，对安全度的控制是至关重要的。岩土本身所产生的荷载，一般也是采用岩土参数，选用一定的计算模式进行计算的结果，例如土压力、水压力、作用于土体或建筑物的浮力、作用于基础底板的反力、作用于土体的渗透力等。,影响荷载计算结果正确性的因素计算模式，计算假定是否反映了实际工程的主

42、要控制因素？例如是空间问题还是平面问题、是弹性半无限体还是Winkler体系？计算工况，计算工况是否符合工程实际条件与自然条件？例如结构的支承、约束条件，水的作用条件。计算参数，计算参数反映在工程具体条件下的岩土基本属性与工况的影响？例如抗剪强度指标的选用、土的重度的选用等。,设计荷载取用错误的案例,群锚破坏,建筑物地面28层，地下四层，采用锚杆的深基坑，开挖深度20.5m，地下水位36m。钻孔灌注桩直径800mm，间距1000mm，长度25m，入土5m。设3道锚杆，倾角25，锚杆间距2m。,发生群锚破坏第一道锚杆被拔出，桩折断48根，桩折成三段，断在第二、第三道锚杆处。第二、第三道锚杆锚头拉

43、脱，腰梁扭断。坑边堆放的300t钢材连同桩和土体一起滑向坑底。,事故原因,荷载计算错误锚杆的拔力由土压力计算求得计算土压力的基本假定是平面应变问题计算任意断面1延米长度的土压力然后，按照结构物的长度确定土压力合力,根据这个工程的具体条件，锚杆在基坑长度方向的间距是2m。按土压力计算的结果应乘以2，再除以3，得到每根锚杆需要承受的拔力。但设计者没有乘以2，直接除以3作为每根锚杆应承受的拔力。拔力少算了一半，将工程变为一个群锚的极限试验。,方案选择不当的案例,方案对安全度的控制是全局性和关键性的环节。在软土地区采取放坡深开挖方案的案例夯扩桩的使用不当的案例,引水箱涵深开挖失稳,由4孔箱涵组成，单孔

44、尺寸为3.25m3.60m，因穿越河流而深埋，深埋段总长75m地面标高4.24.7m，设计基坑底面标高5.33m，开挖深度近10m10m深的放坡开挖的基坑的失稳事故,按三级放坡，从上至下依次为1:1.5、1:2 和1:3，变坡处留1.0m宽的马道二级轻型井点降水采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘12m15m,滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高6m第一级井点向基坑中移动13m,土层的工程性,1.在软土地区，10m的深基坑采用放坡开挖方案，整体稳定性安

45、全度控制相当困难2.采用高压水冲法施工，在坡顶设置沉淀池，加大了地面荷载；高压水对坑底土的扰动影响难以估计3.采用1:3的缓坡，误以为坡率平缓就不会发生滑坡破坏其实在坡面非常平缓的条件下，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏。,4.对挖方边坡的失稳规律没有充分的认识 卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间5.没有进行必要的边桩位移监测,加载与卸载的比较,夯扩桩方案使用不当,在20世纪90年代初，岩土工程界开始推广夯扩桩，由于造价低廉而受到青睐，发展到后来，不管地质条件是否适用，盲目地大量采用。90年代中，便发

46、生了一幢18层楼的高层建筑，因采用夯扩桩，桩基发生整体失稳而被爆破拆除的事故。,某栋新建的18层住宅楼，在结构封顶以后由于建筑物桩基整体失稳，导致该楼发生严重倾斜，其顶端倾斜的水平位移达2884mm。为根除工程质量隐患，在采取工程补救措施无效后，对该楼实施整体定向爆破拆除。成为桩基严重事故的第一例。,建筑物体型为十字形的点式楼，基础底面积约800m2，地上18层，地下1层，总高度56.6m，钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用夯扩桩基础，设计桩径480mm，施工桩长1620m，桩端持力层粉细砂，桩端进入持力层约0.8m。工程于1995年1月进行桩基施工，共完成336根夯扩桩。1995年4月初开始开挖

47、基坑土方，9月中旬完成主体工程结构封顶，11月底完成室外装修和部分室内装修。,地貌属长江一级阶地，地势平坦，表层填土，其下为9.414.4m的厚层淤泥及2.22.4m的淤泥质粘土，有机质含量达30，再下为 稍密中密的粉细砂。在这样的地质条件下，能否采用夯扩桩呢？当年，正是夯扩桩风行的年代，这个案例给了最好的说明。,事故概况：1995年12月3日，突然发现建筑物向东北方向明显倾斜。建筑物顶端的水平位移470mm，在东北方向的沉降量55mm，而西南方向仅沉5mm。,采取抢救措施，在沉降量小的一侧加载500吨，在沉降量大的一侧挖土卸载，还进行了粉喷桩和注浆加固，并打了7根锚杆静压桩。建筑物在12月2

48、1日突然转向西北方向倾斜，至12月25日，建筑物顶端的水平位移已达2884mm，整栋建筑物的重心偏移了1442mm。决定于12月26日爆破拆除。,事故原因分析：1.桩型用错了，在厚层淤泥中不能采用夯扩桩，把土层的结构都破坏了，将工程桩挤歪了。2.基坑开挖时未分层挖土，桩发生偏移。3.172根桩的偏位超过允许偏差，最大偏位达1700mm。4.底板的标高抬高2m，在倾斜的桩上接长，形成偏心的桩轴力。5.形成了不稳定的机动体系。,前面主要讨论了岩土工程安全度控制的两个主要问题，第一个是岩土工程与上部结构的关系，要放在整个工程体系中来考虑和分析岩土工程的安全度控制问题；第二个是在岩土工程勘察和设计阶段的安全度控制，从安全度控制来说，不能再分勘察与设计两个阶段了，必须统一考虑和分析。下午将讨论施工和运营阶段安全度的实现与保证，以及有关风险控制和体制改革的发展前景。,