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 20112011岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)引引 言言l2010年6月，岩土工程勘察与设计岩土工程疑难问题答疑笔记整理之二脱稿交付人民交通出版社出版。这本书与土力学与岩土工程师岩土工程疑难问题答疑笔记整理之一是姐妹篇，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上，切磋、讨论技术问题的主要历程和内容，共约100余万字篇幅。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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。l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分析、综合评价工作两个部分。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在前几年，一些兄弟单位、地方协会和培训机构组织的讲座中，我比较多地讲了前面的三个问题，即体制问题、岩土工程师的土力学素养和岩土工程勘察的实务工作。l第二本书出版以后，一些朋友希望我讲一讲这本书中关于勘察工作中的岩土工程评价和岩土工程设计的问题。由于内容比较多，将分为两个部分，第一部分为岩土工程评价方法，第二部分为岩土工程设计方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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. 岩土工程评价与岩土工程设计的基本要求l二. 岩土工程设计参数的统计分析与评价方法l三. 地下水位评价与地下室抗浮验算方法岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l四. 抗剪强度指标的评价与大面积堆载的稳定性验算l五. 勘察报告中的岩土工程评价l六. 岩土工程设计荷载取值与安全度控制方法l七. 基础方案建议与地基基础设计的基础选型岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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. 浅基础设计的地基承载力问题l二. 地基基础设计的变形控制方法l三. 单桩、群桩的承载力与桩基础设计l四. 地基处理的方案选择与设计控制岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l五. 边坡稳定性分析与土压力计算l六. 基坑工程方案设计与事故分析l七. 地基基础抗震评价与抗震设计岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程勘察技术面临的挑战岩土工程勘察技术面临的挑战l1. 在勘察报告中对深层土的地基承载力评价l2. 特殊条件下的地基承载力取值方法l3. 长桩和超长桩基础下软弱下卧层的强度验算l4. 长桩和超长桩桩端阻力的发挥条件岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l5. 深层土的抗剪强度试验的加载要求l6. 为深基坑设计提供的抗剪强度试验的应力路径l7. 取土时试样卸荷作用对不固结不排水试验结果的影响l8. 大面积填土中的地下水浸润线上升l9. 大底盘地下车库上建筑群的沉降计算l10.深层土的基床系数岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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岩土工程勘察规范对勘察报告的内容提出了如下的规定：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；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l上述9项要求中，第4第9项的要求都是分析、评价。评价构成了岩土工程勘察报告的基本内容和结论。l但什么是分析、评价？l1. 分析、评价的目的是什么？l2. 怎样做分析、评价？l3. 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。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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，显示了部分业内人士在不同程度上存在着一些值得重视的问题：l1. 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？异常数据如何剔除？如何使用经验关系？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l2. 对岩土工程评价与岩土工程设计的区别不是很清楚。l例如：1）评价与设计的前提条件有什么区别？l评价的前提是对地质条件的探明，而设计的前提是明确工程条件；l2）评价与设计之间是什么样的关系？l评价为设计提供对地质条件的理性认识；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l3）评价时进行一些计算的目的是什么？l评价时进行的一些计算是为了比较不同方案之间的异同。l什么是适度量化和有条件的量化? l量化应该符合勘察工作的条件，只能做一些假定条件下的量化计算。l4) 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测；设计是对拟建工程的谋划与安排。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l3. 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？1) 评价的深度如何掌握？l2) 如何正确地理解岩土工程勘察规范对岩土工程评价的要求？l3) 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，而设计的依据是设计规范，两者不能混淆。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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 岩土工程参数统计分析与取值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。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)基本观点基本观点l由于岩土体是自然形成的，其成分、结构和构造都是随机的和不确定的，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数，对于所得到的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。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)参数分析的内容参数分析的内容l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正确地运用。如何处理规范界限值与自然界的不一致，如何剔除粗差。抗剪强度指标的统计。变形参数的选用。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)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 计算？计算？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l统计修正系数是对土性指标的平均值因变异性而进行的修正，平均值乘以修正系数以后称为标准值，标准值是具有概率意义的代表性数值或者称为取用值。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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。对岩土设计参数的估计，实质上是对总体平均值作置信区间估计。在勘察工作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。抽样所得的子样，包括试验的结果和原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。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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，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指标的总体。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如何从子样的数据中得出关于总体的结论呢？这种方法在统计学中称为统计推断，就是从有限的样品的结果出发来估计总体的特征，从特殊的抽样数据来推断一般的总体特征的方法。l在采用统计学区间估计理论基础上，可以得到的关于参数总体平均值置信区间的单侧置信界限值：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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差与空间均值之比： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l标准差折减系数可用随机场理论方法求得，其表达式为：l e e相关距离lh h计算空间的范围 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l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： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l式中t 为统计学中的学生氏函数的界限值, 一般取置信概率 为5%5%。学生氏函数t t 与样本容量n n的关系见表 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l为了便于应用，也为了避免工程上误用统计学上的过小样本容量（如n=2、3、4等），在规范中不宜出现学生氏函数的界限值。因此，在1980年代编制建筑地基基础设计规范和岩土工程勘察规范时，通过数据拟合方法求得了下面的近似公式： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l需要结合岩土工程实际问题讨论统计学的区间估计理论和置信界限的物理意义。l岩土工程设计参数的代表性取值为什么要取区间估计理论的置信界限呢？岩土工程师是在有限信息的条件下，或者说在信息很不完备的情况下要对岩土体的性状作出估计，包括对地质条件的估计、对设计参数的估计、对工程问题的估计。l这里用的是“估计”的词汇，而不是“确定”或“计算”之类的词。为什么？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这是因为，根据有限的信息作出的判断或评估，带有很大的不确定性，充其量仅仅是对客观存在的物理量或状态的一种估计或者讲是概率估计，而不是确定性的计算结果。l概率估计的结果往往给出一个区间，说明你要估计的客观存在的物理量最有可能在这个区间以内。比方说，你要根据试验结果的数据对内摩擦角作出估计，估计客观存在的内摩擦角最大可能存在于7 7 1111 之间。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l那么能否说你有充分的把握认为内摩擦角的客观存在肯定就在这个区间范围以内，其实也并没有100的把握，你还得回答有多大百分比的把握，这个百分比与上面所说的“置信概率”互补，如果置信概率是5，就说明你有95的把握估计是在这个区间范围以内，还有5的可能性会大于这个区间的上限或小于这个区间的下限。这种估计称为双侧置信区间界限的估计。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在工程上，一般并不需要估计双侧置信区间界限，只要控制最危险的单侧界限就足够安全了。例如，我们估计内摩擦角的置信区间，低于下限界限是危险的，必须加以控制，而对上限并没有必要加以控制，因为实际可能的内摩擦角越大就越安全。所以我们只要控制不低于置信下限就可以了，即控制小于7 的可能性低于一个小概率就可以了。这种区间估计称为单侧区间估计，用于取用相应于单侧置信界限的指标取值。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l什么情况取上限？什么情况取下限？主要取决于指标的性质，根据参数的性质，从不利方面来选择正负号。修正系数一般不可能出现负数，如果出现负值，那说明相对来说，变异系数太大了，计算的结果不合理。用正号的修正系数就肯定大于1.01.0，是正常的。l下面进一步讨论如何正确运用统计学的区间估计理论，区别两种置信界限的概念及其对工程应用的意义。为什么提出这个“两种置信界限的概念”的问题来讨论呢？因为这个问题有普遍的意义。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在国家标准建筑结构设计统一标准（GBJ50068-2001GBJ50068-2001）的附件中规定，材料的性能标准值按下式计算：l这里的 f f是子样标准差，1.6451.645是样本容量为无穷大时的学生氏函数。l有个规范曾经将这个公式引用到岩土工程中，用以计算标准贯入锤击数N N的标准值，但却发现不能用。这是怎么一回事？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l但在工程实际应用中，人们发现当标准贯入锤击数的子样标准差比较大的时候，用这个公式求得的标准值比最小值还要小。例如，下表所列的是对某土层测定的标准贯入锤击数的数值，求得平均值为20，标准差为3.8，按这个公式计算得到的标准值仅为13.7，已经非常接近于最小值，人们无法接受这样的统计结果，显然采用这样小的标准值是不恰当的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)表列的是对某土层测定的标准贯入锤击数的表列的是对某土层测定的标准贯入锤击数的数值，求得平均值为数值，求得平均值为2020，标准差为，标准差为3.83.8，按前，按前面公式计算得到的标准值仅为面公式计算得到的标准值仅为13.713.7，已经非，已经非常接近于最小值；而用后面公式计算的结果常接近于最小值；而用后面公式计算的结果为为18.618.6。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l为什么将统一标准中关于材料性能指标标准值的计算公式直接用到岩土工程的指标估计时会产生这样的问题呢？ 这涉及统计数学的实际应用问题，工程材料性能指标的标准值的取用建立在统计数学中关于区间估计理论的基础上。工程应用中，一般取用单侧置信界限作为设计参数的标准值，对材料的强度用置信下限值。但区间估计理论有两类，一类是估计单个测定值，另一类是估计总体平均值。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l估计单个测定值的置信下限值的物理意义可以这样来理解，在大量的重复抽样试验中，出现低于试验值的概率将小于置信概率（例如，取置信概率 =5%=5%），对上部结构材料性能所采用的公式正是这种估计单个测定值的统计公式。l对于标准贯入试验，对同一个土层，每次测定的击数小于13.713.7的概率估计小于5 5。但对岩土工程是没有工程意义的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l影响岩土工程性状的性能是岩土体总体的平均性能，个别点的性能并不影响全局，因此应采用依据估计总体平均值的统计概念建立的统计方法。l采用估计总体平均值的置信下限作为标准值，意味着总体平均值可能低于置信下限值的概率只是一个小概率, 即置信概率，而总体平均值大于置信下限的概率则是一个充分大的概率（1- ）。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于岩土体的强度和变形问题，对工程有意义的并不是单个测定值，勘察的目的是要根据有限的抽样测定来估计岩土体测定指标总体的平均值，用以估计岩土体的稳定和变形性状。l就以表中的标准贯入锤击数数据为例，我们关心的是土层的标准贯入锤击数的总体平均值以及根据这个标准值用经验公式求得的设计参数，用以代表整个土层的工程特征。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l用前面公式求得的13.7是什么意义呢？这表示，预计对这个土层进行标准贯入试验数据的序列分布可能是大于13.7的数据出现的概率将大于95，小于13.7的测定值出现概率不会超过5%。但对于岩土工程问题来说，这样的推断并没有太大的实际意义。用后面公式计算得到的标准值为18.618.6，这个标准值表示预计这个土层的标准贯入击数标准值的总体平均值大于18.618.6的概率将大于9595，小于18.618.6的概率不会超过5 5。岩土工程大多数参数应采用这种统计方法估计标准值。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l为什么上部结构材料性能的标准值可以用公式（6-126-12）计算呢？这可能是上部结构构件设计中，截面尺寸与试样尺寸之比并不太大，用估计单个测定值的置信下限作为标准值不致引起太大的误差的缘故。l鉴于上述分析，在岩土工程中，采用了如公式(6-1)(6-1)所示的估计总体平均值的置信界限作为标准值的计算公式，亦即岩土工程勘察规范给出的公式。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.2 6.2 用什么方法统计经验公式？用什么方法统计经验公式？l经经常常看看到到很很有有用用的的一一些些经经验验公公式式，对对我我们们工工作作很很有有帮帮助助，但但不不知知用用什什么么方方法法得得到这些经验公式的。到这些经验公式的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l经验公式用于描述岩土参数之间的定量关系。l由于岩土工程中参数测定方法的多元化，对同一岩土体通常可以采用各种不同方法进行测试，为经验公式的统计提供了大量原始数据。l又由于岩土工程中参数测定的不确定性比较大，也需要通过不同的方法进行印证与检验。l有时由于某些试验的条件比较困难或者费用比较昂贵，希望用比较方便、简单的测试结果，通过经验公式得到需要的参数。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)统计经验公式所依据的数据统计经验公式所依据的数据是对比试验的资料是对比试验的资料 l为什么要强调这个问题？l是因为出现了对计算结果统计经验公式的案例。l这涉及统计方法应用的一个最基本的概念和原则问题。l必须明确这个原则，不能允许出现假的经验公式。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l例如，基于对比试验资料统计地基承载力和原位测试数据之间经验公式，对比试验是指对同一个场地，既做载荷试验，又做原位测试。当然原位测试的土层、测定的标高和位置都与载荷试验点是匹配的，这样得到的数据组是一一对应的，积累了许多试验之后，就能得到地基承载力与静力触探比贯入阻力或标准贯入击数之间的数据系列。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10) 将这样的对比试验数据画成散点图，可以根据散点群的趋势以分析地基承载力与原位测试指标之间存在什么样的相关关系。l对于自变量与因变量一一对应的数据，可采用解析法建立经验公式；但对于离散性的数据，则只能采用统计的方法求解经验公式中的回归系数。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)Ko1sin岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l岩土参数之间的关系可能是线性的，也可能是非线性的，这需要通过分析来选用线型。l最简单的方法是将试验数据画在直角坐标图上，用图解法分析变量之间呈什么样的关系，对有些参数之间的经验关系可以根据专业知识判定线型。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l岩土工程中常用的经验公式在直角坐标图上有如图所示的三种类型：第一种类型是当自变量增大时，因变量逐渐减小；第二种类型是当自变量增大时，因变量随之增大，但斜率逐渐减小并趋于常量或减小到零；第三种类型是当自变量增大时，不仅因变量随之增大。而且斜率也不会减小。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)三种类型的非线性经验公式三种类型的非线性经验公式lx y x y x y l dy/dx dy/dx lb 0 b0 0 b 1 b1 b 1 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)将非线性化为线性关系将非线性化为线性关系l公式所示的幂函数是一种适应性比较强的线型，能广泛地适用于描述上述三种类型的经验关系。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 对幂函数等式的两端取对数：lA、B两个系数可以用统计的方法求得，称为回归系数。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)lYy , X1/x, A=a, B=b岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)lY1/y , X1/x, A=a, B=b岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)lYlogy，X= x，Alog a, B=b log e岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)lY=y, X=x2, A=a, B=b岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l利用统计数学的方法可以求解线性方程中的待定参数，在岩土工程的参数分析中，采用最小二乘法已有足够的分析精度。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)最小二乘法的概念最小二乘法的概念岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l假定代表这些散点的回归方程线已经画出，我们取任意点M进行分析，M点与回归线在纵向的坐标差为YY，Y为实测值，Y表示用自变量X代人回归方程求得的数值，两者的差值（YY）称为离差。除了在回归线上的散点外，其他的点都存在离差。不在回归线上的散点越多，散点离回归线越远，则离差的总和就越大。由于离差有正有负，离差的代数和就有互相抵消的可能性，就反映不出误差的大小。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)离差的平方和离差的平方和Q l对于一定的散点群，当直线的位置和走向发生变化时，离差平方和随之而变化，在这样的变化中总能找到一个最小的Q值，则与之相应的直线位置应该是最佳的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l因此，以离差平方和最小为条件确定的回归系数A A和B B应该是最理想的，也就是我们要求的结果，这种确定回归系数的方法通常称为最小二乘法。l根据求极值的原理，离差平方和最小的条件为：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l得到用下式表示的回归系数A和B： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l回归系数既然是在离差平方和最小的条件下求得的，由此必然存在着剩余的离差平方和。剩余的离差平方和分配到每个数据上的部分称为回归方程的剩余方差，剩余方差的平方根称为回归方程的剩余标准差。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l剩余方差是衡量经验公式精度的指标。而衡量两个指标之间关系密切程度的指标是相关系数r r。l如果散点都在一条直线上，则对任一对数据都满足，则Q Q0 0；l如果散点满天飞，两个变量完全不相关，回归不起作用，则剩余方差等于总方差岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l基于对上述两种极端情况的分析，提出一个指标来衡量介于这两种极端情况之间相关程度的指标，称为相关系数。l对于完全相关的情况，相关系数r1 1；对于完全不相关的情况，相关系数r0 0；对于介于中间状态的情况，相关系数变化于区间0 0 r 1 1。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10) 对于非线性的经验公式，在求得线性的回归方程以后，还需要进行系数变换，将线性方程变换回原来的非线性方程，得到非线性的经验公式。l得到经验公式之后，需要进行回代检验，以检查统计计算是否正确。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)数据处理的一些不恰当的做法数据处理的一些不恰当的做法l1 1当待定参数的个数超过试验数据的数量时，采用内插的方法得到足够多的数据个数以满足准则方程的数量要求。甚至提出“可通过插值的方法，增加控制方程数，使独立方程个数大于或等于优化反分析的参数个数”。这个提法显然是不正确的、相互矛盾的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l插值与其所依据的数据并不是独立的，则增加的方程就不是独立的，插值再多，方程再多也不满足独立方程个数大于或等于优化反分析的参数个数的数据处理基本要求。l例如根据试桩曲线的数据计算荷载传递函数的待定系数，一般Q Qs s的试验数据只有1010对，如待定参数的个数超过1010个就无解，除非在试验时增加试验数量或数据的数量。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l2 2根据反分析（或试验资料整理）得到的计算参数，用数值分析的方法求得土体或结构物的反应，将计算的结果和实测的数据进行对比，两条曲线非常接近就说明理论方法是正确、合理的。l实测变形 反分析 参数 正分析 计算变形 实测变形验证岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这里非常关里非常关键的的问题是是验证用的用的实测数数据必据必须和反分析（或和反分析（或试验资料整理）所料整理）所依据的依据的数据互相独立数据互相独立，即必，即必须是两套数是两套数据。据。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 3 3验证的方法上不严格，有任意性。如果实测（或试验）曲线有很多条，例如，在相同条件下的平行试验，在建筑物对称位置的观测数据，但这些数据或曲线之间往往存在一定的差异，验证时不能回避这种差异，只能从统计平均的概念上去比较理论计算和实测结果之间的吻合程度。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.3怎样正确使用经验关系？怎样正确使用经验关系？l在粘性土（包括软质岩石的全风化）中如果其标准在粘性土（包括软质岩石的全风化）中如果其标准贯入试验锤击数达到贯入试验锤击数达到1313击其承载力标准值即可取击其承载力标准值即可取300kPa300kPa以上，而锤击数达到以上，而锤击数达到2121击其承载力标准值可击其承载力标准值可取取600kPa600kPa。一般对于软质岩石的全风化与强风化的。一般对于软质岩石的全风化与强风化的分界处可以依据标准贯入试验锤击数大于分界处可以依据标准贯入试验锤击数大于5050击的位击的位置划分。这里就有了矛盾，事实上对于软质岩石的置划分。这里就有了矛盾，事实上对于软质岩石的强风化其承载力标准值一般是强风化其承载力标准值一般是300-500kPa300-500kPa，而粘性，而粘性土（包括）软质岩石的全风化如果其标准贯入试验土（包括）软质岩石的全风化如果其标准贯入试验值达到值达到2121击以上就可取击以上就可取600kPa600kPa，这是不合理的。，这是不合理的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你说的这几个数值都是经验关系，都针对一定具体的条件而言的，都是针对某个地区、某种岩土而言的，不能外推，也不能延伸，更不能将3 3个不同条件下得到的经验关系闭合起来，这肯定是闭合不起来的。要记住，对经验的统计关系，不能用数学的A=B,B=C,A=B,B=C,因此证明A=CA=C必然成立的概念来看待。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l就你说的这几个经验关系，用标准贯入击数确定承载力是对粘性土而言，没有说可以用到全风化的软质岩石，不能外延。因为一般指的粘性土是指洪冲积成因的，而全风化的软岩的性质与母岩的关系十分密切，有的全风化软岩的工程性质比黏性土还要差，从黏性土得到的经验关系包不住软质岩石。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l按标准贯入5050击击数划分强风化的经验界限值，是在花岗岩地区得到的经验，也不能外延到软岩，而强风化软岩的承载力则是由一些载荷试验资料得出的，也是具有一定适用条件的经验值，与标准贯入击数没有相关关系。l岩土工程中的经验关系，包括经验公式都是有限制使用条件的，包括岩土的类别、地区的差异、原始数据的范围，不能拿来就用，要经过验证。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)请问统计修正系数与请问统计修正系数与回归修正系数有何异同？回归修正系数有何异同？ l这这两两个个系系数数计计算算公公式式分分别别出出于于在在何何处处？两者有何异同？各适用于什么情况？两者有何异同？各适用于什么情况？l统计修正系数l回归修正系数岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l统计修正系数是对单个变量的平均值因变异性而进行的修正，平均值乘以修正系数以后称为标准值，标准值是具有概率意义的代表性数值或者称为取用值。l回归修正系数是对从回归方程计算结果（或从地基承载力表查承载力）因自变量的变异性而对因变量进行的修正，修正以后的取用值也称为标准值。l这两个系数在形式上相似，但来源和用途不同。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l回归修正系数用于根据经验公式估计参数时，处理误差传递影响的修正系数。l由于散点的离散性，即使采用最小二乘法的优化处理，经验公式都还存在一定的剩余离差。用经验公式求解未知的岩土工程设计参数时，所得到的并不是确定性的数值，而是带有一定误差的计算结果。因此，不能将经验公式当作数学解析式来使用，必须考虑误差在经验公式中的传递。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)用经验公式预估岩土参数的误差来源用经验公式预估岩土参数的误差来源 l一部分与回归方程的置信带有关，l另一部分则与代入指标的变异性有关。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)回归方程的置信带回归方程的置信带岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)用经验公式预估岩土参数的两种情况用经验公式预估岩土参数的两种情况 l1.1.用X的某个测定值来求Y的估计值，考虑误差估计的经验公式为：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l2.2.用X的平均值值来求Y的估计值时，考虑误差估计的经验公式为：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)计算实例计算实例 l对静力触探与室内压缩试验的对比试验结果曾分别三次抽样统计得到三个经验公式 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l从表可见，公式甲的剩余标准差比公式乙大很多，但与公式丙相接近；公式乙的样本容量n n和公式丙相差不多，但公式甲的样本容量n n却远远超过其他两个公式。l如现有样本容量n n0 01010的比贯入阻力数据，均值为2.0MPa, 2.0MPa, 变异系数为0.100.10，分别代入表中的三个经验公式，取置信概率 为0.050.05，则计算结果见表6-4 6-4 。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l从比较计算的结果可以看出，公式丙的剩余标准差最大，样本容量又最小，公式所依据的原始数据的质量最差，因此其可靠性最差，实用的价值也就比较差。公式甲和公式乙计算结果接近，这是由于公式甲的样本容量虽然大，但数据离散性大，剩余标准差大，而公式乙的样本容量虽然小一些，但数据质量好，因此两个公式的效果接近。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l分析代入指标变异性的影响，设有三组变异性不同的数据，其计算结果见表6-56-5。计算结果表明，代入指标的变异性越大，用经验公式预估的数值就越低，经验公式的效益得不到充分的发挥。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)两个十分重要的概念两个十分重要的概念 l 第一，经验公式的可靠性与实用性直接依赖于建立经验公式时所用原始数据的质量与数量。提高原始数据的质量和增加对比试验的组数固然要化代价，但能带来明显的经济效益。l 第二，如果代入数据的质量很差，那么经验公式的可靠性再高也是没有用的。这和用高精度的计算机去处理粗糙数据的道理是一样的。这就需要努力提高代入数据的质量。以最大限度地发挥经验公式的效益。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l讲了上面的这些问题以后，我们可以进一步讨论你所提出的回归修正系数了。这个系数出现在建筑地基基础设计规范GB GB 7-897-89中，与规范给出的地基承载力表配套使用，反映了查表所用的指标的变异系数对查表结果的影响。地基承载力表实际上是经验公式的表格化，回归修正系数则是经验公式误差分析的一种具体应用。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.4 6.4 怎样剔除异常数据？怎样剔除异常数据？l6.4.1 6.4.1 粉粉质质黏黏土土中中往往往往夹夹有有薄薄层层粘粘土土，在在整整理理数数据据时时粘粘土土的的数数据据要要不不要要剔剔除除呢呢，有有人人认认为为不不应应该该剔剔除除，这这样样才才能能反反应应土土层层的的真真实实情情况况，有有人人认认为为应应该该剔剔除除，既既然然定定了了粉粉质质粘粘土土就就应应该该剔剔除除粘粘土土的的数数据据，不不知知高高教授有何看法啊。教授有何看法啊。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l甚至有人认为，状态不同，都不能分为甚至有人认为，状态不同，都不能分为一层，比如粉土，孔隙比一层，比如粉土，孔隙比e=0.750.9e=0.750.9是是中密，那么如果是一层，就不能有孔隙中密，那么如果是一层，就不能有孔隙比小于比小于0.750.75或者大于或者大于0.90.9的。的。 l几十个粉质粘土中有几个粘土样是正常几十个粉质粘土中有几个粘土样是正常的，我们不可能把每个粘土样所在的位的，我们不可能把每个粘土样所在的位置划分一层出来。置划分一层出来。 l正如粘性土大部分是可塑的，有几个可正如粘性土大部分是可塑的，有几个可能是软塑或者硬塑，在土工统计中就不能是软塑或者硬塑，在土工统计中就不能出现软塑或者硬塑的土样。能出现软塑或者硬塑的土样。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)怎样认识和处理反映自然形成的怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质？土层所具有的物理力学性质？ 这里讨论的是工程勘察中一个非常重要的问题，涉及许多基本概念，怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质？怎样看待土的分类指标、状态划分的指标？岩土工程师应该具备什么样的数据处理与运用数据处理结果的基本素养？变异系数究竟是一个什么样性质的指标？土层的定名和分类对工程究竟有什么样的影响？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)从根本上说，土层总是非均质的、从根本上说，土层总是非均质的、其性质是随机变异的其性质是随机变异的 l土层是在漫长的地质年代里自然形成的，土层物质的来源、搬运物质的自然营力的性质与规模、土体沉积以后的成土环境等等都是变化的、基本上是无序的、随机的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)土类、土层划分的相对性土类、土层划分的相对性l但人们要利用土作为工程的地基、材料或环境，需要进行设计和施工，就不得不对土体进行适当地划分，分为几个相对比较均匀些的土类或土层，采用一些代表性的指标来描述其物理力学性质，以便于设计与施工。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l但无论怎么划分，无论采用什么方法，总与人工材料不同，客观世界并不随我们在规范的规定而变化，于是就出现了在划分为粉质黏土的土层中，可能有几个指标的塑性指数大于1717，划分为中密的粉土中有几个比较大的孔隙比等等，其实这是非常正常的事，没有办法解决大自然的不均匀性质。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)怎样看待土的分类指标、怎样看待土的分类指标、状态划分的指标？状态划分的指标？ l前面说过为了设计与施工的需要，不得不将本质上是非均质的土体人为地划分为几个相对均匀的土类或土层。于是人们就研究土的分类的方法、状态划分的方法、密实度划分的方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l就产生了前苏联的规范、英国的规范、美国的规范、中国的规范、中国建筑系统的规范、公路系统的规范、桥梁系统的规范、铁路系统的规范、甚至还有城市桥梁的规范，提出了林林总总的一大批土类划分的标准、状态划分的标准、密实度划分的标准，划分的界限就极其多元化。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l但自然界并不买账，它不会服从哪一本规范，无论哪一种方法都可能存在照顾了这一头，又拉下另一头，顾此失彼的现象。所以最要紧的是我们使用规范的工程师不要把规范看成绝对真理就可以了。 l举个例吧，粘性土按液性指数划分为硬塑、可塑和软塑三种状态，有的规范采用三分法，平均地各取三分之一。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l而建筑地基基础设计规范采用0.250.75是可塑，小于0.25是硬塑，大于0.75是软塑这种非等分的方法。这个规定怎么来的，当年就是我提出了这个建议，理由是可塑的范围适当大一些，容易与野外描述结果取得一致，大家同意了这个办法就列入规范了。这个可塑与硬塑之间其实并没有非常严格的界限。即使是液限指数等于零或等于1 1的界限，是由液限和塑限指标计算得到的，但由于这两个试验方法的多元化，用不同的标准得到的结果相差非常大。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由此可见，这种划分土类、状态和密度的指标，只是人们约定俗成的一种规则，为了交流、交接的一种语言符号而已，和人的姓名一样，和划分中年人和老年人的年龄界限一样，都是相对而言的，不能绝对化。任何规范的土类划分，都不可能完全符合自然界，也不能要求自然界服从人类的安排，更不能将客观存在的不均匀性视为异端，不能将其作为异常数据剔除。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l岩土工程师应该具备什么样的数据处理与运用数据处理结果的基本素养？l既然自然界那么复既然自然界那么复杂，试验的的结果又是果又是那那样离散，因此岩土工程离散，因此岩土工程师如何如何处理和理和运用数据就非常重要。我运用数据就非常重要。我们不怨天尤人，不怨天尤人，既然我既然我们所面所面临是天然材料，比人工材是天然材料，比人工材料复料复杂得多，那我得多，那我们就就应该采取采取积极的极的态度，学度，学习和掌握随机数学的基本概念和掌握随机数学的基本概念和和实用的数据用的数据处理方法去理方法去处理岩土工程理岩土工程的数据，从中的数据，从中总结规律性的律性的认识以指以指导我我们的工程的工程实践。践。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)怎样正确认识变异系数？怎样正确认识变异系数？ 变异系数究竟是一个什么样性质的指标？变异系数究竟是一个什么样性质的指标？好像有句话说：好像有句话说：“如果统计后的变异系数如果统计后的变异系数较大，就要考虑分层是否合理了。较大，就要考虑分层是否合理了。” 这反映了一个现实情况，是对变异系数的误解与曲解的反映，是岩土工程师的随机数学基本素养不足的表现。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)变异系数变化的特点变异系数变化的特点l1.1.变异系数变化的范围相当大，显示出影响变异系数的因素比较复杂。l2.2.各种不同的物理力学指标的变异系数变化范围并不相同，物理指标的变化范围一般小于力学指标。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l3.3.变异系数的数值主要反映了土的成分与结构的不均匀性对土性指标的影响，即使划分为同一土层，成分与结构的不均匀性使土的物理力学指标呈现出比较大的变异系数。l4.4.砂土内摩擦角的试验条件单一，影响因素比较少，变异系数变化范围不大，说明虽然试验的误差在一定程度上加大了变异系数，但并不是主要因素。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l岩土工程勘察规范GB50021-GB50021-2002(20092002(2009年版) )提出了一些最基本的概念和方法，例如，第14.2.214.2.2条关于岩土参数统计的要求，14.2.314.2.3条关于相关型参数的统计分析方法，14.2.414.2.4条关于岩土参数标准值的确定方法。 但可惜很多工程师并没有充分地去理解规范的条文，也很少去考虑如何在工程实践中运用这些方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在岩土工程勘察规范50021-9450021-94版中，曾经给出了对变异系数的评价, ,见表6-76-7。l规范给出变异系数的评价界限值并不是给出一种“判别是非”的标准，变异系数很高并不说明这个试验就存在问题或就不合格。根据变异系数不能简单地作为评价勘察试验质量的标准。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l不管作为试验是否合格？分层是否正确？数据是否需要剔除？按上述规范给的变异系数界限来判定都是不对的。鉴于上述种种误解，所以在修订规范时就将这个表删除了，没有再列入20022002版的规范。但现在看来，事情并没有完全解决，现在依然存在将变异系数的大小作为一种“判别是非”的标准。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l土层的定名和划分对工程究竟有什么样的影响？讲到最后，工程上怎么办或许是大家最关心的事。先讲土层划分与定名，土层划分的基础应该是野外鉴别描述结合土工试验指标，希望岩土工程师多下现场，到钻机上摸土，这是最重要的，划分土层以后，在一层土中出现塑性指数跨越分类界限怎么办，例如野外描述是黏土，试验结果是塑性指数大于1717的是多数，有少数试验结果小于1717怎么办？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果有规律性的存在，可以定名黏土夹粉质粘土薄层或夹层，如果规律性不强，则定名黏土含粉质粘土，其实1717的界限是人为的界限，而且不同分类标准的界限又是不同的，这样处理对工程没有太多的问题，因为重要的是力学性质指标的试验结果，是力学层的划分对不对。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l至于状态或密实度是在分层的基础上的描述，可以根据液性指数的数值分布描述为可塑软塑，硬塑可塑等都是很正常的，不应该按液性指数再划分亚层，完全没有这种必要，而且液性指数划分状态界限也完全是人为划分的，并没有充分的客观依据。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l所有的数据，不管是否参与统计，是否对分类与描述产生影响，都必须在资料中反映，剔除数据是不能允许的。因为这些试验的数据是客观存在的，不同的工程师对其作用的主观评价可能不一样，不在资料中出现，其他工程师就无法评估你评价的正确与否，因此不可以删除原始数据，而只能说明其不参与统计的理由，让其他工程师来评估你的理由对不对。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)4.6.2 4.6.2 是否把超过三倍标准差作为是否把超过三倍标准差作为剔除数据的依据？剔除数据的依据？ l每每一一剪剪切切试试验验会会得得到到一一组组c c、 的的测测试试结结果果。在在进进行行数数理理统统计计时时如如果果发发现现一一组组测测试试结结果果中中的的c c（或或 ）值值为为异异常常数数据据，是是把把该该c c（或或 ）值值单单独独剔剔除除而而保保留留其其 （或或c c），还还是是应应该该把把整整组组c c、 值值予予以以剔除？剔除？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在在审审查查时时经经常常发发现现一一些些勘勘察察报报告告的的物物理理力力学学性性指指标标统统计计表表中中c c和和 的的数数量量不不一一致致，估估计计是是剔剔除除数数据据时时把把c c（或或 ）异异常常值值单单独独剔剔除除而而保保留留其其 （或或c c）。我我个个人人觉觉得得不不妥妥，因因为为是是同同一一组组数数据据，如如有有异异常常应应一一起起剔剔除除。不不知知道道这这样样理理解解对对不不对对？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你提出了资料整理的一个基本问题，即如何处理离散性比较大的数据，主要应该处理的是实测数据，而不是统计得到的指标。l这涉及对误差的分析和误差处理的基本概念。l即客观存在与人们的主观认知的关系。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)误差分析误差分析l试验数据是一种物理量，通常物理量的真值是不知道的，是需要测定的值。但由于量测仪器、试验方法、试验环境、人的观察力和测量的程序等都不可能完美无缺，故真值是无法测得的。实验科学中的真值定义为在无系统误差的条件下，用足够多次的观测，可以获得接近于真值的数值，即观测次数无限多时得到的平均值，一般称为最佳值。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l观测值与真值之差称为误差；误差分为系统误差、偶然误差和过失误差三类。l系统误差是指测定中未被发觉或未被确认的因子所引起的误差。引起系统误差的原因一般认为是由于仪器不良，如刻度不准，砝码未校正；试验环境的变化，如温度、压力、湿度的变化；操作人员的习惯，如习惯从侧面读数等。l可以用校正仪器，控制环境和改正不良习惯来消除系统误差。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 偶然误差是指在已消除系统误差的条件下，但所测的数据仍在末一位或末二位数字上有差别，则称这种误差为偶然误差。偶然误差的特点是时大时小，时正时负，方向不一定；偶然误差产生的原因不清楚，因此无法控制。但如用同一精度的仪器，在同一条件下，对同一物理量作多次测量，若测量的次数足够多，则可发现偶然误差完全服从统计规律，偶然误差的算术平均值将逐渐接近于零。偶然误差可以用误差理论进行处理。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l l过失误差又称粗差，是完全由人为因素造成，如粗枝大叶、过度疲劳或操作不正确等因素。消除过失误差的方法是提高工作人员的责任感，健全工作制度，加强对数据的审核。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)误差的表示方法误差的表示方法 l 1. 1. 范围误差l范围误差是指一组测量中最高值与最低值之差，表示最大的误差有多大，但不能作测定值之间的相互比较。最大误差系数是范围误差与测定值的平均值之比。这种表示方法的缺点只与两极端值有关，而与测量次数无关。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l2. 2. 算术平均误差l 算术平均误差由下式计算：l l 式中 n n 观测次数；l d di i观测值与平均值之差。l 算术平均误差的缺点是无法表示出各次测量间离散的情况。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 3. 3. 标准误差l 标准误差也称为均方根误差，其定义为： l 标准误差是一组测量中各个观测值的函数，而且对较大误差和较小误差都比较敏感，因此是表示测量精确度的较好的方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 4. 4. 或然误差l 或然误差的意义为：在一组测量中若不计正负号，误差大于或然误差的观测值与误差小于或然误差的观测值各占观测次数的50%50%。l 从或然积分可以导出： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)剔除粗差的标准剔除粗差的标准l由于粗差的存在，使实测数据离散性比较大，首先应该从数据的试验、采集上进行检查，剔除存在明显错误的数据，如果发现不了错误的原因，就按3 3倍标准差原则剔除，其理论依据是大于或小于3 3倍标准差的数据出现的概率非常小，由此可以判为小概率（0.350.35）的事件，即“不可能事件”，由此可以删除。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在抗剪强度试验中，实测的误差反映在画强度包线时，有些点偏离太大，可能是因为试样密度有差异，或剪切面上夹砂，就应剔除这些试验点，一旦给出了c c和的数值，在分别统计c c和时发现某些指标的离散性比较大，这时再剔除指标就不应该了。同时，客观上c c和的变异性本来就是不一样的，内聚力的变异性远大于内摩擦角，此时更不能再采用上述的数据处理原则来剔除统计结果的数据。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.4.3关于极差超过关于极差超过30% l我们曾作过灰土挤密桩的载荷试验，对我们曾作过灰土挤密桩的载荷试验，对极差超过极差超过30%30%的数据我采用了去掉大值，的数据我采用了去掉大值，认为大值是异值，然后分析极差直至达认为大值是异值，然后分析极差直至达到到30%30%的要求。不知此做法是否正确？的要求。不知此做法是否正确？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l建筑地基基础设计规范GB500072002对于载荷试验的结果，规定极差不超过平均值的30时可以取平均值作为代表性的数值，但对超过30的试验结果如何分析与处理没有作出规定。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l采用极差来描述试验数据的离散性是一种比较简便的方法，但并不非常合理，因为它过分地依赖于个别的数据，评价离散性的合理指标是变异系数，它充分利用了所有数据的信息，是整个试验数据离散性的综合反映。但对于样本容量不是很大的数据，数据信息本身就不是很丰富，极差方法比较简单的优点就受到人们的青睐，因此规范就采用了这种方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l但是你用去掉最大值以满足30的规定的做法是没有根据的。对于试验的结果要尊重，不能随便删除，如果确实证明有系统因素影响了试验结果，不采纳存在系统因素的数据，那是允许的。例如这个试验点的水泥下料太多了，或者是搅拌次数明显不够等这些影响承载力的因素起了作用，查明以后不采纳这些数据。在去掉存在系统因素的试验数据后，其余的数据离散性是偶然因素造成的，就可以用统计的方法处理数据；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)与极差与极差3030对应的变异系数对应的变异系数l可以分析与极差30相应的最大变异系数的范围。 l若同一场地做了三根试桩，其极限承载力分别是X1 2 X3，极差30%可以表达为下式： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 的区间为0.9 1.1l当 1.0时，变异系数 0.15为最小值；l当 0.9或1.1时，变异系数 0.17为最大值。l若同一场地做了四根试桩，其极限承载力分别是X X1 1 2 2 X X3 3 X X4 4，与极差30%相应的变异系数可以表达为下式：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l当 1 1 2 21 1时，标准差得最小值，变异系数 0.12；l当 1 10.850.85， 2 21.151.15时，得变异系数的最大值 0.17。l故不论是三根试桩或四根试桩，相当于极差为30的变异系数最大值是0.17。l当极差超过3030时，统计修正系数由下式求得：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l式中 R Rm m由工程场地试桩测定的单桩极限承载力的平均值 , kN, kN；l 由工程场地试桩测定的单桩极限承载力的变异系数，当变异系数 0.170.17时取0.170.17；l p p按试桩桩数由表查得的计算系数。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.5 6.5 怎样统计抗剪强度指标？怎样统计抗剪强度指标？ l6.5.16.5.1用用抗抗剪剪强强度度试试验验的的资资料料如如何何计计算算土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标？为为什什么么不不同同的的规规范范所所用用的的方方法法不不一一样样，它它们们之之间间有有什什么么区区别别？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l岩土的抗剪强度指标是十分重要的设计参数，广泛地应用于边坡和地基的稳定计算、土压力计算和地基承载力计算。抗剪强度指标的取值对工程的安全与经济起控制性的作用，历来受到岩土工程界的重视，各种技术标准对抗剪强度指标的统计分析作了许多规定，提出了各种不完全相同的方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l抗剪强度指标包括凝聚力和内摩擦角，是摩尔库仑强度包线的两个参数，由同一试验求得。l如对n组土样，每组切取k个试样，每个试样在不同的周围压力 （三轴试验）或不同的竖直压力p（直剪试验）下剪切至破坏，得到相应的抗剪强度值 。计算抗剪强度指标的标准值，一般有三种方法：l 平均法；平均法；c、 平均法；全回平均法；全回归法法岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 第一种方法称为 平平均均法法，将相同应力条件下的抗剪强度值 求得平均值，再用作图法画出平均的摩尔库仑包线，求得平均的凝聚力和内摩擦角，或者用回归统计的方法求包线的两个参数的期望值和标准差：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l l p 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 第二种方法称为c、 平平均均法法，是对每组k k个试样的抗剪强度值用作图法或统计的方法求得每组的凝聚力和内摩擦角，然后分别将n n个凝聚力和n n个内摩擦角数据计算平均的凝聚力和内摩擦角及其标准差：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 第 三 种 方 法 称 为 全全 回回 归 法法 ， 是 将m=n k组应力和强度的数据进行直线回归统计，回归方程的两个参数即为平均的凝聚力和内摩擦角, , 同时也可以求得凝聚力和内摩擦角的标准差。l对直剪试验和三轴试验分别导得了不同的结果：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对直剪试验：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对三轴试验岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 用这三种方法求得的抗剪强度指标数值可能并不完全一样，岩土工程界对这三种统计方法的看法也并不一致。l建筑地基基础设计规范（GB GB 50007-50007-20022002）采用第二种统计方法，土工试验规程（SL237-1999SL237-1999）同时采用第一种统计方法和第三种统计方法，不过这本规程所列的第三种方法只适用于直剪试验的成果分析。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6.7 6.7 变形模量能用于分层总和法吗？变形模量能用于分层总和法吗？ l高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土工程勘察规程JGJ 72-JGJ 72-20042004附录附录F F给出了用原位测试参数估算群桩给出了用原位测试参数估算群桩基础最终沉降量的方法，并给出了土的压缩基础最终沉降量的方法，并给出了土的压缩模量模量E Es s与原位测试参数的经验关系（表与原位测试参数的经验关系（表F.0.2F.0.2），我想请问的问题是，对于沉降计），我想请问的问题是，对于沉降计算，其算，其EsEs值应取实际应力状态下的值，而值应取实际应力状态下的值，而（表（表F.0.2F.0.2）对于同一种试验方法下的同一）对于同一种试验方法下的同一类土层仅给出了一个经验公式，是否可理解类土层仅给出了一个经验公式，是否可理解为在计算沉降时可不考虑实际的应力状态？为在计算沉降时可不考虑实际的应力状态？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l常规分层总和法l1. 由ep曲线求压缩模量Es有条件考虑应力状态，计算情况比较符合实际；l2. 由经验公式得出压缩模量Es值，无法考虑应力状态，比较粗糙；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l弹性理论的位移解公式l3. 由载荷试验得出变形模量E0值，不需要考虑应力状态，但只适用于均质土条件； 4. 叶戈罗夫方法特殊的分层总和法l由分层载荷试验得出的变形模量E0值，不需要考虑应力状态。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你的问题有一定的深度，也看出了我国技术标准之间的差异所在，从中引出了计算理论的不同假定。l由载荷试验的ps曲线，用弹性理论计算的模量是变形模量E0，是由直线段得出的，在弹性范围里，模量的大小与应力的大小无关，应用这类指标计算沉降的公式也应当是弹性理论的位移解公式，但只适用于比较厚的压缩土层，不适用于分层土。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于圆形基础，基础沉降为：l式中 d圆形基础直径（m）；l w r刚性基础的沉降影响系数，是关于长宽比的函数，可近似地由表5-7查得；l p0 p0=p/A, p为中心荷载合力（kPa），A为基础底面积（m2）。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于矩形基础，数学上可以用无穷级数来表示基础沉降，同样沉降可写成：l也许有的网友会提出异议，为什么在高层建筑岩土工程勘察规程JGJ 72-2004附录B中给出的沉降计算公式是分层土的？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l其实，这个公式是由前苏联的叶戈罗夫推导得到的，我国称为叶戈罗夫方法。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l公式（6-57）中的应力系数 见高层建筑岩土工程勘察规程表B.0.1-1，这套系数就引自库兹明著土力学讲义第6-4节“按叶戈罗夫法计算结构物的沉降”。叶戈罗夫在推导的过程中，采用了Boussinesq的位移解分层积分得到的，叶戈罗夫方法的优点还可以考虑下卧刚性层的影响。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l沉降计算的另一种途径是用土工试验的ep曲线求压缩模量Es，由于ep曲线是非线性的，所得到的模量与应力的大小有关，又由于压缩试验是土的单元体试验，用于计算沉降时，必须采用弹性理论的应力解，由于应力解与土层的参数无关，可以适用于分层土，得到附加应力以后，按应力的大小在ep曲线上截取信息，再用分层总和法计算沉降。这是两种基于不同假定的方法，在岩土工程中都是可行的，可以根据实际情况选用。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l高层建筑岩土工程勘察规程在附录F中给出了压缩模量与原位测试参数之间的经验公式见表6-9。这些经验公式根据上海地区的资料统计得到的，使用时应根据地区资料进行验证，不加验证的使用是不合适的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）的方法是加上了许多建筑经验因素的分层总和法，反映了我国一些历史经验，有一定的适用范围。但如果把它看成绝对正确和普遍适用的方法，并以此作为标准来排斥其他的方法，或者用它来检验或校准其他的方法，那就不恰当了。l你是用地基规范的思维方法来考虑高层规程的方法就产生困惑了，换个角度看就明白了。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)三三. . 地下水位评价与地下水位评价与地下室抗浮验算方法地下室抗浮验算方法l1. 抗浮稳定验算与浮力对基础底板内力的影响l2. 上层滞水与潜水l3. 覆土下的浸润线上升影响l4. 洪水位对临江建筑物的影响l5. 风化层中地下水浮力岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l6.抗浮验算条件与设计表达式l7. 抗浮失效案例分析l8. 抗浮设计案例分析l9. 消减浮力的工程措施岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)1. 1.抗浮稳定验算与抗浮稳定验算与浮力对基础底板内力的影响浮力对基础底板内力的影响QFP岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l抗浮稳定性由重力平衡浮力，如果浮力大于重力，则需要设置抗浮桩或抗浮竖直锚杆。l抗浮桩的设置有两种方案，一种是设置在柱下，另一种设置于板下，即集中布置和分散布置两种。l集中布置的抗浮桩兼作抗压桩使用，验算抗压承载力时，荷载直接由桩承担，板不传递上部结构荷载。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)集中布置集中布置分散布置分散布置岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于以抗浮为主要作用的桩基，如采用集中布置抗浮桩，则地下室底板需要传递浮力形成的荷载，底板的弯矩比较大。l采取分散布置的方案可以减少底板的内力，减少底板的厚度与配筋。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)2. 2. 上层滞水与潜水上层滞水与潜水l一个区域性的场地，上部数十米均为粘一个区域性的场地，上部数十米均为粘性土，也就是均为不透水层，一般开挖性土，也就是均为不透水层，一般开挖时可见水体，则其中的地下水该是潜水时可见水体，则其中的地下水该是潜水还是上层滞水？还是上层滞水？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l表层耕土、填土（表层耕土、填土（0.50.51.0m1.0m）之下，为）之下，为可塑硬塑的粘土（厚度可塑硬塑的粘土（厚度5 m5 m），粘土层），粘土层在区域上不稳定，分布范围仅为几十平在区域上不稳定，分布范围仅为几十平方公里。从大范围来说，表层土中赋存方公里。从大范围来说，表层土中赋存的水，受大气降水的补给，临近河流的的水，受大气降水的补给，临近河流的补给，以及人类活动的补给，水位随地补给，以及人类活动的补给，水位随地形的起伏而缓慢变化。区域上没有稳定形的起伏而缓慢变化。区域上没有稳定的水位，且隔水层（可塑硬塑的粘土）的水位，且隔水层（可塑硬塑的粘土）的分布也不算稳定。区域地质调查定义的分布也不算稳定。区域地质调查定义为为“上层滞水上层滞水”。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10) 我我们们发发现现：表表层层土土中中的的水水，在在一一般般年年份份会会长长期期存存在在，基基坑坑开开挖挖时时，会会入入渗渗基基坑坑，水水量量有有限限，可可采采用用明明排排法法抽抽干干。但但在在比比较较干干旱旱的的年年份份（如如去去年年），基基坑坑开开挖挖时时，几几乎乎没没有有入入渗渗的情况。的情况。l对于单幢建筑来说，我认为，虽然基坑施工对于单幢建筑来说，我认为，虽然基坑施工时，进行了排水工作，但是仅仅将基坑周围时，进行了排水工作，但是仅仅将基坑周围的局部范围做了疏干，但是，当基坑回填后，的局部范围做了疏干，但是，当基坑回填后，附近的水将很快渗流至基础的周围，而且将附近的水将很快渗流至基础的周围，而且将长期存在，因此有必要对该水体进行水文地长期存在，因此有必要对该水体进行水文地质勘察，包括水位测量及水质分析。质勘察，包括水位测量及水质分析。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于岩土工程勘察来说，对地下水的勘察是一个十分重要的内容，但由于工程勘察一般仅局限于场地红线范围以内，不可能进行区域性的勘察工作，所以应当充分利用区域性地质工作的资料。l但过去所做的区域性的水文地质调查，就其目的性来说，主要是为供水工程服务，有时称为“供水水文地质”，研究的着眼点是寻找能提供需要水量的含水层，重点是研究其给水度和水质，而且研究的范围一般比较大，比较宏观。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这些成果对于为城市建设工程的降水工程或抗浮设计有一定的参考价值，但作为工程设计之用，还是非常不够的。l首先是研究的视野和角度不同，从区域地质的角度，几十平方公里的范围是非常小的，但对于工程建设来说，已经是非常大的范围了，对供水来说是没有价值的含水层，但对建设工程来说，已经是举足轻重的地下水条件了。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)潜水与上层滞水的主要区别在哪里？潜水与上层滞水的主要区别在哪里？ l上层滞水是指当包气带存在局部隔水层时，上层滞水是指当包气带存在局部隔水层时，在隔水层上积聚的具有自由水面的重力水；在隔水层上积聚的具有自由水面的重力水；而潜水是指第一个稳定隔水层以上饱水带中而潜水是指第一个稳定隔水层以上饱水带中具有自由水面的地下水。具有自由水面的地下水。 l上层滞水和潜水具有明显的差别，首先是所在的地层不同，上层滞水位于包气带中，而潜水位于饱水带中；其次是形成的条件不同，上层滞水形成于包气带中的局部隔水层，而潜水则形成于饱水带的稳定隔水层以上。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l上层滞水与潜水的共同点是都有自由水面的重力水。l根据上层滞水与潜水的主要差别，应该鉴别场地的地层性质究竟是饱水带还是包气带，只有存在包气带的条件下，可鉴别为上层滞水。如果整个地层都是饱水带，局部的隔水层以下也是饱水的，那就不可能是上层滞水。这是上层滞水与潜水形成条件的最本质的区别。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)3. 3. 覆土下的浸润线上升影响覆土下的浸润线上升影响l地下水会随地面标高提高而提高地下水会随地面标高提高而提高 , 抗浮抗浮设计水位该取哪个地方的地面计算？设计水位该取哪个地方的地面计算？l大面积填土以后，地下水位会上升，但面积超过多少以后才有这种效应，还不清楚，地下水位上升的原因是什么，也认识不清楚。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果取地下车库顶标高3.80m作为抗浮稳定性验算的设计水位，那是最稳妥的，整个车库都被地下水浸没，应该是最保险的考虑了。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在新回填形成的场地上，浸润线上升的问题，是勘察时地下水评价的一个难题。勘察时往往没有发现地下水，但在建成以后，地下水位可能会上升，对地下建筑会带来不利的影响。l填筑时，对原地面排水系统是否注意保护，新形成的场地是否注意排水设计，填土材料的渗透性如何，这些因素对浸润线的上升都有很大的关系。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)4. 4. 洪水位对临江建筑物的影响洪水位对临江建筑物的影响l两个场地两个场地, ,一个近临湘江一个近临湘江, ,约约60m,60m,一个远一个远一点一点, ,约约300m300m。勘察时湘江的水位。勘察时湘江的水位34m,34m,该该段湘江历史最高洪水位段湘江历史最高洪水位38.5m38.5m，近，近10 10 年年最高洪水位最高洪水位37.0m37.0m，近，近3 3年最高洪水位年最高洪水位36.6m36.6m。 l两场地均有一高层建筑物，地下室均为两场地均有一高层建筑物，地下室均为二层，高度二层，高度7m7m。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l远离湘江的场地位于一倾向湘江的山坡远离湘江的场地位于一倾向湘江的山坡腰腰, ,地面标高为地面标高为41.0-42.0m,41.0-42.0m,设计地面标设计地面标高为高为40.8m40.8m，勘察时最高水位为，勘察时最高水位为37.6m37.6m；l近湘江的场地位于沿江大道边近湘江的场地位于沿江大道边, ,地面标高地面标高为为38.0-37.0m,38.0-37.0m,设计地面标高为设计地面标高为38.8m,38.8m,勘勘察时最高水位为察时最高水位为32.6m32.6m。 两场地的地下室抗浮水位标高如何确定两场地的地下室抗浮水位标高如何确定? ?岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l勘察时需要弄清楚场地的地下水与湘江的水力联系，特别是离湘江较远的场地，如果与湘江没有水力联系，则湘江的洪水位对这个场地的抗浮水位就没有影响。l离湘江比较近的场地，应考虑湘江水位的影响，设计地面标高显然已经是考虑了湘江的历史最高洪水位。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由于缺乏地下水的长期观测资料，没有条件提供根据建筑物使用期的水位变化来确定的抗浮水位。是否可以按最保守的估计，将设计地面标高作为抗浮设计的最安全的水位标高使用。l如果有条件，可以通过实测孔隙水头的方法，实测场地距湘江距离远近对洪水位的影响。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)5. 5. 风化层中地下水浮力风化层中地下水浮力l河谷阶地地形平坦，地面标高河谷阶地地形平坦，地面标高37.0m37.0m。地。地层岩性为卵石土，层厚层岩性为卵石土，层厚5.0-7.0m5.0-7.0m，密实，密实，湿湿- -饱和；下伏强风化饱和；下伏强风化- -中风化混合花岗中风化混合花岗岩，强风化层厚度约岩，强风化层厚度约20.0m20.0m，风化层岩石，风化层岩石节理裂隙发育，节理面张开程度差，透节理裂隙发育，节理面张开程度差，透水性和导水性差。水性和导水性差。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l卵石土为潜水含水层，地下水标高卵石土为潜水含水层，地下水标高35.0m35.0m（为多年最高水位）。强风化层为弱含水层。（为多年最高水位）。强风化层为弱含水层。根据邻近根据邻近18m18m深基坑开挖情况看，地下水主深基坑开挖情况看，地下水主要从卵石土层和风化层界面处流出，风化层要从卵石土层和风化层界面处流出，风化层中基本无水。中基本无水。l1 1、基坑回填后是否会形成一个、基坑回填后是否会形成一个“积水区积水区”；基底为强风化岩石地基，计算地下水浮力；基底为强风化岩石地基，计算地下水浮力时计算水位应怎样取值才较科学时计算水位应怎样取值才较科学/ /经济合理经济合理？2 2、地下水对基底的浮力作用是否均匀分布、地下水对基底的浮力作用是否均匀分布？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l3 3、如如地地质质条条件件相相同同，我我们们建建一一个个内内径径20.0m20.0m，深深度度35.0m35.0m的的旋旋流流井井，壁壁厚厚1.0m1.0m，井井底底封封底底。采采用用抗抗渗渗混混凝凝土土防防水水，不不作作外外防防水水。采采用用逆逆作作法法施施工工。如如何何计计算算不不同同围围岩岩段段地地下下水水对对井井壁壁及及井井底底的的水水压压力力？抵抵抗抗地地下下水水浮浮力力时时，岩岩土土层层对对井井外外壁的极限侧阻力值是否折减？壁的极限侧阻力值是否折减？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)含水层风化岩？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l做了工程以后，风化层中有没有水？l井底的浮力如何计算？l侧壁的摩擦力能不能考虑？l底板下需要抗浮锚桩吗？l底板设计怎样考虑浮力？l还有其他的方法吗？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l风化岩层中地下水的赋存条件比较复杂，地下水位受补给和排泄条件的影响比较大，对判断地下水浮力的大小，制约因素比较多。对你这个工程而言，不知地下水的补给、排泄条件如何？岩土工程勘察时有没有做过抽水试验或压水试验？试验情况又如何？l根据所给的条件，在深基坑开挖以后，就改变了原来自然的土层堆积条件，对这个局部来说，改变了卵石层中地下水的流向，风化岩中不可能再处于无水的状态；在基坑回填以后，地下水位肯定恢复，应当按多年最高水位考虑作用在基础上的浮力。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l至于多少时间恢复，也取决于补充和排泄的条件，确实是难以估计的，但在工程的使用期内，总是能产生对工程有害的浮力作用，设计时没有理由不予考虑。l由于水压力是各个方向都相等的，浮力没有理由不均匀分布。l建造3535m深的旋流井，不知井底面的基岩情况如何？在透水性的岩石中，还是应当考虑浮力的，这些透水层是连通的，应按静水压力计算。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l本本区区地地下下水水主主要要受受大大气气降降水水和和侧侧向向径径流流补补给给，勘勘察察时时未未分分层层观观测测水水位位和和也也未未进进行行抽抽水水试试验验，本本场场区区的的强强风风化化岩岩石石节节理理裂隙发育，岩体基本质量等级为裂隙发育，岩体基本质量等级为级。级。l在在紧紧相相邻邻场场地地基基坑坑开开挖挖时时发发现现强强风风化化层层透透水水性性差差。强强风风化化岩岩层层上上有有一一层层潜潜水水含含水水层层，但但下下伏伏的的风风化化岩岩层层中中基基本本无无水水。基基坑坑开开挖挖时时只只需需截截住住卵卵石石层层的的水水不不流流入入基基坑坑内内即即可可。风风化化岩岩层层开开挖挖基基本本可可保保持持干作业。干作业。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如在轧钢生产线基坑回填后，卵石层中如在轧钢生产线基坑回填后，卵石层中的会水流入回填土中，回填土区水位将的会水流入回填土中，回填土区水位将与卵石层中的水位一致，这时地下水对与卵石层中的水位一致，这时地下水对基础底面下透水性较差的强风化岩层的基础底面下透水性较差的强风化岩层的影响可能有多大？影响可能有多大？根据一些规范，岩石节理裂隙发育、透根据一些规范，岩石节理裂隙发育、透水性好的岩石，计算地下水的浮力时取水性好的岩石，计算地下水的浮力时取计算水位的计算水位的100%100%（静水压力值）；如透（静水压力值）；如透水性差的岩石可取计算水位的水性差的岩石可取计算水位的50%50%。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l可是风化岩中的水压力如何计算较科学可是风化岩中的水压力如何计算较科学？地下水对井底的水压力如按勘察报告？地下水对井底的水压力如按勘察报告中给出的多年最高水位静水压力压力公中给出的多年最高水位静水压力压力公式计算可达式计算可达300kPa300kPa计算对吗？如果是这计算对吗？如果是这样，基础底板怎能承受得了？如旋流井样，基础底板怎能承受得了？如旋流井结构自重小于按结构自重小于按300kPa300kPa计算的上浮力，计算的上浮力，设计单位在基底中风化岩石层打几百根设计单位在基底中风化岩石层打几百根1010余长的抗浮锚桩，而不考虑井外壁的余长的抗浮锚桩，而不考虑井外壁的岩土层提供摩擦力是不是出了笑话？这岩土层提供摩擦力是不是出了笑话？这个摩擦力太大了，是不是勘察单位提供个摩擦力太大了，是不是勘察单位提供的抗浮水位值不对？的抗浮水位值不对？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 1 1、旋流井处可取消抗浮锚桩，抗渗混、旋流井处可取消抗浮锚桩，抗渗混凝土底板也不需做得太厚！如果是那样，凝土底板也不需做得太厚！如果是那样，不是需要继续加大井深，水压力也不是要不是需要继续加大井深，水压力也不是要继续增大吗？继续增大吗？ 2 2、计算水位需要折减，对不同围岩段、计算水位需要折减，对不同围岩段需分段计算水压力值。可是强风化岩层的需分段计算水压力值。可是强风化岩层的水头压力该如何计算测得？把它看成隔水水头压力该如何计算测得？把它看成隔水层不妥吧？层不妥吧？ 3 3、轧钢区基坑回填时使用透水性差的、轧钢区基坑回填时使用透水性差的回填材料分层夯实，阻隔卵石层中的水流回填材料分层夯实，阻隔卵石层中的水流入回填土区，渗入到下基底强风化岩层中。入回填土区，渗入到下基底强风化岩层中。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这个论坛是网友之间的一种交流，结合具体工程讨论也是一种很好的方法，可以加深对基本概念的理解。有些网友希望能对具体工程提一些具体的意见，但由于工程问题是很复杂的，在考虑工程问题时一般要看有关的资料，甚至要看现场，才可以发表些比较肯定的意见。而在网上，对情况的了解可能是极其片面的，甚至还没有形成整体的概念，在这种情况下，就说不准确。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这是一个很大的项目，地质条件也并不很简单，勘察为什么不作抽水试验？他们认为有什么理由可以不做抽水试验？他们在勘察报告中对风化岩的透水性是怎么评价的？设计根据什么资料要打那么多的抗浮锚桩，他们的理由是什么？这些都需要沟通以后才能判断，你提的这些问题都是很关键的，对工程造价，对质量安全都是至关重要的问题，一般这些有争议的问题都要经过专家会议讨论，取得共识后作决断。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果井的基底是落在不透水的基岩里，那底板上当然没有浮力作用，就像站在游泳池里，脚底下是没有向上的浮力作用一样的，但身体上是有浮力作用的，这是一种体积力。除非脚底下与池的底部固定来平衡这个浮力。工程上就比较复杂了，关键是对风化岩透水性的估计，要有试验数据，这就要靠岩土工程师来做试验和评价了。没有数据，那就拍脑袋，只好往偏于安全的方面拍，于是可能就浪费了。要节约造价是要做工作的，勘察试验费用不愿意多化，就在基础设计上做冤大头，就大把的钱扔在地底下。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)另外一个工程的情况另外一个工程的情况l现在遇到设计人员提出的一个问题现在遇到设计人员提出的一个问题: :地下地下室周围是透水性填土室周围是透水性填土, ,但地下室底版下是但地下室底版下是隔水层泥岩隔水层泥岩, ,设计人员所由于底版与泥岩设计人员所由于底版与泥岩之间无水之间无水, ,即使将来地下室四周填土层中即使将来地下室四周填土层中有水有水, ,地下室也不会浮起来地下室也不会浮起来, ,请问地下室请问地下室有无浮力跟底版下有无水有关系吗有无浮力跟底版下有无水有关系吗? ?我认我认为毫无关系为毫无关系, ,可设计人员和业主认为底版可设计人员和业主认为底版下无水就不用考虑抗浮了。下无水就不用考虑抗浮了。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l有无浮力？l不透水泥岩岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)1.底板下面是泥岩，如何保证两者之间没有间隙？2.只要有间隙，水就能往里渗，只要有水，哪怕是微裂隙，就能形成连通条件，就能传递静水压力，就有浮力；3.工程中，许多因素都使底板和泥岩之间不能密贴。例如，混凝土结硬时的体积收缩，就能形成许多微裂缝，你可以请教设计人员如何使底板混凝土不收缩。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)还是还是旋流井的问题旋流井的问题l旋流井处底板如按透水岩石计算，按勘旋流井处底板如按透水岩石计算，按勘察单位提供的水位计算底板水压力值是察单位提供的水位计算底板水压力值是否太大了。基础底板如何做才能抵抗否太大了。基础底板如何做才能抵抗300kPa300kPa的水压力。的水压力。因采用逆作法施工，卵石和岩石层的摩因采用逆作法施工，卵石和岩石层的摩阻力可达阻力可达100-200kPa100-200kPa，这么大的摩阻力，这么大的摩阻力作用在井壁之上，设计单位还有必要在作用在井壁之上，设计单位还有必要在井底布置抗浮锚桩吗？井底布置抗浮锚桩吗？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果要利用侧壁的摩阻力，则施工时如何保证能发挥摩阻力的工程措施是至关重要的。l 即使利用侧壁摩阻力能平衡浮力，也不完全能替代抗浮桩，这是因为需要底板来传递浮力。l底板将承受很大的弯矩，底板的厚度与配筋将非常可观。l以35m深度、20m直径的园井为例计算如下；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l旋流井上的作用力：井的自重重力旋流井上的作用力：井的自重重力Ql侧壁摩阻力合力F，底部浮力合力PFPQ岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l抗浮安全系数由下式计算：l如果安全系数满足要求，抗浮稳定性没有问题，但20m直径园井底板承受由浮力形成的跨中弯矩可由下式计算：l如果设置了抗浮桩，浮力直接由抗浮桩平衡，底板只承受土压力的弯矩。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)复杂地形的分析评价复杂地形的分析评价l丘陵地带丘陵地带, ,场地多半是挖高填低形成平坦地场地多半是挖高填低形成平坦地形形, ,地层由人工素填土层地层由人工素填土层, ,粉质黏土层粉质黏土层, ,砂泥砂泥岩互层组成岩互层组成, ,地下水都是上层滞水。最近遇地下水都是上层滞水。最近遇到这个工程到这个工程, ,钻探时钻探时, ,因为才新近回填因为才新近回填, ,且雨且雨水较少，钻探深度范围内未见地下水水较少，钻探深度范围内未见地下水, ,但是但是由于这个项目包括了很多地下室由于这个项目包括了很多地下室( (且深浅不且深浅不一一, ,有有4 425m),25m),有些直接在挖方区有些直接在挖方区, ,直接在直接在砂泥岩上砂泥岩上, ,有些可能上部有一定厚度的人工有些可能上部有一定厚度的人工素填土层和粉质粘土层。素填土层和粉质粘土层。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l现在设计要我们一定要提供一个设计抗现在设计要我们一定要提供一个设计抗浮水位浮水位, ,我觉得很困难我觉得很困难, ,因为上层滞水只因为上层滞水只是形成局部的饱和是形成局部的饱和, ,而且不能形成统一的而且不能形成统一的地下水位地下水位, ,我如果提高了我如果提高了, ,可能使之不经可能使之不经济济, ,提低了提低了, ,又有可能会不会由于偶然的又有可能会不会由于偶然的暴雨造成排水不通畅暴雨造成排水不通畅, ,在填土中或基岩裂在填土中或基岩裂隙中达到局部的饱和。隙中达到局部的饱和。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你这个问题有一定的普遍意义，但确实还没有非常成熟、有效的方法来估计由于地面排水不畅所产生的地下水位的变化。l由于人类的工程活动，改变了地貌和地形，改变了地面水的排水、滯留条件，也改变了地下水的渗透、赋存的条件，在填土中地下水位一般都会上升。对这种水位的变化只能实测，而很难作定量的预测。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你可能需要从整个区域来分析，场地平整回填以前的地形地貌特点，地面的径流情况，回填时有没有处理了还是填塞了这些原地面的排水通道？建造了工程以后，对降雨以后地面水的径流和入渗有什么影响，是否能够比较快地排水，有没有滯留的条件，地区的暴雨历史资料如何，考虑最不利的条件估计浸润水位可能达到多少标高。也可能已经采取一些工程措施来减少不利的影响，从而可以降低浸润水位。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)6. 6. 抗浮验算的条件与设计表达式抗浮验算的条件与设计表达式l我我这这里里有有一一个个抗抗浮浮问问题题向向您您请请教教：现现有有一一高高层层建建筑筑（2727层层），地地下下室室两两层层半半，地地面面标标高高43.0m43.0m，地地下下室室底底面面标标高高34.0m34.0m，桩桩基基础础，勘勘察察提提出出的的抗抗浮浮水水位位为为38.0m38.0m。请请问问抗抗浮浮措措施施是是打打地地锚锚好好，还还是是降降水水施施工工，采采取取结结构构措措施施好好呢呢？现现在在我我们们这这地地方方只只要要是是高高层层地地下下室室，均均一一律律采采用用地地锚锚抗抗浮浮，我我总总觉觉得得不不妥妥，打打地地锚锚费费时时又又费费钱钱，经经济济效效益益没没有有降降水水施施工工，地地下室底板采取结构措施好，您认为呢？下室底板采取结构措施好，您认为呢？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l抗抗浮浮验验算算要要分分别别不不同同的的工工况况进进行行，不不同同的的工工况况，浮浮力力和和压压载载的的条条件件是是不不同同的的，不不能能一一概概而而论论，“只只要要是是高高层层地地下下室室，均均一一律律采采用用地地锚锚抗抗浮浮”的的说说法法显显然然是是不不全面的。全面的。l对对于于高高层层主主楼楼的的地地下下室室，在在使使用用阶阶段段，一一般般抗抗浮浮稳稳定定性性是是没没有有问问题题的的。裙裙房房的的重重力力如如果果不不足足以以克克服服浮浮力力，则则可可能能需需要要布置抗浮桩或抗浮锚杆。布置抗浮桩或抗浮锚杆。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在地下室施工阶段，当地下室的侧墙已经做好，如果停止了降水，即浮力已经产生，而荷载最小的时候是最危险的，但你们这个高层采用了桩基，桩基本身是能够承受拉力的，因此也没有问题。l抗浮问题比较严重是纯地下车库，上面没有楼房，只覆了些土做绿化，在使用阶段很可能抗浮验算也通不过，这时候需要设抗浮桩或抗浮锚杆。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果使用阶段验算抗浮没有问题，不需要设抗浮桩的话，则应注意施工期的验算。也就是当地下室的侧墙已经做好，顶板和覆土荷载尚未施加时，千万不能因为施工不再需要降水而将其停了，如果停止了降水，地下车库肯定要浮起来的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)关于抗浮验算的有关规定关于抗浮验算的有关规定l欧洲规范对抗浮稳定性验算列为一种设计的极限状态，“由由于于水水的的浮浮力力或或其其他他竖竖向向力力引引起起结结构构物物或或岩岩土土体体平平衡衡的的丧丧失失，这这种种极极限限状状态简称为态简称为UPLUPL。”4l我国国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2001第3.0.2条第6款规定：“当当地地下下水水埋埋藏藏较较浅浅，建建筑筑地地下下室室或或地地下下构构筑筑物物存存在在上上浮浮问问题题时时，尚尚应应进进行行抗抗浮浮验验算算。”但没有规定抗浮验算的设计表达式。5岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l行业标准建筑桩基技术规范JGJ94-2008第3.1.3条第5款规定：“对对于于抗抗浮浮、抗抗拔拔桩桩基基，应应进进行行基基桩桩和和群群桩桩的的抗抗拔拔承承载载力力验验算算。”后续条文规定了基桩抗拔承载力的确定方法，但同样没有给出抗浮稳定性验算的设计表达式。l北京市标准北京地区建筑地基基础勘察设计规范DBJ01-501-92第4.2.1条规定：“当地下水位高于地下建筑底板时，应进行抗浮验算。”也没有给出设计表达式。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l上 海 市 标 准 地 基 基 础 设 计 规 范 DGJ08-11-1999中共有3个有关抗浮稳定性验算的条文。l（1 1）第5.7.95.7.9条，规定：“箱箱形形基基础础在在施施工工、使使用用阶阶段段均均应应验验算算抗抗浮浮稳稳定定性性。在在抗抗浮浮稳稳定定验验算算中中，基基础础及及上上覆覆土土的的自自重重分分项项系系数数取取1.01.0；地地下下水水对对箱箱形形基基础础的的浮浮力力作作用分项系数取用分项系数取1.21.2。”岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)lP=1.2 p A QQ Qp p岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l（2）第6.2.7条规定：“单桩抗拔承载力应符合下式要求：l式中 N作用于单桩的竖向上拔力设计值（kN）；l 单桩竖向抗拔承载力设计值（kN）。对于由抗拔静载荷试验求得极限抗拔承载力或者根据规范的极限抗拔侧摩阻力计算得到的极限抗拔承载力，抗拔承载力设计值等于极限抗拔承载力除以1.6的抗力分项系数。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l（3）这本规范的第11.9.4条还规定：采采用垂直土层锚杆抵抗建筑物浮力产生的用垂直土层锚杆抵抗建筑物浮力产生的上拔力时，应按下式验算建筑物的整体上拔力时，应按下式验算建筑物的整体抗浮稳定性抗浮稳定性：l式中 Wd浮力作用设计值（kN），浮力作用分项系数取1.05；l n土层锚杆总数；l 单锚抗拔承载力设计值（kN）；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l Gd地下建筑结构自重设计值（kN），自重分项系数取1.0。l在上述3条规定中，第5.7.9条写得比较完整，虽然没有设计表达式，把分项系数的取值都作了规定，浮力分项系数取1.2，结构自重分项系数取1.0。但这条完全是依靠结构自重平衡浮力，没有讨论到结构自重平衡不了浮力时怎么办的问题。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l第6.2.7条是采用抗拔桩时的设计表达式，明确了抗力分项系数取用1.6，但没有对浮力设计值如何计算作出规定，如果联系到第5.7.6条的规定，取浮力的分项系数为1.2，则这一条的方法也就完整了。l第11.9.4条的规定可能存在比较大的问题，单锚极限抗拔承载力除以2.02.5的分项系数，所得到的其实并不是设计值，而是单锚的容许承载力。实际上公式（9.2）是双安全系数的设计表达式，2.02.5是抗力的均质系数，而1.05是荷载的超载系数。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由上述分析可知，我国现行的几本设计规范，对抗浮稳定性验算的规定都不是十分全面，有些规范没有设计表达式的规定，也没有如何取用系数的规定。l针对你提出的问题，我的看法是：如果箱形基础不能满足抗浮稳定性的要求，需要加抗浮桩的话，浮力的系数取1.2，结构自重的系数取1.0，桩的分项系数用1.6，即取用桩抗浮承载力的设计值，极限抗浮承载力除以分项系数1.6求得。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)7. 7. 抗浮失效案例分析抗浮失效案例分析l请问地下室真的会浮起来吗？地下室的请问地下室真的会浮起来吗？地下室的底板很厚，自重很大，浮力真的有那么底板很厚，自重很大，浮力真的有那么大吗？大吗？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果是纯地下室，以顶面填土压重的方式平衡浮力，那么无论在施工阶段或者使用阶段，上浮的危险性还是比较大的。l尽管设计时，抗浮稳定性验算具有一定的安全度，但由于施工不能实现设计所考虑的工况，或者设计没有验算最不利的施工情况，一旦这种情况发生，上浮就有可能出现。l例如，验算抗浮稳定性时把填土重力和地下室结构的自重都考虑在内，这并没有错。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l但实际上当浮力产生的时候，是不是填土已经完成，是不是结构自重已经形成，那不一定。比方说，基坑开挖时采用止水帷幕和坑内降水，在浇筑底板时，坑内的降水井管就成为浇筑混凝土的障碍，这时候能不能停止降水，将井管拔掉？此时如果停止了降水，当底板浇筑以后，作用在底板上的浮力已经产生，而此时地下室的顶板尚未浇筑，顶面的填土尚未填筑，没有出现抗浮稳定验算时考虑的这些重力，你说会不会浮起来？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10) 要保证不产生上浮的事故，要么不停止降水，以后再来处理这些井管，要么设计时就不考虑顶板和填土的自重，采取增加抗拔桩的措施来平衡浮力。l还有一种情况是地下水位超过了设计时考虑的水位，也就是所说发生了设计时没有能考虑的附加荷载，那当然也会发生上浮的事故。l事实上，上面讲到的这些原因所产生的地下室上浮事故，都有发生过。地下室上浮是非常严重的工程事故，上浮时地下室可能开裂，而且会倾斜，修复和加固都很困难，也有可能报废的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在19961996年，海口市曾经发生过2 2层地下室浮出地面的事故。那年9 9月1919日2121日，海口市经受到1212级台风的袭击，拌有400mm400mm以上的大暴雨，海水位高出海岸边地下水位，局部地带产生海水倒灌现象。2121日凌晨，在巨声呼啸之后，似觉地动楼摇，但见深埋地下，体积达3 3万立方米以上的巨型地下室，突然窜出地面5 56m6m。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10) 这个地下室底面积3040m3040m2 2，自重149280kN149280kN，上浮以后呈西高东低，西端吃水深度4.85m4.85m，东端吃水深度5.95m5.95m，平均吃水深度5.4m5.4m，而单位面积的抗浮能力可由下式计算：lkPakPal与浮力54kPa54kPa比较，相差的5kPa5kPa主要是由地下室内留有30cm30cm积水以及下黏附着从持力层带上来的土体。从这个上浮的地下室浮力平衡的分析来看，在抗浮失稳的过程中，地下室与土体之间的摩擦力非常小，因此在抗浮分析中，不宜考虑摩擦力的阻浮作用。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)8. 8. 抗浮设计案例分析抗浮设计案例分析岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l上部结构：1-13轴2-21轴为本工程两处独立的商场和电影院部分，为地上3层，地下2层，高度20.4米。采用现浇钢筋混凝土框架结构。楼、屋面采用现浇钢筋混凝土梁板；1-1轴1-13轴为本工程办公部分，为地上12层，地下2层，高度59.0m。采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构。楼、屋面采用现浇钢筋混凝土梁板。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l本工程的地下部分，由大面积的地下二层组成，不具有人防功能。采用现浇钢筋混凝土框架结构。楼面采用现浇钢筋混凝土梁板。柱网84008400mm。地下室底板采用梁板结构，板厚为500mm，板顶标高为：-8.800mm，底板底标高：-9.300m。室内外高差为：300mm。地下二层顶板采用180mm厚，C30混凝土，双层双向配筋。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l办公部分地下一层顶楼面板厚为：180mm。商场部分在地下一层顶板开洞的相邻楼板加厚到200mm，其余部分楼板厚度为：150mm，边梁加大到600800mm。由于地下室面积较大，且与主体地下部分连在一起，为解决温度收缩产生裂缝以及沉降差异等问题，在结构纵横向设置多条0.8m宽的后浇带。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l1月下旬发现地下室出现结构性裂缝，在地下二层的顶板处，局部框架梁柱的节点区域都出现了裂缝，在地下室的底板出现了连通的T字形裂缝。裂缝分布区域主要集中在：1822轴下沉广场处。在框架梁柱的节点附近，框架柱在接近梁底处出现了水平裂缝，框架梁在接近柱处出现了垂直或斜裂缝。以21轴上的一个圆柱（柱1）和22轴上的一个方柱（柱2）裂缝最为严重。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)底板裂缝分布底板裂缝分布岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)底板抬高量等值线底板抬高量等值线岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)应急处理措施应急处理措施 l1 1、安排变形及裂缝观测：l对相关区域地下二层底板及顶板标高测定，并观测其变化情况；l在地下二层相关区域内设置稳定的观测点（测点位置如附图1 1所示），进行二等水准测量，每2424小时应观测两次，并做好详细记录及对比数值，及时提供各方单位；岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l2 2、采取底板开孔排水卸荷措施，在底板相应位置开孔，并取得底板水压力数据。考虑实施条件，开凿500mm500mm500mm500mm的孔坑，局部以小孔穿透底板，并设置滤网防止土体流失，测定水压，并记录涌水量，及时排出涌出的水。l3 3、在此区域地下二层顶板上按设计的要求进行覆土加载。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)地下室结构性裂缝产生原因分析地下室结构性裂缝产生原因分析l地下室底板上浮时由于遭受周围建筑物的制约，形成了不均匀的上浮变形，根据实测数据，计算的整体挠曲矢高比（上浮变形量与平均跨距之比）约为6左右，已超过钢筋混凝土板所能承受的挠曲变形。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l地下室底板各测点间的局部挠度如以平均斜率计算，则计算结果如表所示。平均斜率从2.416.016.0，对比上抬量等值线，可以发现裂缝发展的方向与等值线密集的趋势是一致的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l为采取释放水压力并在下沉式广场覆土以后，底板上抬量的回沉与时间的关系曲线，采取应急措施后十天内底板迅速回沉，并趋于稳定。上抬变形量中有3/43/4是回沉了，只有1/41/4左右的变形是不可恢复的变形，说明所采取的应急措施是有效的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)原因分析原因分析l本工程在设计上存在先天的缺陷，再加上施工过程中过早停止降水，在设计表达式中作为抗浮作用的结构自重及覆土自重尚未完全施加时就停止了降水，致使地下水形成的上浮力超过了已建结构的重力，产生地下室底板上浮。但由于下沉式广场四周建筑物的结构制约，形成了地下室底板中部拱起，底板顶部钢筋出现塑性变形，混凝土开裂，地下室的一些梁柱也同时出现由于过大的剪应力所造成的竖直裂缝、水平裂缝与斜裂缝。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l设计计算书的抗浮验算公式中，所采用的浮力系数取值为1.05和桩的抗拔承载力的分项系数取值为1.6之间存在不匹配，导致设计所用的抗浮安全度偏低。l采用抗拔性能比较差的管桩作为抗浮桩，同时选用了33m的桩长又过长，致使接头过多，在浮力作用下发生接头被拉断的可能性增大，容易使抗浮桩失效。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l以某号柱为例，作用在柱下底板计算面积上的浮力值5425.0kN5425.0kN（乘以1.051.05系数）和结构及覆土自重2487.7kN2487.7kN（乘以1.01.0系数），单桩承载力采用700kN700kN（分项系数取用1.61.6），则计算的桩数由下式求得：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l如果按上海地基基础设计规范规定，浮力应乘以1.201.20系数，则为6200.0kN6200.0kN，相应的单桩承载力也采用700kN700kN，则计算的桩数由下式求得：l如果浮力值用5425.0kN5425.0kN，相应的单桩承载力采用560kN560kN（安全系数取2.02.0）则计算的桩数由下式求得：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由于系数的不匹配，使有些承台下的桩数少了，使每根抗浮桩大约超载了1015。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l施工在浇筑地下室底板时就停止了降水，这不符合验算抗浮稳定性时计入了结构和覆土自重的设计状况。此外，采用预应力管桩作为抗浮桩，桩长取33m33m，致使桩的接头比较多。这两个因素都对抗浮稳定性是不利的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)对底板开裂的修复加固处理对底板开裂的修复加固处理 l比较了设置抗浮锚杆和压重两种方案。加固设计时，考虑到底板的上抬变形量已远远超过了桩的抗拔承载力所对应的变形量，判断抗浮桩均已失效，因此浮力扣除结构自重以后，全部由锚杆或者压重来平衡。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l加固锚杆的数量比较多，因此采用锚杆加固方案时对底板整体性的损伤比较严重；采用压重方案的施工比较方便，但对地下室使用面积的影响比较大。经过方案比较的结果，最终采用压重方案加强地下室的抗浮能力，在压重满足抗浮设计要求以后再封堵排水孔，并修补混凝土结构的裂缝。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)9. 9. 消减浮力的工程措施消减浮力的工程措施l在讨论旋流井的旋流井的底板承受那么大的水压力的问题，我提出了可以做“大面积的静力释放层”，即在井的底部集水抽掉，在上海的88层金茂大厦就做了这种消减水压力的静力释放层。现在对于风化岩的透水性有不同的估计，先按最不利的估计设计静力释放层，如果出现了确实透水性不大的情况，那仅是抽水设备的设计能力没有用足的问题，根本没有什么大的风险，这样做肯定比2000多根锚桩节省多了。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)水泵房水泵房砂石集水层砂石集水层岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l上海金茂大厦裙房基础的面积15000m2，基坑开挖深度15.5m，设置了大面积静力释放层以消减地下水浮力，降低对基础底板的浮托力，使底板的厚度从传统设计的1.5m2.0m减少到0.6m。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)四四. . 抗剪强度指标的评价与抗剪强度指标的评价与大面积堆载的稳定性验算大面积堆载的稳定性验算l在一个大面积填土场地在一个大面积填土场地, ,需要考虑基底应需要考虑基底应力是否满足要求吗力是否满足要求吗? ?假设一个场地填土高假设一个场地填土高20m,20m,按重度按重度18kN/m18kN/m3 3计计, ,原地面不是作用了原地面不是作用了360kPa360kPa荷载了吗荷载了吗, ,假如原地面承载力为假如原地面承载力为180kPa,180kPa,那地基会破坏吗那地基会破坏吗? ?岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l个人认为中部不会破坏个人认为中部不会破坏, ,考虑变形是不满考虑变形是不满足足, ,而边侧上考虑滑动破坏而边侧上考虑滑动破坏, ,就象一个就象一个100m100m高土坝高土坝, ,其基底应力可高达其基底应力可高达2000kPa,2000kPa,但通常修建土坝时并不论证地基承载力但通常修建土坝时并不论证地基承载力是不满足要求是不满足要求, ,而是论证抗剪强度是否满而是论证抗剪强度是否满足要求足要求, ,同样的道理是否同样适合于大面同样的道理是否同样适合于大面积填方区的稳定性评价呢积填方区的稳定性评价呢? ?岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l有的人说高填方路堤这样的柔性土工结有的人说高填方路堤这样的柔性土工结构没有地基承载力的问题，只有稳定性构没有地基承载力的问题，只有稳定性和变形的问题；这个说法对吗？和变形的问题；这个说法对吗？l有人说高填方的地基承载力无需考虑，有人说高填方的地基承载力无需考虑，是因为经过修正后，地基承载力非常高，是因为经过修正后，地基承载力非常高，这个说话对吗？这个说话对吗？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)试验如何模拟工程条件？试验如何模拟工程条件？l指标的选用应该考虑以下因素：（指标的选用应该考虑以下因素：（1 1）试）试验过程中的应力路径和排水条件能否模验过程中的应力路径和排水条件能否模拟现场的加载情况？（拟现场的加载情况？（2 2）试验指标是否）试验指标是否便于获得或积累了相当的经验？为模拟便于获得或积累了相当的经验？为模拟现场的应力路径和排水条件，一般分现场的应力路径和排水条件，一般分UUUU、CUCU、CDCD试验。试验。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l实际上实际上CUCU试验用于计算土压力时，并没试验用于计算土压力时，并没有真正模拟现场的应力路径。有真正模拟现场的应力路径。CUCU实验中，实验中，剪切过程中是围压不变，轴向应力增大剪切过程中是围压不变，轴向应力增大到破坏；而支护结构中则是竖向压力到破坏；而支护结构中则是竖向压力（自重应力）不变，而水平向应力变化。（自重应力）不变，而水平向应力变化。规程中之所以考虑采用规程中之所以考虑采用CUCU试验指标，个试验指标，个人认为很大程度上是经验。人认为很大程度上是经验。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l为了模拟土样原始受力状态，那也应该为了模拟土样原始受力状态，那也应该是给土样加上它原来所受到的自重应力，是给土样加上它原来所受到的自重应力，并在该自重应力下固结到原来的密实程并在该自重应力下固结到原来的密实程度，但这样一来似乎应该叫作自重预固度，但这样一来似乎应该叫作自重预固结后再快剪，并不是统一固结到结后再快剪，并不是统一固结到0.005mm0.005mm的固结快剪。的固结快剪。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l不固结不排水试验与固结不排水有什么区别；l固结变形稳定标准的工程意义；l预固结后的不固结不排水试验与固结不排水试验有什么区别；l如何选择预固结压力以及与第1级固结压力的关系；l模拟基坑开挖应力路径的试验是怎么做的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)不固结不排水试验与固结不排水不固结不排水试验与固结不排水有什么区别？有什么区别？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l不固结不排水剪的摩擦角等于零，计算的问题等价于用总强度的计算。l不固结不排水试验模拟基坑、边坡整体稳定性验算条件、加荷速率很快的地基稳定性验算条件。l用p1/4公式计算地基承载力的结果为3.14cu，地基承载力的大小与基础的宽度和埋置深度就没有关系；用极限承载力公式计算的结果为5.14cu，地基承载力同样不随基础的埋置深度和基础尺寸而变化。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l固结不排水剪所测定的是抗剪强度 随固结压力变化的规律，用内聚力c和内摩擦角 两个参数来描述其变化规律。l固结不排水剪试验用于以库伦定律为基础的土力学问题的计算，也就是假定土体为摩擦材料的计算，模拟土压力、边坡和地基承载力的计算。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)固结变形稳定标准的工程意义固结变形稳定标准的工程意义l为什么固结不排水剪试验时的固结稳定标准取 0.005mm/h？l这是变形速率的概念，根据固结理论，岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于相同固结系数的两个土层，达到相同固结度的时间与其相应渗径的平方成正比。l固结试验试样的厚度为2cm2cm，由于固结试验时在试样的上、下均设置透水板，是双面排水条件，因此渗径等于1cm1cm。如果实际土层的渗径是1m1m，则基于上述固结理论的推论，试验时读数1 1小时，相当于实际土层的变形历时1101104 4小时，试验室中0.005mm/h也就相当于1m厚土层的变形速率为1101105 5mm/dmm/d。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这个速率远小于工程测量的稳定标准1102mm/d，说明土层的压缩变形实际上已经达到稳定的要求了。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)预固结后的不固结不排水试验与预固结后的不固结不排水试验与固结不排水试验有什么区别？固结不排水试验有什么区别？ l不固结不排水试验l预固结后的不固结不排水试验l固结不排水试验l这是三种不同的试验，方法不同，结果不同岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在19801980年代，同济大学的土工试验室，曾经用上海的软土做了一些探索性的对比试验，结果见表。表中的K K0 0UUUU试验为在K K0 0条件下进行预固结以后再做的不固结不排水试验，与常规的固结不排水试验（CUCU）的区别在于：UUUU试验的几个试验是在不同的固结压力下固结后进行不排水试验，直至试样剪切破坏；而K K0 0UUUU试验的几个试样是在相同的固结压力（等于原位的自重有效应力）下固结后，再进行不排水试验，直至试样剪切破坏。采用K K0 0条件预固结是为了模拟原位条件的应力状态。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)如何选择预固结压力以及与第如何选择预固结压力以及与第1 1级级固结压力的关系固结压力的关系 ？岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l要求第一级压力必须大于上覆有效压力，才能使整个试验的强度包线上的点都处在正常压密状态。如果不注意这个问题，第一级压力小于上覆有效压力，则其压密状态是超压密状态；而其余的压力大于上覆有效压力，则试验点处于正常压密状态。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l常规的不固结不排水试验得到的是试样的天然强度c cu0u0。l预固结后的不固结不排水试验得到的是处于天然状态的土体的天然强度c cu u。l预固结压力的大小应按照取土深度z处的有效自重压力 z（即上覆有效压力）计算，竖向压力等于有效自重压力 z，侧向压力等于竖向压力乘静止侧压力系数，即K0 z这种预固结方法称为K0预固结。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)基坑设计为什么用基坑设计为什么用CUCU指标指标计算土压力？计算土压力？l有人是这样理解：基坑开挖后，由于边有人是这样理解：基坑开挖后，由于边界条件改变，基坑侧壁土会发生渗流固界条件改变，基坑侧壁土会发生渗流固结，强度会提高，所以对应用固快或结，强度会提高，所以对应用固快或CUCU指标。指标。 这样的认识对不对？这样的认识对不对？l我认为与基坑设计是否采用止水帷幕有我认为与基坑设计是否采用止水帷幕有关，坑外不排水时，采用不固结不排水关，坑外不排水时，采用不固结不排水剪的强度指标比较接近。剪的强度指标比较接近。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l设计的方法不同而采用同一种指标，实设计的方法不同而采用同一种指标，实际上不是很合理的，我建议基坑影响范际上不是很合理的，我建议基坑影响范围内的土的抗剪强度指标应采用多种方围内的土的抗剪强度指标应采用多种方法取得（如果土样足够的话），以便设法取得（如果土样足够的话），以便设计人员比较后采用。计人员比较后采用。 l软土地区（如上海、天津等地）一般均软土地区（如上海、天津等地）一般均采用止水帷幕。需支护的土体不存在排采用止水帷幕。需支护的土体不存在排水情况。我想知道的是规范（包括上海水情况。我想知道的是规范（包括上海规范）为什么强调用固结排水指标？规范）为什么强调用固结排水指标？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这种说法是将疏干基坑的排水与剪切时由于剪缩性产生的排水混淆起来了，这是两个完全没有关系的排水概念。基坑的排水是为了疏干，采用施加一定真空度的方法，利用大气压力将土中水排出，排水疏干对土的抗剪强度的影响目前研究得还很少，工程上并没有考虑如何利用这部分强度的提高。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l抗剪强度试验时的排水与不排水方法是模拟当土体受压缩时排水固结引起强度的提高，土体发生剪切时，由于剪缩性土体产生体积的减小，从而使土的抗剪强度得以提高的力学现象，这种试验所模拟的并不是降水的疏干效应。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)降水疏干效应降水疏干效应l如果要利用疏干以后土的强度的提高量，也不是做固结排水试验，而是在疏干前后取土试样做抗剪强度试验，寻求疏干对土的强度的影响。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这些对比试验说明，降水疏干效应对软土的工程性质有一定的改善作用，但实测的资料不多，规律性也不明显，作为工程设计的依据还不够充分，只能在概念上考虑这个效应，作为工程的安全储备。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)模拟基坑开挖应力路径的试验是模拟基坑开挖应力路径的试验是怎么做的？怎么做的？ l实际上实际上CUCU试验用于计算土压力时，并没试验用于计算土压力时，并没有真正模拟现场的应力路径。有真正模拟现场的应力路径。CUCU实验中，实验中，剪切过程中是围压不变，轴向应力增大剪切过程中是围压不变，轴向应力增大到破坏；而支护结构中则是竖向压力到破坏；而支护结构中则是竖向压力（自重应力）不变，而水平向应力变化。（自重应力）不变，而水平向应力变化。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这个问题确实值得进行研究。可惜目前研究开展得太少，研究的成果也比较少。为什么研究比较少呢？主要是因为能够模拟基坑工程卸荷应力路径的试验需要特殊的试验装置，用常规的三轴仪不能做这种试验。l因因为一般的三一般的三轴仪的的竖向荷向荷载传力杆面力杆面积小于小于试样的面的面积，因此在减少周，因此在减少周围压力力时，轴向力同向力同时也随之减小，两者是也随之减小，两者是联动的。的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l因此用目前因此用目前试验室装室装备的的这种常种常规三三轴仪，是不能做保持，是不能做保持竖向向应力不力不变的条件的条件下，减小周下，减小周围压力直至力直至试样破坏的破坏的这种种特殊特殊试验。l如果三如果三轴仪采用伺服装置，即在减低周采用伺服装置，即在减低周围压力的同力的同时，通，通过伺服机构的伺服机构的补偿使使轴向力保持不向力保持不变，那么，那么这样的的仪器也可器也可以做以做这种特殊的种特殊的试验。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l1.1.考虑基坑卸载对土中应力的影响，模拟卸载应力路径的三轴试验所得到的抗剪强度指标与常规的三轴试验结果不同，因而影响土压力的计算结果，这是可以肯定的。l2.2.卸载对抗剪强度指标的影响如何？两组试验得到并不完全一致的结果，文献44的试验结果是黏聚力大于压缩试验，内摩擦角小于压缩试验；但文献55的资料显示，黏聚力和内摩擦角都小于压缩试验的结果。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l3.3.文献55的资料显示，开挖的深度越深，卸载使抗剪强度指标降低的百分比幅度越大。实际上表5-25-2中的D D组，开挖深度也仅8m8m左右。如果开挖深度更深，是否降低得更多，尚需进一步试验验证。l由于这类对比试验研究的成果不多，目前这种试验的结果可能一时还不能用于工程设计。但希望有更多的同行研究这个问题，积累资料和经验，不然老是停留在现在的水平上提不高。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)软土地区堆山造景应考虑软土地区堆山造景应考虑哪些工程问题？哪些工程问题？ l拟建一别墅区，地上拟建一别墅区，地上2-32-3层，无地下室，基础层，无地下室，基础形式未定，可能为独立柱基或条基，根据甲形式未定，可能为独立柱基或条基，根据甲方要求，为体现别墅区的高低错落，须在现方要求，为体现别墅区的高低错落，须在现状地面基础上填土状地面基础上填土2-6m2-6m。不知是否会造成比。不知是否会造成比较大的地面沉降？该如何处理？（别墅部分较大的地面沉降？该如何处理？（别墅部分拟采用静压桩处理）拟采用静压桩处理）地层情况为：地表地层情况为：地表1.2m1.2m左右的耕植土，其下左右的耕植土，其下为为8-10m8-10m的泥炭质土（孔隙比为的泥炭质土（孔隙比为7.037.03，天然含，天然含水量为水量为291%291%，压缩模量为，压缩模量为0.750.75，承载力，承载力40kPa40kPa），再下为），再下为5-7m5-7m的粉土。的粉土。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l开发商追求作为卖点的小区视觉美观，现在堆山造景已经成为时尚，但给岩土工程带来了许多技术难题，对这类项目，开发商得化代价，需要投下相当多的资金于地下，才能造得起来。l上海已经有一些这样的项目，有成功也有失败的。我们最近几年正在做一项大型堆载试验和采用桩基的别墅周围堆土的足尺试验，研究大面积堆载产生的影响。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l你这个项目在什么地方？看来地质条件比上海差多了，在这个场地上堆2 26m6m的土，可能产生的技术问题有：a a. . 极限堆载高度；b b. . 堆载产生的地面沉降和深层沉降的最终沉降量和发展速度；c c. . 对别墅的桩基产生的负摩阻力；d d. .堆载产生的深层水平位移；e e. .别墅受堆载作用可能产生的水平位移、沉降以及不均匀沉降；f f. . 地基处理的技术可行性与经济性。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l工程地点在昆明，湖沼积地层，非常差，工程地点在昆明，湖沼积地层，非常差，我们是勘察单位，现甲方委托我们和设我们是勘察单位，现甲方委托我们和设计共同解决这个问题，整个小区都得堆计共同解决这个问题，整个小区都得堆土，高低不一，不是纯粹的景观山，因土，高低不一，不是纯粹的景观山，因为场地堆起来以后，在其上面要做别墅。为场地堆起来以后，在其上面要做别墅。现在的想法是在别墅下做静压管桩，其现在的想法是在别墅下做静压管桩，其他地方作一部分地基处理，控制一下地他地方作一部分地基处理，控制一下地面沉降，不过看来问题不是那么简单，面沉降，不过看来问题不是那么简单，不知道高老师能否给详细解析一下。不知道高老师能否给详细解析一下。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l云南滇池是著名的内陆湖泊，其周围沉积的软土反映了我国南方湿润气候条件下的形成的典型软土特点，上层富含有机质，属泥炭和泥炭质土。昆明滇池的湖沼泥炭，纤维状，褐色、黄褐色，由大量的喜水植物的遗体组成，可清楚地见到植物的根、茎、叶，厚度2.2m2.2m4.6m4.6m；泥炭质土，黑、黄褐色，含有未分解的植物残渣。泥炭、泥炭质土和淤泥的物理力学性质的比较见表10-110-1，现场的十字板剪切强度见表10-210-2，室内试验抗剪强度指标见表10-310-3。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)滇池软土上的堆载试验滇池软土上的堆载试验l在昆明滇池厚约10m10m的泥炭层上采用反压平台结合砂垫层的办法成功地进行填高7.8m7.8m的筑堤试验，但堤中心的沉降高达3 3 m m以上。该场地各土层的物理力学指标见表10-110-1。试验堤高7.8m7.8m，堤顶长55m55m，顶宽1.5m1.5m，上部边坡1 1 1 1，下部1 1 2 2。反压平台宽10.2m10.2m，厚2.5m2.5m。堤身及东反压平台下设置0.50.50.8m0.8m厚的砂垫层。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l当填土填至6m6m左右，在填筑反压平台时，由于施工速率太快，发现堤脚B B桩在1010小时内向外位移115mm115mm，两日内累计向外水平位移389mm389mm，向上抬高136mm136mm。平台上出现大量裂缝，平台与堤身分离。在施工速率减缓以后，水平位移速率逐渐减小，试验逐步恢复正常。l堆堤试验后的地面变形见图10.110.1，从图可以看出，沉入原地面以下的土体几乎与堆堤的土体体积相同，堆堤下面地面下沉，两侧地面隆起，水平位移的数值都大于1m1m。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l有一个工程，地层如下：有一个工程，地层如下：0 07m7m为淤质土，为淤质土，7 725m25m为软可塑、稍密的粘性土及粉土，为软可塑、稍密的粘性土及粉土，252535m35m为软塑的粉质粘土，为软塑的粉质粘土，353545m45m为为可硬塑的粘性土，可硬塑的粘性土，45m45m以下为碎石土及以下为碎石土及基岩。业主拟在地表最高堆土基岩。业主拟在地表最高堆土9m9m形成人形成人工坡地，再在人工坡地上建别墅及高层工坡地，再在人工坡地上建别墅及高层建筑，拟采用桩基础，作为勘察来说怎建筑，拟采用桩基础，作为勘察来说怎么评价。么评价。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在这样的地质条件下人工造景堆高9m9m，将会产生很多的工程问题和环境问题，要付出很大的代价。l如果甲方不惜代价地要建造，勘察时需要评价堆山的地基稳定性问题，地基变形的范围及沉降持续时间，后续变形对建筑物地基及桩基的影响。一般勘察可能解决不了这些特殊问题，需要做专门研究，因为上述这些评价很难在现行规范中找到充分的依据。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l应该收集大面积堆载的已有资料，包括成功的经验与失败的教训。成功的大面积堆载的工程，主要的数据见表。这些工程堆载的范围都比较大，堆载高度也很高。这些工程成功的经验，都在于控制了堆载速率，利用软土在固结以后强度的增长规律而堆高的。但这个经验可能不会被看好，如果工程的进度要求快，那就等不及慢慢加载，工期不允许那么长的时间。当然，也得告诉你的甲方，应该尊重客观规律，片面追求工程的速度，对于软土地基上的大面积堆载，那是很危险的，快速堆载而发生事故的案例也有不少的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)如何做堆山造景的现场试验？如何做堆山造景的现场试验？l高老师，你说过你们最近几年正在做一高老师，你说过你们最近几年正在做一项大型堆载试验和采用桩基的别墅周围项大型堆载试验和采用桩基的别墅周围堆土的足尺试验，能否介绍你们是如何堆土的足尺试验，能否介绍你们是如何做现场试验的。做现场试验的。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在上海，曾经为类似工程做过现场大型堆高试验，堆山对桩基影响的原型足尺试验。根据研究结果将原来的4.5m4.5m堆高，减少到3.5m3.5m，不然不仅沉降量大，而且影响范围很大，沉降长期不能稳定。堆山引起建筑物桩基的负摩擦力影响与距离的关系十分明显。现在这个项目正在建造之中，建筑物观测仍在进行之中。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)1 1、大型堆载试验：、大型堆载试验：l研究大面积荷载作用下地基中孔隙水压力的积累与消散规律，各土层压缩量，与水平位移的分布规律及地面变形的分布规律。l为了便于研究分析，这次试验采用圆形堆载。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l因上海地区第层暗绿色粉质粘土层面在地面下25m左右，其上是厚层的软土层。根据上海地区天然地基的一般压缩层厚度的经验，堆载的直径不宜小于第层暗绿色粉质粘土层的埋藏深度。根据拟建场地的岩土工程勘察报告和这次试验前的补勘工作所揭示的地层，取堆载的平均直径为26m，堆载的高度为4.5m，边坡坡度1:1，则堆载的底面直径30.5m,顶面直径21.5m。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这次试验堆载土体选用均匀粉质粘土，控制堆载时土体的含水量尽量接近最佳含水量，每次堆虚土厚度40cm，采用12t振动压路机碾压3遍，压实后厚度在25cm左右，要求压实度达到90以上并满足土体重度达18.0kN/m3以上。堆载时分四级加载，第1和第2级堆土压实后厚度1.25m，第3和第4级堆土压实后厚度1m。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在堆载范围的中心、边缘坡面的中点和距边缘一倍宽度处分别设三组深层沉降观测组。在堆载范围的中心处，设深层沉降和孔隙水压力的观测组，在边缘坡面中点和边缘外一倍宽度处，各设深层沉降、孔隙水压力和水平位移的观测组。l堆载范围内的地面，在中心点设置地面沉降观测标，边缘坡面中点设置地面沉降观测标3 3个，在堆载范围以外，沿径向设9 9个地面沉降观测标。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l深层沉降环设置在原地面、第1 1、第j j、第、第、第1 11 1和第1 12 2层顶面处，埋深27m27m处，共计2424个。l孔隙水压力传感器布置在各主要土层第1 1、第j j、第、第、第1 11 1和埋深27m27m处，即深度分别为2.9m2.9m、5.6m5.6m、10.0m10.0m、16.0m16.0m和21.5m21.5m和27.0m27.0m处，共计1818个。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l堆载中心的地面沉降随堆载量的变化曲线见下图，从图可见，当第三级堆载完成后，地面堆载量达63kPa左右，此时出现了荷载沉降曲线上的拐点，而后第四级荷载施加后地面沉降大幅增加，出现类似于天然地基载荷试验曲线所示的非线形变化阶段。第四级荷载作用下沉降速率随时间增长的曲线见图，加载后105天的沉降速率还有2mm/d，沉降稳定的速度非常缓慢。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这表明，试验所在场地软土层的结构强度在60kPa60kPa左右，这与上海地区长期的工程经验非常一致。继续增加荷载将使土体出现非线形大幅沉降变形，可以认为在本场地进行大面积堆载，不宜超过60kPa60kPa，即地面堆载高度不宜超过3.5m3.5m。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)2 2、桩基足尺试验、桩基足尺试验 重点分析堆载对临近环境和建筑物的影响，并分析堆载建筑物桩基工作性状的影响。l试验中完全按照工程的要求打桩、制作箱形承台，上部结构采用等代量加重物的方法模拟实际荷载的分布。本试验中采用在基础箱体顶板上堆载的形式，并根据别墅上部结构施工的时间过程进行堆载 。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l施工至0.0000.000及结构混凝土养护期满后，采用在一层地板上堆载的方法模拟上部结构荷载。按照单层荷载1.6t/m21.6t/m2计，堆载量约480t480t。l别墅上部结构荷载施加完成后，在别墅四周堆土至4.5m4.5m高度。堆载范围为以建筑物中心为圆心，建筑物西侧至半径为33.35m33.35m的1/41/4圆形区域内，边坡坡度1:11:1，则堆载范围占地面积约830m2830m2，本次试验要求分四级加载，第1 1和第2 2级厚度各1.25m1.25m，第3 3和第4 4级厚度各1m1m。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l桩基足尺试验的主要监测内容：l建筑物的沉降、不均匀沉降和水平位移监测。l选择不同位置桩进行轴力监测，同时在桩的附近进行深层孔隙水压力和深层沉降观测。l在桩基承台底面埋设压力盒量测基础底面反力的变化规律。l在堆载与建筑物之间埋设测斜管两处，分别位于堆载中点和边坡中点，监测堆载引起的原地面侧向位移。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在别墅四周堆载范围内外，设地面沉降观测标监测堆载引起的沉降量。l堆载3.5m3.5m，预测建筑物西侧最终沉降量可达7cm7cm，东侧最终沉降量可达1.5cm1.5cm左右，预计最终差异沉降可以达到5cm5cm左右，则建筑物倾斜可达到0.42%0.42%，将超过规范允许值。l 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l建筑物西侧、中心和东侧的固结度在堆载3.5m3.5m两个月后可达到40%40%左右，可以预测，若预堆载3 3个月，则建筑物两侧的差异沉降可降低40405050，即建筑物倾斜量也可减少40405050，从堆载3.5m3.5m的0.42%0.42%减少到0.20.20.30.3。若预堆载6 6个月，则可减少大部分的建筑物倾斜，保障建筑物的正常使用功能。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l若工期条件许可，建议采取提前堆土、后造建筑物的施工安排，以达到先期堆载预压消除部分土体变形的目的，可以有效降低建筑物的工后差异沉降和减少工后的桩基负摩阻力及下拉荷载，将差异沉降控制在设计规范允许的限值以内。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)高填土没有地基承载力问题吗？高填土没有地基承载力问题吗？ l在一个大面积填土场地在一个大面积填土场地, ,需要考虑基底应需要考虑基底应力是否满足要求吗力是否满足要求吗? ?假设一个场地填土高假设一个场地填土高20m,20m,按重度按重度18kN/m18kN/m3 3计计, ,原地面不是作用了原地面不是作用了360kPa360kPa荷载了吗荷载了吗, ,假如原地面承载力为假如原地面承载力为180kPa,180kPa,那地基会破坏吗那地基会破坏吗? ?岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l个人认为中部不会破坏个人认为中部不会破坏, ,考虑变形是不满考虑变形是不满足足, ,而边侧上考虑滑动破坏而边侧上考虑滑动破坏, ,就象一个就象一个100m100m高土坝高土坝, ,其基底应力可高达其基底应力可高达2000kPa,2000kPa,但通常修建土坝时并不论证地基承载力但通常修建土坝时并不论证地基承载力是不满足要求是不满足要求, ,而是论证抗剪强度是否满而是论证抗剪强度是否满足要求。足要求。l有的人说高填方路堤这样的柔性土工结有的人说高填方路堤这样的柔性土工结构没有地基承载力的问题，只有稳定性构没有地基承载力的问题，只有稳定性和变形的问题；这个说法对吗？和变形的问题；这个说法对吗？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在高速铁路路基施工时候，为什么要花在高速铁路路基施工时候，为什么要花相当一部分钱去让检测单位做复合地基相当一部分钱去让检测单位做复合地基承载力试验呢？本人读书期间承载力试验呢？本人读书期间在武广客在武广客运专线上做了一年的运专线上做了一年的CFGCFG承载力试验，设承载力试验，设计单位对这个很重视，而且不同填高的计单位对这个很重视，而且不同填高的路堤下的路堤下的CFGCFG桩的承载力要求也不一样，桩的承载力要求也不一样，范围在范围在180180350kPa350kPa之间，请问，这个承之间，请问，这个承载力要求是怎么算出来的？载力要求是怎么算出来的？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l高填方首先要保证地基的稳定性，同时也要保证填土边缘的边坡稳定性。l这位网友提出填土的中心变形与边缘滑动的问题，值得我们进一步分析。所谓中心部位，由于填土的高度一样，所以边缘部位对中间部位来说，就相当是马道的压重作用，但要压住中间部位，边缘部位自身必须稳定。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l填土边缘的稳定性受两个不同的破坏机理的控制。第一是地基的第一是地基的稳定性，第二是填土本定性，第二是填土本身的身的边坡坡稳定性。定性。 l如果地基失如果地基失稳了，那填土的了，那填土的边坡再坡再稳定也是定也是没有用的。没有用的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l我我们再再举一个特殊的大面一个特殊的大面积荷荷载问题，如果不是填土，而是堆如果不是填土，而是堆钢锭，钢锭本身本身只要按要求堆放就不存在只要按要求堆放就不存在边坡坡稳定定问题，但地基但地基稳定性定性问题还是存在的，是存在的，钢锭堆堆得太高了，地基就要失得太高了，地基就要失稳，那不是地基，那不是地基承承载力力问题是什么？是什么？ 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l承认存在地基失稳的现实，即承认存在填土的极限高度问题。l极限高度可以从两个不同的角度考虑，l第1 1 是从地基极限承载力的角度考虑，假如填土的高度是h h，填土的重度为 ，填土施加于地面的压力为 h h。如果地基极限承载力由下式求得：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l式中N N 、N Nq q、N Nc c为承载力系数； 、 q q、 c c为基础形状系数； 1 1、 0 0为土的重度；b b为基础宽度；d d为基础埋置深度；c ck k为土的凝聚力。l极限高度由下式求得： 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l设安全系数为K K，填土的高度应满足下式：l第2 2可以从填土边缘的边坡圆弧稳定分析的角度计算极限高度，用TaylorTaylor提出的稳定因数N Ns s的方法：33岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l式中 N Ns s稳定因数；l 填土的重度；l h hkpkp极限高度；l C C土的内黏聚力。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l从图可以看出当坡角小于5353，内摩擦角 00，稳定因数N Ns s5.525.52。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l因此，在内摩擦角 0 0的条件下，l用地基极限承载力计算的极限高度为l5.14/ / ，l而用边坡稳定圆弧滑动分析方法计算的极限高度为l5.525.52c/ c/ ，l两种方法得到相同的极限高度，误差仅为3.53.5。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l我们看公路路基设计规范JTG JTG D30-D30-20042004，第3.6.63.6.6条第2 2款的规定：“分分析析高高路路堤堤的的稳稳定定性性时时，地地基基的的强强度度参参数数c c 、 值值，宜宜采采用用直直剪剪的的固固结结快快剪剪或或三三轴轴剪剪的的固固结结不不排排水水剪剪试试验验获获得得。”第第3.6.73.6.7条条规规定定： “路路堤堤稳稳定定性性分分析析包包括括路路堤堤堤堤身身的的稳稳定定性性、路路堤堤和和地地基基的的整整体体稳稳定定性性、路路堤堤沿沿斜斜坡坡地地基基或或软软弱弱层层带带滑滑动动的的稳稳定定性性。”显然，规范这里所说的“路堤和地基的整体稳定性”就是地基承载力的问题。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l 江南有个地方准备要堆5050多米高度的人造山，当时就有不同的意见，但有人说这种工程没有地基承载力问题，只有变形问题。但当人造山堆到4040多米高度时，就堆不上去了，山体发生了滑动，形成了下切的滑动面，滑动面出露地面处离坡脚比较远，说明切割的深度比较深，这不是地基失稳了吗？根据这个已经达到破坏的工程案例，按4545 坡角考虑，设地基土的内摩擦角1515 ，则可以估计得到土的凝聚力为68kPa68kPa。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l综上所述，填土的稳定性有两种控制情况，一种是填土和地基一起发生滑动，另一种是地基是稳定的，仅填土的边坡太陡而发生边坡失稳。就前一种失稳而言，就是填土的极限高度问题，达到极限高度，地基发生滑动，牵动了填土一起下滑，根本原因在地基。地基滑动的验算结果与地基承载力的计算结果是相通的，对均质地基而言，两者的结果是一致的。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由此可见，大面积填土，当然有地基稳定性问题，也发生过填土引起的地基失稳滑动的工程事故，你说在只有180kPa180kPa承载力的地基上，堆上荷载高达360kPa360kPa的填土，地基可以不垮吗？实际上是不可能的。l工程实际的情况可能不是简单地一句话能够说清楚的，你说20m高的填土，100m高的大坝是可以一下子放上去的吗？当然没有这种理想的情况，因此也没有什么侧边发生滑动破坏，中部不会破坏的情况。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l实际情况是填到一定高度以后，就填不上去了，填了就塌，发生滑动，这种滑动就是失稳，因此高填土有一个极限高度的问题，极限高度就是极限荷载，也就是地基极限承载力问题，怎么能说高填土没有承载力问题呢？l造成歧义和误解的原因，主要是被临界荷载的承载力公式把概念搞糊涂了。我国对极限承载力历来很不重视，规范也好，教科书也好都只讲p1/4，只讲什么特征值。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对于高填土，变形的要求倒并没有像建筑物那样要求严格，主要是强度和稳定性的问题。如果填土速度足够慢，地基在一定荷载作用下发生固结，强度有了提高，承载力也相应提高了些，慢慢加荷是可以填得比较高一些的，由于填土是柔性结构，变形大一些也没有关系，多填一些土就可以了，所以填土一般没有变形控制的问题。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l边坡稳定性及地基承载力问题在本质上是一致的。边坡稳定性破坏和地基承载力破坏都是由于滑动面上剪应力达到土的抗剪强度而使地基失去稳定的。所不同的只是：边坡失稳的滑动面是圆弧，滑动面上的剪应力是由滑动面以上土体的重力引起的；而地基承载力破坏的滑动面是一组合曲面，滑动面上的剪应力来自建筑物的荷载。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)地基承载力的圆弧滑动法分析地基承载力的圆弧滑动法分析岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l由圆弧滑动分析计算的结果，当垂直荷载的偏心距为e时，与汉森公式相同。当土的内摩擦角 0时，地基承载力系数Nc5.52，介于普朗特尔公式Nc5.14与太沙基公式Nc5.71之间，与饱和软粘土边坡坡角 53 时的稳定因数相同。也就是说对于 53 时的深厚饱和软粘土地基来说，其边坡稳定问题也就是地基承载力问题。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l在强度和稳定性问题中，土压力、地基承载力和边坡稳定性分析的思路和方法其实是相通的，在地基极限承载力的分析中就有主动区和被动区，对软黏土，用极限承载力公式计算和用圆弧滑动分析计算的结果是一样的，填土达到极限高度以后，在填土和地基中形成滑动面，试验中就可以看到这样的现象。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)高填土的地基承载力能否高填土的地基承载力能否通过试验来验证？通过试验来验证？ l在软土地基上的堆堤试验是一种原型的载荷试验，可以更全面地了解地基承载的性状，更加如实地反映实际情况。l堆堤试验的底面尺寸一般比较大，影响的深度很深，所得到的结果并不是某一土层的承载力，而是与堆堤试验的平底尺寸相应的多层地基土的综合承载能力。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l下面给出三个大型试验的实例，包括上海堆堤试验、珠海斗门堆堤试验和连云港堆堤试验，均为沿海软土的试验。通过这些试验可以了解软土的承载性能，在接近极限荷载时土体的水平位移发展的趋势，裂缝的扩展和滑动面的形成特征，还对比了用不同强度指标、不同方法计算的稳定系数和堆堤的极限高度。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)1. 1. 上海堆堤试验上海堆堤试验 l在上海宝山地区做过一个堆载试验的面积为22m30m22m30m的大型堆载试验，地基土的三轴不固结不排水强度c cu u=31kPa=31kPa，原位十字板剪切试验强度c cu u=40kPa=40kPa，在不同试验荷载作用下的平均沉降及按SkemptonSkempton公式计算的地基极限承载力求得的安全系数见表10-510-5。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l这个试验没有做到破坏，加了第4 级荷载，即试验荷载为150kPa后就终止了试验，此时的安全度已经比较低了。按三轴不固结不排水强度cu=31kPa计算的安全系数为1.22；按原位十字板剪切试验强度cu=40kPa计算的安全系数为1.57。此时，在离堆载边缘0.7m处，于地面以下7m的地方测得水平位移为810mm，水平位移与平均沉降之比为1.34，表明已有大量的侧向塑流挤出产生。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)2. 2. 珠海斗门筑堤试验珠海斗门筑堤试验 l珠海斗门筑堤试验是在深厚软土层上进行的，试验路堤底宽24m, 24m, 边坡1 1 1.5, 1.5, 纵向长度20m20m，坡度1 1 4 4。试验区的地质条件为：岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l软粘土，厚14m14m，浅深灰色，软塑，交互沉积薄层粉砂，2 29m9m为正常固结土，9 914m14m为欠固结土，OCROCR为0.60.6；l淤泥，厚12m12m，深灰色，流塑，欠固结土，OCROCR为0.60.6； l粉细砂，松散，厚度1 12m2m；l淤泥，深灰色，流塑，厚 5.55.517m17m，正常固结土；l砾砂、细砂、中砂夹粘土，棕黄色，松散中密。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l软土的不排水强度与深度的关系由下列两种方法估计：l（1）由6个十字板试验得到的结果为：l02m， cu=12kPal216m, cu =0.66h+5.91 kPal（2）由17个静力触探试验结果换算为十字板强度得到的关系为：l02m， cu =12kPal240m, cu =0.668h+7.41 kPa岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)路堤填筑至不同高度处的路堤填筑至不同高度处的变形观测数据变形观测数据 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l路堤填筑高度在 2.95m以内时，路堤的沉降和边桩的位移都不大，当右侧填高3.5m ，接近极限高度3.7m时， 路堤的沉降和边桩的位移急剧增加，路堤向右侧发生滑动破坏，路堤堤面中心及左侧产生多条580mm宽的纵向裂缝，中心处裂缝垂直深度近2.4m，路堤坡脚外的稻田隆起，出现明显的破坏迹象。右侧填高至3.7m时，路堤便出现滑弧破坏。计算滑弧与实测结果的比较见图10-5。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)试验路堤计算滑弧与试验路堤计算滑弧与实测结果的比较实测结果的比较 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l滑动面出现在路堤中线观测桩处，滑动体在路堤顶部产生明显的陷落。路堤高度不断接近极限高度时，滑动面产生和发展的过程中，边桩水平位移逐渐增大，路堤底部开裂并向上逐步发展，填土强度逐渐丧失，最终路基失稳产生整体滑动破坏。破坏的过程说明，路堤滑动面的裂缝是滑动牵引所致，由上向下逐渐发展的。在路堤破坏一小时后仍能观测到这种裂缝的张裂扩展。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对试验路堤用不同的指标预估的路堤极限高度见表10-710-7。用室内试验指标计算的结果过高地估计了地基的承载能力，用静力触探估计的强度计算得到了最接近实测的极限高度，用十字板强度估计的路堤极限高度偏低。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l根据失稳后实际破坏的断面，用圆弧滑动法按不同的强度指标计算最危险滑弧的滑动圆心位置及最小稳定系数见表10-8及图10-5。 岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l通过计算和实测的比较，可以得到以下的认识：l无论是用室内试验指标还是原位测试的参数，考虑填土强度的稳定安全系数与极限状态时的安全系数K K=1=1比较接近；不考虑填土强度的稳定安全系数明显偏小。用静力触探与不排水强度的经验关系预估的路堤极限高度和实际情况最为接近。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)3. 3. 连云港软土堆堤试验连云港软土堆堤试验 l堆土筑堤从19871987年5 5月1313日开始，至6 6月1919日填到 4.04m 4.04m , ,停止填土进行观测，至6 6月25 25 日当相邻加固试验段填至4.35m4.35m时两个试验段的路堤一起发生破坏。破坏前后的边桩位移见表10-910-9。路堤破坏的形态见图10-610-6。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l路堤的破坏接近于对称，两侧的地面发生隆起，最宽达8m8m，最高达0.8m 0.8m ，隆起前沿有翻浆冒泥现象；路堤附近的地下水位升高，坡脚有地下水涌出。出现对称破坏的条件是荷载对称，地基土质均匀，软土下卧硬层无明显横向坡度，且填料是粘性土。l破坏时路堤中心附近产生了纵向上窄下宽的倒“V V”形裂缝，上部最宽0.3m0.3m，下部最宽0.8m0.8m，最深达3.3m3.3m，断壁粗糙，为明显的张性断裂。裂缝底部发现一个明显的楔形“核”，由两部分组成，上部为填土，下部为淤泥质粘土，均有明显的擦痕，说明有部分剪性裂缝。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l室内全断面路堤模型的离心试验也发现，路堤的变形和破坏都呈现了对称性。在对称的滑面之间形成了一个相对不动的三角形棱体。当棱体伸入堤身时，堤身裂缝由上部剪性和下部张性两种裂缝连贯组成。这与现场试验观测到的地基破坏现象十分相似。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)孔隙水压力的变化特点孔隙水压力的变化特点 l（1 1）在破坏前的6 6天里，虽然没有加载，但孔隙水压力仍持续增长，与沉降曲线的变化相对应；l（2 2）在软土层中下部的孔隙水压力实测值大于软土的上部，表明填土有一定的排水作用。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l对位于基底下4.4m 4.4m 处的实测孔隙水压力求得的孔隙水压力系数见表10-1010-10。说明当路堤高度接近极限高度时，地基中的塑性区已扩展到基底的中部，孔隙水压力系数逐渐增大至大于1 1，因此在停止加荷后孔隙水压力仍继续升高。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)l采用考虑张裂缝的条分法反算路堤的稳定性，计算的结果见表10-1110-11。稳定验算的结果比较见图10-1010-10。说明除了三轴不固结不排水强度指标外，其他试验指标计算的安全系数与实际情况都比较接近。岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)待 续岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)岩土工程评价与设计讲座之一(上(10)