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1、岩土工程评价与设计方法讲座-岩土工程评价方法(下)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望五五.勘察报告中的岩土工程评价勘察报告中的岩土工程评价1.1.地基承载力评价地基承载力评价2.2.场地的均匀性评价场地的均匀性评价1.地基承载力评价地基承载力评价勘勘察察报报告告提提供供的的地地基基承承载载力力特特征征值值仅仅是是强强度度参参数数还还是是同同时时满满足足强强度度与与变变形形要要求求的的综综合合参参数数？用用承承载载力力公公式式确确定定的的地地基基承承载载
2、力力是否必须验算沉降？是否必须验算沉降？很很多多勘勘察察单单位位直直接接把把地地基基承承载载力力标标准准值值变变为为地地基基承承载载力力特特征征值值。因因8989规规范范与与20022002规规范范上上部部结结构构荷荷载载组组合合不不同同，导导致致计计算算出出的的基基础础底底面面积积明明显显减减少少，对对此此很很多多结结构构设设计计人员提出疑问。人员提出疑问。建筑地基基础设计规范计算地基土建筑地基基础设计规范计算地基土强度特征值的公式中涉及土的容重项，强度特征值的公式中涉及土的容重项，如果地下水位不同时，地基承载力的计如果地下水位不同时，地基承载力的计算结果是不一样的。但如按静探结果、算结果是
3、不一样的。但如按静探结果、标贯试验或物理性指标计算或查表求其标贯试验或物理性指标计算或查表求其承载力时，根本与地下水位无关。承载力时，根本与地下水位无关。用高层建筑岩土工程勘察规程的极用高层建筑岩土工程勘察规程的极限承载力公式可以提供地基承载力吗？限承载力公式可以提供地基承载力吗？不知道这能否用于中低层建筑勘察的特不知道这能否用于中低层建筑勘察的特征值取值依据？征值取值依据？用平板载荷试验得到的承载力，用公式计用平板载荷试验得到的承载力，用公式计算的承载力，不管是极限还是允许值，也算的承载力，不管是极限还是允许值，也不管标以什么名称，都是从强度概念得到不管标以什么名称，都是从强度概念得到的承载
4、力，不包含变形的概念。影响建筑的承载力，不包含变形的概念。影响建筑物变形的因素非常复杂，不可能在用载荷物变形的因素非常复杂，不可能在用载荷试验确定的承载力和用公式计算得到的承试验确定的承载力和用公式计算得到的承载力时能够控制建筑物的变形值。载力时能够控制建筑物的变形值。建筑物地基基础的设计必须满足强度和变建筑物地基基础的设计必须满足强度和变形两方面的要求，但并不是要求承载力控形两方面的要求，但并不是要求承载力控制必须同时包含变形控制。制必须同时包含变形控制。有的时候，承载力与变形都必须计算，有的时候，承载力与变形都必须计算，有的时候强度满足了要求，变形也自然有的时候强度满足了要求，变形也自然满
5、足。例如根据上海的地质条件，硬壳满足。例如根据上海的地质条件，硬壳层的载荷试验数值可能达到层的载荷试验数值可能达到150kPa左右，左右，无论叫比例界限，特征值，临界荷载，无论叫比例界限，特征值，临界荷载，都是从硬壳层的强度得到的承载力，用都是从硬壳层的强度得到的承载力，用公式计算时是用了硬壳层的抗剪强度指公式计算时是用了硬壳层的抗剪强度指标，载荷试验试验反映的也就是标，载荷试验试验反映的也就是23m厚的硬壳层的承载力。厚的硬壳层的承载力。而建筑物的沉降，主要是由深层的软土控制而建筑物的沉降，主要是由深层的软土控制的，基础面积大，应力传得深，受压缩的土的，基础面积大，应力传得深，受压缩的土层更
6、厚，这些因素在载荷试验中能反映吗？层更厚，这些因素在载荷试验中能反映吗？显然不能；在计算公式中能反映吗？也是不显然不能；在计算公式中能反映吗？也是不能的。能的。所以根据上海的地质条件和工程经验，天然所以根据上海的地质条件和工程经验，天然地基只能用地基只能用80100kPa，即过去的所谓老八，即过去的所谓老八吨。这个承载力是综合考虑了地基的变形，吨。这个承载力是综合考虑了地基的变形，一般情况下计算的沉降是可以满足要求的，一般情况下计算的沉降是可以满足要求的，但承载力还是强度问题，只是考虑了深层软但承载力还是强度问题，只是考虑了深层软土对沉降的影响，取用值比较小一些而已。土对沉降的影响，取用值比较
7、小一些而已。同时，这个承载力也不能对变形打包票，同时，这个承载力也不能对变形打包票，在建筑物体型复杂，层高变化大时，即在建筑物体型复杂，层高变化大时，即使用了很低的承载力，建筑物也还是有使用了很低的承载力，建筑物也还是有可能开裂的。在本书可能开裂的。在本书1.6节中详细地介绍节中详细地介绍了一些案例，虽然建筑物的层数不多，了一些案例，虽然建筑物的层数不多，基底压力也并不高，但由于各种因素的基底压力也并不高，但由于各种因素的影响，建筑物还是墙面开裂，严重地损影响，建筑物还是墙面开裂，严重地损坏了。坏了。上海的地基基础设计规范从上海的地基基础设计规范从1999年版年版开始，采用地基极限承载力公式按
8、基础的尺开始，采用地基极限承载力公式按基础的尺寸和埋置深度计算地基承载力，这本规范最寸和埋置深度计算地基承载力，这本规范最近正在进行修编。在上海地区，近年来对近正在进行修编。在上海地区，近年来对10个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了39台平板载荷试验，以验证地基极限承载台平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算公式的适用性。试验结果表明，上海力计算公式的适用性。试验结果表明，上海地区浅层土的地基极限承载力在地区浅层土的地基极限承载力在200kPa300kPa之间，粉土的承载力高于之间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的黏性土，粉土的ps曲线呈渐变型，无明曲线呈渐变型
9、，无明显转折点；而黏性土的显转折点；而黏性土的ps曲线有明显的曲线有明显的线性段。线性段。你谈到了你谈到了89版建筑地基基础设计规范版建筑地基基础设计规范和和2002版建筑地基基础设计规范版建筑地基基础设计规范的关系，但大家忽略了还有一本的关系，但大家忽略了还有一本74版的版的工业与民用建筑地基基础设计规范，工业与民用建筑地基基础设计规范，而且这是个源头。编制而且这是个源头。编制74版规范时，上版规范时，上部结构设计还没有采用概率极限状态设部结构设计还没有采用概率极限状态设计方法，荷载采用的是标准值，地基容计方法，荷载采用的是标准值，地基容许承载力用许承载力用p1/4公式计算或查地基承载力公式
10、计算或查地基承载力表，设计方法是十分标准的容许应力法。表，设计方法是十分标准的容许应力法。但在编制但在编制89版规范时，上部结构设计已经版规范时，上部结构设计已经采用了概率极限状态设计方法，因此地基采用了概率极限状态设计方法，因此地基设计的荷载也已经用了设计值，与设计的荷载也已经用了设计值，与74版规版规范相比大约提高了范相比大约提高了25左右，但由于地基左右，但由于地基承载力用的仍是容许值，无法用分项系数承载力用的仍是容许值，无法用分项系数加以调整。尽管当时采取了一些提高地基加以调整。尽管当时采取了一些提高地基承载力值措施，例如承载力值措施，例如c、的统计修正系数的统计修正系数采用采用85的
11、保证率，深宽修正以后承载力的保证率，深宽修正以后承载力的增量不到的增量不到10的也乘以的也乘以1.1的系数等，但的系数等，但这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽度设计得宽了，即承载力是用得低了些。度设计得宽了，即承载力是用得低了些。2002版建筑地基基础设计规范实际版建筑地基基础设计规范实际上是回到了上是回到了74版规范的设计水平，虽然版规范的设计水平，虽然在细部上有些差别，但在总体上是回到在细部上有些差别，但在总体上是回到了了74规范，即荷载小了，基础明显减小规范，即荷载小了，基础明显减小了，这是回归到了，这是回归到74规范的正常情况，不规范的正常情况，不
12、需要害怕。需要害怕。2002版规范与版规范与74版规范比较，版规范比较，安全度是一致的；与安全度是一致的；与89规范比较，将本规范比较，将本来高了一点的安全度拉了下来，不必有来高了一点的安全度拉了下来，不必有疑问，很正常。疑问，很正常。用承载力公式确定的地基承载力用承载力公式确定的地基承载力为什么必须验算沉降？为什么必须验算沉降？建筑地基基础设计规范考虑弹塑性影建筑地基基础设计规范考虑弹塑性影响计算的临界承载力，在一定程度上考虑响计算的临界承载力，在一定程度上考虑了变形的影响，却还要验算沉降。了变形的影响，却还要验算沉降。我想问，按我国建筑地基基础设计规范我想问，按我国建筑地基基础设计规范公式
13、计算的承载力特征值还需要验算沉公式计算的承载力特征值还需要验算沉降，是不是存在矛盾。降，是不是存在矛盾。建筑地基基础设计规范的公式来源建筑地基基础设计规范的公式来源于前苏联规范。前苏联的规范采用于前苏联规范。前苏联的规范采用p1/4公公式控制基底压力的目的是为了进行沉降式控制基底压力的目的是为了进行沉降计算，认为基底以下塑性区的开展深度计算，认为基底以下塑性区的开展深度没有超过没有超过1/4的基础宽度，地基中大部分的基础宽度，地基中大部分区域还处于弹性状态，可以用弹性理论区域还处于弹性状态，可以用弹性理论计算应力，并用以计算沉降。满足了这计算应力，并用以计算沉降。满足了这个公式恰恰是沉降计算的
14、前提，并不是个公式恰恰是沉降计算的前提，并不是基底压力小于基底压力小于p1/4公式计算的结果就不需公式计算的结果就不需要进行沉降计算了。要进行沉降计算了。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB5007-2002基本上沿袭了前苏联规范的体系，基本上沿袭了前苏联规范的体系，用规范的地基承载力公式计算的结果并用规范的地基承载力公式计算的结果并不包含沉降必然满足要求的结论。恰恰不包含沉降必然满足要求的结论。恰恰相反，几个版本的地基基础设计规范都相反，几个版本的地基基础设计规范都强调按照地基承载力公式计算结果确定强调按照地基承载力公式计算结果确定的地基承载力，必须验算沉降。的地基承载力，必须验算沉
15、降。你的理解上存在一些问题。你的理解上存在一些问题。问题之一是混淆了强度与变形两个不同问题之一是混淆了强度与变形两个不同性质的问题的界限。地基承载力与建筑性质的问题的界限。地基承载力与建筑物的沉降控制不能加以等同，前者是强物的沉降控制不能加以等同，前者是强度问题，与沉降控制不存在直接的因果度问题，与沉降控制不存在直接的因果关系，用强度指标得不到沉降量，用压关系，用强度指标得不到沉降量，用压缩模量也得不到稳定验算的结果。缩模量也得不到稳定验算的结果。问题之二是不了解如何进行变形控制。问题之二是不了解如何进行变形控制。变形控制必须控制计算沉降满足建筑物变形控制必须控制计算沉降满足建筑物的要求，根据
16、不同类型的建筑物，用不的要求，根据不同类型的建筑物，用不同性质的变形指标来控制，而承载力验同性质的变形指标来控制，而承载力验算只与基础尺寸及埋置深度有关，与建算只与基础尺寸及埋置深度有关，与建筑物的类型没有直接的关系，因此只验筑物的类型没有直接的关系，因此只验算地基承载力不能替代变形控制。算地基承载力不能替代变形控制。问题之三是地基承载力验算与沉降计算问题之三是地基承载力验算与沉降计算所涉及的土层深度范围不同。对地基承所涉及的土层深度范围不同。对地基承载力验算有影响的主要是持力层和软弱载力验算有影响的主要是持力层和软弱下卧层，层位太深的土层对承载力不会下卧层，层位太深的土层对承载力不会有什么影
17、响。但深层的土层对沉降量还有什么影响。但深层的土层对沉降量还是有重要的影响，建筑物的平面尺寸越是有重要的影响，建筑物的平面尺寸越大、基础的宽度越宽，对沉降有影响的大、基础的宽度越宽，对沉降有影响的深度范围就越深。深度范围就越深。2.2.场地的均匀性评价场地的均匀性评价场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作用存在不同的理解，因而做法与结果也就不用存在不同的理解，因而做法与结果也就不同。同。重点讨论这三个问题：重点讨论这三个问题：评价场地均匀性的作用是什么？评价场地均匀性的作用是什么？
18、如何认识与处理场地土层的不均匀性？如何认识与处理场地土层的不均匀性？场地均匀性的评价方法场地均匀性的评价方法场地均匀性评价的作用是什么？场地均匀性评价的作用是什么？场地均匀性评价是手段而不是目的；场地均匀性评价是手段而不是目的；为基础方案选择和采取工程措施提供依据；为基础方案选择和采取工程措施提供依据；为方案或设计成果的比较提供建筑物性状为方案或设计成果的比较提供建筑物性状的定量或半定量的计算结果；的定量或半定量的计算结果；勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。场地均匀性评价是手段场地均匀性评价是手段而不是目的而不是目的场地均匀性评价不是简单地说明自然界，场地均匀
19、性评价不是简单地说明自然界，而是为了工程建设（设计与施工）的需要，而是为了工程建设（设计与施工）的需要，分析与说明地基岩土层力学性状的均匀性。分析与说明地基岩土层力学性状的均匀性。因此，均匀性评价的前提是工程建设的要因此，均匀性评价的前提是工程建设的要求，均匀性评价的内容是分析地基的均匀求，均匀性评价的内容是分析地基的均匀性对建筑物的影响，均匀性评价的结果为性对建筑物的影响，均匀性评价的结果为工程设计与施工方案提供依据。工程设计与施工方案提供依据。为基础方案选择和为基础方案选择和采取工程措施提供依据采取工程措施提供依据勘察报告中均匀性评价的结果不是勘察报告中均匀性评价的结果不是“均均匀还是不均
20、匀匀还是不均匀”，也不是简单的，也不是简单的“是否是否适宜于建设适宜于建设”之类的结论，更无法得出之类的结论，更无法得出建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足规范要求等等的结论，而是提出设计时规范要求等等的结论，而是提出设计时应注意什么问题，对基础选型有什么要应注意什么问题，对基础选型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建议。求，可能采取什么工程措施等的建议。勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质条件，说明地质条件对建筑物会产生什条件，说明地质条件对建筑物会产生什么样的影响，设计施工时应采取什么对么样的影响，设计施工时应采取什么对策。
21、策。例如，对山区土岩组合地基，跨在两种例如，对山区土岩组合地基，跨在两种不同地质单元上的建筑物地基，硬层或不同地质单元上的建筑物地基，硬层或软弱层的厚度变化比较大的地基等，这软弱层的厚度变化比较大的地基等，这种地质条件的不均匀性会对建筑物带来种地质条件的不均匀性会对建筑物带来不利的影响，在基础选型、甚至上部结不利的影响，在基础选型、甚至上部结构选型时应该选择适应性比较强的结构构选型时应该选择适应性比较强的结构体系或基础的类型。体系或基础的类型。或在地基基础设计时，采取一些特殊的或在地基基础设计时，采取一些特殊的工程措施，例如设置褥垫层以调节不均工程措施，例如设置褥垫层以调节不均匀沉降，又如在建
22、筑物适当部位设置沉匀沉降，又如在建筑物适当部位设置沉降缝以适应地基的不均匀沉降。降缝以适应地基的不均匀沉降。至于，由于地基的不均匀性所产生的不至于，由于地基的不均匀性所产生的不均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察阶段进行计算，或者审图要求计算的事。阶段进行计算，或者审图要求计算的事。我告诉大家，在勘察阶段是计算不出来我告诉大家，在勘察阶段是计算不出来的，即使在设计阶段，也不是所有的情的，即使在设计阶段，也不是所有的情况都能计算的。况都能计算的。如何认识与处理场地土层的如何认识与处理场地土层的不均匀性？不均匀性？天然土层是均匀的还是不均匀的？天然土层是均匀的还是不
23、均匀的？从地质学的观点来看，总是不均匀的，但从地质学的观点来看，总是不均匀的，但从工程学的观点来看，在工程影响的范围从工程学的观点来看，在工程影响的范围内，需要进行局部化处理，将这个局部作内，需要进行局部化处理，将这个局部作为均质体处理，例如相同的成因类型，同为均质体处理，例如相同的成因类型，同一个地质单元，同一个土层，将其作为一一个地质单元，同一个土层，将其作为一个力学层。个力学层。这样局部化处理以后，对于局部化处理这样局部化处理以后，对于局部化处理以后的地质体，就可以抽样试验，可以以后的地质体，就可以抽样试验，可以统计分析，可以引用均质体的理论进行统计分析，可以引用均质体的理论进行力学的分
24、析计算。力学的分析计算。一切岩土工程的勘探、取样试验、资料一切岩土工程的勘探、取样试验、资料的统计分析、代表性指标的取值、代人的统计分析、代表性指标的取值、代人解析解公式的计算、进入数值分析程序解析解公式的计算、进入数值分析程序进行数学模拟都是建立在均质体假定的进行数学模拟都是建立在均质体假定的基础上进行的，如果不承认这个假定，基础上进行的，如果不承认这个假定，那现行的设计计算就什么都不能做了。那现行的设计计算就什么都不能做了。但是，在岩土工程界，有的同行并不认但是，在岩土工程界，有的同行并不认同这个观点。同这个观点。作为学术研究，当然是可以的。作为学术研究，当然是可以的。但作为岩土工程师处理
25、实际工程问题的但作为岩土工程师处理实际工程问题的基本观点，却使我深深地担忧，在年轻基本观点，却使我深深地担忧，在年轻一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏工程实践的基本训练，缺乏正确的统计工程实践的基本训练，缺乏正确的统计概念和力学概念这种状况，对于工程师概念和力学概念这种状况，对于工程师的成长，对于正确的工程判断和处理工的成长，对于正确的工程判断和处理工程问题是非常不利的。程问题是非常不利的。A A高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授不同的观点，希望提
26、前得到高老的原谅，在不同的观点，希望提前得到高老的原谅，在此先谢谢高老。此先谢谢高老。我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方法论的高度了：法论的高度了：1 1、高老认为地质体是均质、高老认为地质体是均质的，数据的离散性主要来源于取样、试验等的，数据的离散性主要来源于取样、试验等具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽样试验方面的误差，进而导出了关于场地的样试验方面的误差，进而导出了关于场地的认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题的认识，认为公式中常用到经验系数和修正的认识，认为公式中
27、常用到经验系数和修正系数主要是修正此类不确定因素带来的误差系数主要是修正此类不确定因素带来的误差；2 2、另一种观点认为地质体是非均质的，、另一种观点认为地质体是非均质的，要研究其性质必须要有足够的数量的试要研究其性质必须要有足够的数量的试验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，研究其不均匀性，至于数据离散性问题研究其不均匀性，至于数据离散性问题主要强调用统一的方法、设备和标准来主要强调用统一的方法、设备和标准来规范其操作行为，因此而带来的误差是规范其操作行为，因此而带来的误差是统一的，个别样品的差距主要表现了抽统一的，个别样品的差距主要表现了抽样母体的差别，因
28、此要用建筑物不同位样母体的差别，因此要用建筑物不同位置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问题。题。另一位网友发表了不完全相同的观点：另一位网友发表了不完全相同的观点：我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，岩土体也一样，如果不按均质体研究，岩土体也一样，如果不按均质体研究，你有办法反映岩土的量化数据么？你提你有办法反映岩土的量化数据么？你提出了地层的物理力学数据，就与你的前出了地层的物理力学数据，就与你的前提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察报告。报告。从地质勘察的角度来看，其研究对象主要是从地质勘察的角
29、度来看，其研究对象主要是地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、各向异性的，反过来说就是没有人能证明地各向异性的，反过来说就是没有人能证明地质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服务的，从设计角度来看，所有的计算模型或务的，从设计角度来看，所有的计算模型或理论均假设地质体是均质，都要按均质的理理论均假设地质体是均质，都要按均质的理论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供的承载力也好、其它任何指标也好都是把地的承载力也好、其它任何指标也好都是把地质体的性质做了均质化处理，所用的方法就质
30、体的性质做了均质化处理，所用的方法就是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个过程也就是岩土工程勘察工作。过程也就是岩土工程勘察工作。总而言之就是勘察人认为地质体是非均总而言之就是勘察人认为地质体是非均质的，通过勘察过程将一定范围内的地质的，通过勘察过程将一定范围内的地质体的性质做均质化处理，将结果提供质体的性质做均质化处理，将结果提供设计人员使用，一个好的勘察人员必须设计人员使用，一个好的勘察人员必须要明白你所做的均质化处理是否准确可要明白你所做的均质化处理是否准确可靠、其风险概率有多大等问题；工程设靠、其风险概率有多大等问题；工程设计人员要求将地质体看做地
31、均质的，但计人员要求将地质体看做地均质的，但一个好的设计师必须要了解地质体的非一个好的设计师必须要了解地质体的非均质性所带来的后果，并妥善处理好它均质性所带来的后果，并妥善处理好它们的关系。我想这也正是岩土工程师所们的关系。我想这也正是岩土工程师所必须具备的最基本的概念和素质要求。必须具备的最基本的概念和素质要求。自自然然地地质质条条件件是是复复杂杂的的，岩岩土土体体是是不不均均匀匀的的，这这是是大大家家公公认认的的事事实实，但但作作为为工工程程研研究究的的对对象象，需需要要认认识识它它，研研究究它它和和处处理理它它，又又不不得得不不把把它它局局部部化化和和简简单单化化，忽忽略略次次要要的的，
32、解解决决主主要要的的矛矛盾盾，这这可可能能是是自自然然科科学学研研究究和和工工程程技术研究的不同之处。技术研究的不同之处。对于不同类型的均匀性问题用对于不同类型的均匀性问题用不同方法来处理。不同方法来处理。作为岩土工程师，对于你勘察的场地，首作为岩土工程师，对于你勘察的场地，首先要做地质工作，从地质成因和地层年代先要做地质工作，从地质成因和地层年代上要区分清楚，是洪冲积的还是残坡积的，上要区分清楚，是洪冲积的还是残坡积的，是河漫滩还是阶地，是第四纪地层还是老是河漫滩还是阶地，是第四纪地层还是老地层，这就是所谓的把地质单元划分正确，地层，这就是所谓的把地质单元划分正确，这是进一步考虑布置勘察试验
33、工作的基础。这是进一步考虑布置勘察试验工作的基础。对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，即使在平原地区，土层厚度也常常有较大即使在平原地区，土层厚度也常常有较大的变化，因此需要用勘探点的间距来控制的变化，因此需要用勘探点的间距来控制其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不同的。同的。从土的性质来研究土层均匀性，一般认从土的性质来研究土层均匀性，一般认为同一地质单元可以作为均质体来处理
34、，为同一地质单元可以作为均质体来处理，可以采用统计的方法来处理试验指标。可以采用统计的方法来处理试验指标。如果不承认这一点，即使是最简单的计如果不承认这一点，即使是最简单的计算平均值的方法也就失去了理论的前提，算平均值的方法也就失去了理论的前提，就不能用平均值来处理试验结果。也失就不能用平均值来处理试验结果。也失去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那麻烦就大了。麻烦就大了。将将试试验验指指标标用用于于工工程程计计算算时时，计计算算公公式式的的推推导导都都有有均均质质土土的的假假定定，计计算算基基础础中中点点沉沉降降时时，你你必必须须承承认认土土层层是是均均匀匀的的
35、，包包括括深深度度方方向向和和水水平平方方向向都都是是均均匀匀的的，如如果果不不承承认认这这一一点点，这这个个计计算算土土中中应应力力的公式就不成立，还计算什么？的公式就不成立，还计算什么？如如果果认认为为同同一一个个地地质质单单元元也也存存在在不不均均匀匀性性，而而又又希希望望把把这这种种不不均均匀匀性性探探明明显显示示出出来来。如如果果采采取取在在建建筑筑物物四四个个角角点点分分别别取取土土试试验验的的方方法法，但但在在水水平平方方向向上上怎怎么么把把握握两两个个钻钻孔孔之之间间的的变变化化呢呢？认认为为一一个个孔孔的的数数据据能能代代表表多多大大的的范范围围，1m1m？2m2m？还还是是
36、多多少少？就就没没有有底底了了。如如果果认认为为在在深深度度方方向向上上同同一一个个土土层层也也存存在在不不均均匀匀性性，那那在在两两个个取取土土点点之之间间的的不不均均匀匀性性又又如如何何把把它它探探明明？因因此此在在对对同同一一地地质质单单元元的的不不均均匀匀性性假假定定的的基基础础上上的的勘勘察察工工作作，连连取取土土点点的的确确定定都都会会有有很很大大的的争争议，事情就做不下去了。议，事情就做不下去了。在在均均质质土土假假定定的的基基础础上上，把把各各个个勘勘探探点点、各各个个取取样样点点的的数数据据的的差差异异看看成成是是随随机机因因素素造造成成而而不不是是系系统统因因素素造造成成的
37、的，这这些些随随机机因因素素包包括括当当年年沉沉积积时时物物质质的的差差异异、年年代代的的差差异异、沉沉积积条条件件的的差差异异、取取土土扰扰动动程程度度的的差差异异、试试验验条条件件的的差差异异等等等等。在在这这样样假假定定的的基基础础上上，就就可可以以用用统统计计的的方方法法来来处处理理这这些些数数据据的的随随机机误误差差了了，数数据据的的离离散散性性或或变变异异性性是是反反映映这这种种随随机机因因素素影影响响的的定定量量指指标标，通通过过计计算算，可可以以估估计计这这些些随随机机误误差差对对计计算算结结果果所所造造成成的的影影响响有有多多大大，这这就就是是误误差差估估计和可靠度分析。计和
38、可靠度分析。因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般都分层采用各层土的综合压缩曲线去确都分层采用各层土的综合压缩曲线去确定其相应压力段的压缩模量，而且对于定其相应压力段的压缩模量，而且对于一个场地，如果是同一个地质单元，也一个场地，如果是同一个地质单元，也只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。如果如果发现发现某一个范某一个范围围存在明存在明显显的指的指标标差差异，那很可能是在地异，那很可能是在地质单质单元的划分上出元的划分上出了了问题问题。防止不均匀性对建筑物的危害防止不均匀性对建筑物的危害地基不均匀性对建筑物的危害主要使建地基不均
39、匀性对建筑物的危害主要使建筑物倾斜与开裂。筑物倾斜与开裂。事先防范事故的发生无疑是十分重要的，事先防范事故的发生无疑是十分重要的，在地基基础设计时，对于那种十分明显在地基基础设计时，对于那种十分明显的不均匀地基，例如软硬不均的地基，的不均匀地基，例如软硬不均的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，存在暗浜的地基等等，首先需要加以界存在暗浜的地基等等，首先需要加以界定，划分其界限，分别研究其压缩性，定，划分其界限，分别研究其压缩性，而是否会产生有害的不均匀沉降，而是否会产生有害的不均匀沉降，不不均均匀匀性性一一般般不不是是靠靠计计算算出出来来的的，而而是是
40、根根据据工工程程的的判判断断，解解决决的的方方法法是是采采取取工工程程措措施施，使使其其均均匀匀化化，一一般般也也不不是是靠靠计计算算结结果果来来保保证证工工程程安安全全的的。产产生生不不均均匀匀沉沉降降的的因因素素很很多多，地地基基压压缩缩性性的的不不均均匀匀性性仅仅是是一一个个方方面面，而而土土层层的的厚厚度度变变化化，荷荷载载的的差差异异、荷荷载载的的偏偏心心、施施工工时时的的扰扰动动等等可可能能是是更更重重要要的的因因素素，它它们们所所产产生生的的不不均均匀匀沉沉降降的的数数量量级级往往往往远远大大于于压压缩缩性的不均匀。性的不均匀。人人们们在在事事先先精精确确控控制制建建筑筑物物倾倾
41、斜斜和和开开裂裂的的本本领领还还不不大大，特特别别依依靠靠沉沉降降计计算算的的结结果果来来控控制制不不均均匀匀沉沉降降更更是是不不太太现现实实。为为了了保保证证工工程程的的安安全全一一般般从从两两个个方方面面控控制制，一一是是采采取取工工程程措措施施来来控控制制上上述述产产生生不不均均匀匀沉沉降降的的诸诸多多因因素素，不不使使其其发发生生，或或降降低低其其危危害害；二二是是控控制制计计算算平平均均沉沉降降量量的的数数量量级级，即即控控制制基基础础底底面面的的压压力力值值，这这就是变形控制设计的方法。就是变形控制设计的方法。地基均匀性如何评价？地基均匀性如何评价？地基均匀性评价是否可理解为对持力
42、层和地基均匀性评价是否可理解为对持力层和下卧层的均匀性评价，对土层的评价结论下卧层的均匀性评价，对土层的评价结论是否说土层为均匀或不均匀地基土，还是是否说土层为均匀或不均匀地基土，还是地基为均匀或不均匀地基？而且对场地土地基为均匀或不均匀地基？而且对场地土层是否应该全部进行评价？我曾经见过一层是否应该全部进行评价？我曾经见过一份报告上对本应该在基础开挖将被挖除的份报告上对本应该在基础开挖将被挖除的填土层评价其均匀性，本人认为不合理，填土层评价其均匀性，本人认为不合理，是否正确？是否正确？这是不均匀地基吗？这是不均匀地基吗？根据你所列举的这个地质剖面，从土层根据你所列举的这个地质剖面，从土层的厚
43、度分布，我实在看不出地基的均匀的厚度分布，我实在看不出地基的均匀性存在什么问题。从现象上看，填土层性存在什么问题。从现象上看，填土层的底面坡度比较大，似乎应该判为不均的底面坡度比较大，似乎应该判为不均匀地基，但建筑物的基础落在第匀地基，但建筑物的基础落在第层粉层粉质黏土层上，将填土挖去了还有什么均质黏土层上，将填土挖去了还有什么均匀性的问题呢？匀性的问题呢？对对于高于高层层建筑岩土工程勘察建筑岩土工程勘察规规程程JGJ72-2004JGJ72-2004关于地基均匀性关于地基均匀性评评价的有关价的有关规规定，可能存在不同的理解，也需要定，可能存在不同的理解，也需要进进行必要的行必要的讨论讨论：1
44、)1)均均匀匀性性判判断断要要求求进进行行的的，是是“沉沉降降、差差异异沉沉降降、倾倾斜斜等等特特征征分分析析评评价价”，并并不是要求进行精确的定量计算。不是要求进行精确的定量计算。2)2)均均匀匀性性判判断断的的目目的的是是为为了了重重视视地地貌貌、工工程程地地质质单单元元和和地地基基岩岩土土层层结结构构等等条条件件对建筑物具有重要的控制性影响。对建筑物具有重要的控制性影响。3)3)其其实实模模量量当当量量值值之之比比就就等等于于虚虚拟拟变变形形之之比比，比比较较相相同同基基底底应应力力条条件件下下的的模模量量当当量量值值之之比比，可可以以把把基基底底应应力力约约去去，应应力力面面积积化化为
45、为单单位位应应力力面面积积，再再将将分分子子分分母母中中的的单单位位应应力力面面积积约约去去，最最后后只只剩剩下下虚拟变形的比值。虚拟变形的比值。六六.岩土工程设计荷载取值与岩土工程设计荷载取值与安全度控制方法安全度控制方法1.什么是极限状态什么是极限状态?2.到底有几种设计方法？到底有几种设计方法？3.如何处理岩土工程与上部结构不同设计方如何处理岩土工程与上部结构不同设计方法所带来的问题法所带来的问题?4.如何控制岩土工程的安全度？如何控制岩土工程的安全度？5.5.怎样计算荷载？怎样计算荷载？1.什么是极限状态什么是极限状态?从设计方法的发展历史来看，从工作状态从设计方法的发展历史来看，从工
46、作状态设计逐步演变为极限状态设计。设计逐步演变为极限状态设计。极限状态设计极限状态设计是将建筑物的工作状态与极是将建筑物的工作状态与极限状态之间保持一个足够充分的安全储备，限状态之间保持一个足够充分的安全储备，以保证建筑物的承载力或正常使用的要求以保证建筑物的承载力或正常使用的要求都得到满足。都得到满足。承承载载力力极极限限状状态态与与正正常常使使用用极极限限状状态态是是两两种种不不同同性性质质的的极极限限状状态态控控制制方方法法。对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到最最大大承承载载力力或或不不适适于于继继续续承承载载的的变变形形的的状状态态称称为为承承载载能能力力极极限限状状态态
47、。对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能的的某某项项规规定定限限值的状态称为正常使用极限状态。值的状态称为正常使用极限状态。承承载载能能力力极极限限状状态态可可理理解解为为结结构构或或结结构构构构件件发发挥挥允允许许的的最最大大承承载载能能力力的的状状态态。结结构构构构件件由由于于塑塑性性变变形形而而使使其其几几何何形形状状发发生生显显著著改改变变，虽虽未未达达到到最最大大承承载载能能力力，但但已已彻彻底底不不能能使使用用，也也属属于于达达到到这这种种极极限限状状态态。疲疲劳劳破破坏坏是是在在使使用用中中由由于于荷荷载载多多次次重重复复作作用用而而
48、达达到到的的承承载载能能力力极极限限状状态。态。按按照照我我国国统统一一标标准准的的规规定定，当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，应应认认为为超超过了承载能力极限状态：过了承载能力极限状态：1 1）整整个个结结构构或或其其一一部部分分作作为为刚刚体体失失去去平平衡；衡；2 2）结结构构构构件件或或连连接接因因超超过过材材料料强强度度而而破破坏，或因过度变形而不适于继续承载；坏，或因过度变形而不适于继续承载；3 3）结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；4 4）结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳定；5 5）结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏
49、而发生连续倒塌；6 6）地基丧失承载力而破坏；地基丧失承载力而破坏；7 7）结构或结构构件的疲劳破坏。结构或结构构件的疲劳破坏。正正常常使使用用极极限限状状态态可可理理解解为为结结构构或或结结构构构构件件达达到到使使用用功功能能上上允允许许的的某某个个限限值值的的状状态态。例例如如，某某些些构构件件必必须须控控制制变变形形、裂裂缝缝才才能能满满足足使使用用要要求求。因因过过大大的的变变形形会会造造成成如如房房屋屋内内粉粉刷刷层层剥剥落落、填填充充墙墙和和隔隔断断墙墙开开裂裂及及屋屋面面积积水水等等后后果果；过过大大的的裂裂缝缝会会影影响响结结构构的的耐耐久久性性；过过大大的的变变形形、裂缝也会
50、造成用户心理上的不安全感。裂缝也会造成用户心理上的不安全感。按按我我国国统统一一标标准准的的规规定定，当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，应应认认为为超超过过了正常使用极限状态：了正常使用极限状态：1 1）影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；2 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏；影响正常使用或耐久性能的局部损坏；3 3）影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；4 4）影响正常使用的其他特定状态。影响正常使用的其他特定状态。根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力极限状态可以具体区分为下面极限状态可以具体区分为