l岩土工程评价与设计方法讲座岩土工程评价与设计方法讲座第一部分岩土工程评价方法第一部分岩土工程评价方法同济大学同济大学 高大钊高大钊 20112011年年3 3月月 引引言言l2010年年6月，月，岩土工程勘察与设计岩土工程勘察与设计岩岩土工程疑难问题答疑笔记整理之二土工程疑难问题答疑笔记整理之二脱稿交付人民脱稿交付人民交通出版社出版。这本书与交通出版社出版。这本书与土力学与土力学与岩土工程师岩土工程师岩土工程疑难问题答疑笔记整理之岩土工程疑难问题答疑笔记整理之一一是姐妹篇，共同记叙了六年来，我国是姐妹篇，共同记叙了六年来，我国岩土工程界网友在中国工程勘察信息网岩土工程界网友在中国工程勘察信息网上，切磋、讨论技术问题的主要历程和上，切磋、讨论技术问题的主要历程和内容，共约内容，共约100余万字篇幅。余万字篇幅。l概括起来，这两本书里，网友提出了四概括起来，这两本书里，网友提出了四个类型的问题：现行体制与岩土工程体个类型的问题：现行体制与岩土工程体制、岩土工程师需要的土力学素养、岩制、岩土工程师需要的土力学素养、岩土工程勘察、岩土工程设计。土工程勘察、岩土工程设计。l其中，岩土工程勘察包括钻探、原位测其中，岩土工程勘察包括钻探、原位测试、土工试验等勘探的实务工作和资料试、土工试验等勘探的实务工作和资料分析、综合评价工作两个部分。分析、综合评价工作两个部分。第一部分第一部分岩土工程评价方法岩土工程评价方法l一一.岩土工程评价与岩土工程设计的岩土工程评价与岩土工程设计的基本要求基本要求l二二.岩土工程设计参数的统计分析与岩土工程设计参数的统计分析与评价方法评价方法l三三.地下水位评价与地下室抗浮验算地下水位评价与地下室抗浮验算方法方法l四四.抗剪强度指标的评价与大面积堆抗剪强度指标的评价与大面积堆载的稳定性验算载的稳定性验算l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l六六.岩土工程设计荷载取值与安全度岩土工程设计荷载取值与安全度控制方法控制方法l七七.基础方案建议与地基基础设计的基础方案建议与地基基础设计的基础选型基础选型第二部分第二部分岩土工程设计方法岩土工程设计方法l一一.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二二.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三三.单桩、群桩的承载力与桩基础设计单桩、群桩的承载力与桩基础设计l四四.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五五.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六六.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七七.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. .岩土工程评价与岩土工程设计岩土工程评价与岩土工程设计的基本要求的基本要求l岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范对勘察报告的内容对勘察报告的内容提出了如下的规定：提出了如下的规定：l1.1.勘察目的、任务要求和依据的技术标勘察目的、任务要求和依据的技术标准；准；l2.2.拟建工程概况；拟建工程概况；l3.3.勘察方法和勘察工作布置；勘察方法和勘察工作布置；l4.4.场地地形、地貌、地质构造、岩土性场地地形、地貌、地质构造、岩土性质及其均匀性；质及其均匀性；l5.5.各项岩土性质指标，岩土强度参数、各项岩土性质指标，岩土强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；变形参数、地基承载力的建议值；l6.6.地下水埋藏情况、类型、水位及其变地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；化；l7.7.土和水对建筑材料的腐蚀性；土和水对建筑材料的腐蚀性；l8.8.可能影响工程稳定性的不良地质作用可能影响工程稳定性的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价；的描述和对工程危害程度的评价；l9.9.场地稳定性和适宜性的评价。场地稳定性和适宜性的评价。l上述上述9项要求中，第项要求中，第4第第9项的要求都是项的要求都是分析、评价。评价构成了岩土工程勘察分析、评价。评价构成了岩土工程勘察报告的基本内容和结论。报告的基本内容和结论。l但什么是分析、评价？但什么是分析、评价？l分析、评价的目的是什么？分析、评价的目的是什么？l怎样做分析、评价？怎样做分析、评价？l评价与设计有什么区别？评价与设计有什么区别？l这些都是我们需要弄清楚的问题。这些都是我们需要弄清楚的问题。l在现实的勘察工作中，至少在我的论坛在现实的勘察工作中，至少在我的论坛上所反映出来的问题中，显示了部分业上所反映出来的问题中，显示了部分业内人士在不同程度上存在着一些值得重内人士在不同程度上存在着一些值得重视的问题：视的问题：l1.对参数统计评价的基本前提不是很清对参数统计评价的基本前提不是很清楚，例如：力学层与地质体之间是什么楚，例如：力学层与地质体之间是什么样的关系？对力学层为什么要作均质体样的关系？对力学层为什么要作均质体的假定？什么是异常数据？异常数据如的假定？什么是异常数据？异常数据如何剔除？如何使用经验关系？何剔除？如何使用经验关系？l2.对岩土工程评价与岩土工程设计的区对岩土工程评价与岩土工程设计的区别不是很清楚，例如：评价与设计的前别不是很清楚，例如：评价与设计的前提条件有什么区别？评价的前提是对地提条件有什么区别？评价的前提是对地质条件的探明，而设计的前提是明确工质条件的探明，而设计的前提是明确工程条件；评价为设计提供对地质条件的程条件；评价为设计提供对地质条件的理性认识；评价时进行一些计算的目的理性认识；评价时进行一些计算的目的是什么？什么是适度量化和有条件的量是什么？什么是适度量化和有条件的量化化?评价的结论与设计的结果有什么不评价的结论与设计的结果有什么不同？评价是对现有地质条件的分析和预同？评价是对现有地质条件的分析和预测；设计是对拟建工程的谋划与安排。测；设计是对拟建工程的谋划与安排。l3.岩土工程勘察的审图应该把握什么问岩土工程勘察的审图应该把握什么问题，是否存在过度的定量计算的要求？题，是否存在过度的定量计算的要求？评价的深度如何掌握？如何正确地理解评价的深度如何掌握？如何正确地理解岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范对岩土工程评价对岩土工程评价的要求？在勘察阶段能否以设计规范作的要求？在勘察阶段能否以设计规范作为审图的依据？评价的依据是勘察规范，为审图的依据？评价的依据是勘察规范，而设计的依据是设计规范，两者不能混而设计的依据是设计规范，两者不能混淆。淆。二二.岩土工程设计参数的岩土工程设计参数的统计分析与评价方法统计分析与评价方法l 岩岩土土工工程程参参数数统统计计分分析析与与取取值值是是岩岩土土工工程程勘勘察察内内业业工工作作的的重重要要组组成成部部分分，是是对对原原位位测测试试和和室室内内试试验验的的数数据据进进行行处处理理、加加工工，从从中中提提出出代代表表性性的的设设计计、施施工工参参数数，作作为为岩岩土土工工程程勘勘察察分分析析评评价价的的重重要要依据。依据。基本观点基本观点l由由于于岩岩土土体体是是自自然然形形成成的的，其其成成分分、结结构构和和构构造造都都是是随随机机的的和和不不确确定定的的，勘勘察察时时的的钻钻孔孔或或原原位位测测试试所所取取得得的的土土样样或或数数据据都都有有相相当当大大的的偶偶然然性性，采采样样必必然然带带有有随随机机性性。因因此此，岩岩土土工工程程参参数数的的分分析析方方法法必必须须建建立立在在随随机机数数学学的的基基础础上上，采采用用统统计计的的方方法法获获得得具具有有代代表表性性的的参参数数，对对于于所所得得到到的的岩岩土土工工程程参参数数也也只只能能从从统统计计的概念上去理解，才能正确地使用。的概念上去理解，才能正确地使用。参数分析的内容参数分析的内容l岩岩土土工工程程参参数数分分析析的的内内容容包包括括对对原原始始数数据据的的误误差差分分析析和和有有效效数数字字的的取取舍舍，数数据据统统计计特特征征的的分分析析，平平均均值值和和标标准准值值的的计计算算，参参数数间间经经验验公公式式的的建建立立及及其其图图表表表表示方法。示方法。6.16.1如何理解参数的统计修正系数如何理解参数的统计修正系数l6.1.A6.1.A统计修正系数计算时，公式括号中的正统计修正系数计算时，公式括号中的正负号如何选择？不利组合具体情况下怎么考虑负号如何选择？不利组合具体情况下怎么考虑？除了抗剪强度取负值外，还有那些指标通常？除了抗剪强度取负值外，还有那些指标通常取负值？或那些指标可以取负值。另外，统计取负值？或那些指标可以取负值。另外，统计修正系数一般情况下在修正系数一般情况下在0.750.751 1之间，如果之间，如果计计算出来是负数或大于算出来是负数或大于1 1，是不是计算结果就不，是不是计算结果就不能用了呢？能用了呢？6.1.B6.1.B对于岩土参数的统计规范有规定，对于对于岩土参数的统计规范有规定，对于原位测试该怎么统计呢，原位测试该怎么统计呢，是按照规范的公式，是按照规范的公式，还是按平均值还是按平均值1.6451.645 ？l统统计计修修正正系系数数是是对对土土性性指指标标的的平平均均值值因因变变异异性性而而进进行行的的修修正正，平平均均值值乘乘以以修修正正系系数数以以后后称称为为标标准准值值，标标准准值值是是具具有有概概率意义的代表性数值或者称为取用值。率意义的代表性数值或者称为取用值。l岩土参数的岩土参数的标准值标准值是岩土工程设计的基是岩土工程设计的基本代表值，是岩土参数的可靠性估值。本代表值，是岩土参数的可靠性估值。对岩土设计参数的估计，实质上对岩土设计参数的估计，实质上是对总是对总体平均值作置信区间估计体平均值作置信区间估计。在勘察工作。在勘察工作中取土试样或者作原位测试测定岩土的中取土试样或者作原位测试测定岩土的性状和行为，其目的是希望了解岩土体性状和行为，其目的是希望了解岩土体的总体的性状和行为，取土试验或作测的总体的性状和行为，取土试验或作测试工作是一种抽样的手段，而非目的。试工作是一种抽样的手段，而非目的。抽样所得的子样，包括抽样所得的子样，包括试验的结果和原试验的结果和原位测试的结果都是抽样得到的子样，这位测试的结果都是抽样得到的子样，这些子样并非我们的终极目标。些子样并非我们的终极目标。l例如，我们取土作三轴试验，求得的强例如，我们取土作三轴试验，求得的强度指标仅是所取的土样的性状，这些指度指标仅是所取的土样的性状，这些指标在多大程度上反映了整个土层的实际标在多大程度上反映了整个土层的实际性状呢？我们感兴趣的不是几筒土样，性状呢？我们感兴趣的不是几筒土样，而是整个土层，需要了解的是整个土层而是整个土层，需要了解的是整个土层强度的平均趋势，亦就是需要了解强度强度的平均趋势，亦就是需要了解强度指标的总体。指标的总体。l如如何何从从子子样样的的数数据据中中得得出出关关于于总总体体的的结结论论呢呢？这这种种方方法法在在统统计计学学中中称称为为统统计计推推断断，就就是是从从有有限限的的样样品品的的结结果果出出发发来来估估计计总总体体的的特特征征，从从特特殊殊的的抽抽样样数数据据来来推推断一般的总体特征的方法断一般的总体特征的方法。l在在采采用用统统计计学学区区间间估估计计理理论论基基础础上上，可可以以得得到到的的关关于于参参数数总总体体平平均均值值置置信信区区间间的单侧置信界限值的单侧置信界限值：22l子样的变异系数由子样的标准差求得：子样的变异系数由子样的标准差求得：l空间均值的变异系数为空间均值的标准空间均值的变异系数为空间均值的标准差与空间均值之比：差与空间均值之比： l标标准准差差折折减减系系数数可可用用随随机机场场理理论论方方法法求求得，其表达式为：得，其表达式为：l e e相关距离相关距离lh h计算空间的范围计算空间的范围 l考虑到随机场理论方法尚未完全实现实考虑到随机场理论方法尚未完全实现实用化，在实际工程应用时，可以采用下用化，在实际工程应用时，可以采用下面的近似公式计算标准差的折减系数：面的近似公式计算标准差的折减系数：l得到近似的实用公式：得到近似的实用公式：l式中式中t 为统计学中的学