《港口工程地基规范2010》及其适用的计算软件

PAGE《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）及其适用的计算软件中交天津港湾工程研究院有限公司2012-08目录1规范编制背景与工作概况…………12新规范内容上的重大变化…………23新计算方法的理论基础与工程意义………………44地基承载力（第5章）……………105土坡与地基稳定（第6章）………146地基沉降（第7章）………………197地基处理（第8章）………………208新规范适用的计算软件…………21PAGEPAGE301规范编制背景与工作概况1.1背景说明经交通部水运司批准的修订工作大纲指出：地基规范是基础性规范，地基的安危直接影响上部结构。上部结构可靠度是建立在地基可靠度之上的，而由于地基的复杂性和地基可靠度的研究难度很大，以及土力学目前的发展水平和应用水平所限，(《港口工程地基规范》（JTJ250-98）(以下简称“98规范”)存在着不少需要改进、完善之处。需要对地基规范多年来没有解决的难题进行深入研究，并结合实际工程验算修订规范。地基规范多年来没有解决，但工程需要解决的难题主要有。（1）近些年来在软土地基上设计建造重力式码头、直立式防波堤的工程经常见到，其中多为强度指标相差较大的多土层的地基，或局部处理（如挤密砂桩）的复合地基。对这样的地基，其地基承载力就无可靠方法计算。另外，计算证明：强度指标相差较大的多土层地基，按“98规范”方法计算的地基承载力显著偏大，根本无法反映真实的地基承载能力。（2）边坡稳定问题是港口工程设计中的最重要问题之一，其中非圆弧滑动面的稳定计算问题是规范中不可缺少的内容，“98规范”（附录G）给出的是简布法。在“98规范”的编制过程中，尽管尝试过多种手段以使计算程序的计算过程能够算出正确的结果，但计算过程失败的事情时有发生，在分条较小、计算精度较高的情况下更是不断发生。实际上，该法计算过程不易收敛的事实，土力学界早有讨论并存在较大的争议。（3）《港口工程结构可靠性设计统一标准》规定：港口工程采用以概率理论为基础，以分项系数表达的极限状态设计方法设计；且有条件时可直接采用可靠指标的方法设计。对于地基规范（如土坡与地基稳定），按“98规范”统计的指标计算的可靠指标往往较小、也不合理，根本无法达到《统一标准》规定的目标可靠指标。尽管《统一标准》规定的目标可靠指标不包括土坡与地基稳定。但使得“以概率理论为基础”的这个基础并不牢固，成为可靠性设计的一个遗留问题。以上仅仅是几个例子，实际上“98规范”不能满足工程需要的问题很多，而且多是工程急需解决的问题。1．2新规范编制工作概况规范参编单位共收集了近些年新建工程资料近20余项，加上“98规范”编制过程中搜集的工程资料，共有60余项工程资料。其中50余项工程的分析计算结果，作为新规范编制的重要依据。2008年4月，九项专题研究通过交通部水运司组织的评审，“成果可以作为修订规范的依据”。2008年9月，编写组提出了征求意见稿。并广泛征求意见，共征得意见或建议406条。在汇总、研究了各方的意见基础上，提出了送审稿，并于2009年6月由交通部水运局组织的专家组进行了审查。按审查会的意见进行修改后提出总校稿，并于2010年1月由交通部水运局技术处、水规院、交通出版社、及规范编写组等有关人员进行了总校。在对少数问题经交通部水运局技术处、有关专家和编写组沟通，形成统一意见的基础上，于2010年4月完成了报批稿；2010年9月实施．2新规范内容上的重大变化新规范共分8章和14个附录，并附条文说明。较“98规范”增加了“3基本规定”一章，原来的其他有关各章顺序顺延。修订说明指出：本规范是在“98规范”的基础上，经深入调查研究，总结我国近年来港口工程地基设计与施工的实践经验，吸纳成熟的新技术、新成果，广泛征求有关单位和专家的意见，并结合我国港口工程建设与发展的需要编制而成。本规范主要包括港口工程岩土分类、地基承载力、土坡和地基稳定、地基沉降、地基处理等技术内容。内容上有重大变化主要在土性指标和计算方法方面，主要体现在以下几个方面：2.1地基承载力（第5章）；（1）地基承载力验算一律按条形基础验算（矩形基础可分解为平行于长边和短边分别验算）。删除了“98规范”中有关矩形基础承载力验算的全部内容。（2）验算地基承载力的计算面明确为抛石基床底面，删除了“98规范”中对有砂垫层情况的有关内容。（3）地基极限承载力计算采用了一套全新的计算方法，方法适用于非均质土地基、非均布边载的一般情况。其中对均质土地基、均布边载的情况原方法保留。2.2土坡与地基稳定（第六章）；（1）将“98规范”规定“直剪快剪不宜采用”修改为“有经验时可采用直剪快剪”。（2）对98规范中的简化毕肖普法，规定为“有条件采用有效应力法验算圆弧滑动稳定性时”应用。（3）增加了新的稳定计算方法——复合滑动面法，方法可以采用圆弧滑动面计算，也可以采用非圆弧滑动面进行计算。（4）取消了“98规范”的附录G。2.3地基沉降（第7章）：（1）增加了针对原始地基处于超固结、欠固结情况下的沉降计算的有关内容。（2）增加了针对地基的沉降过程计算的有关内容。（3）增加了应用实测沉降P～S～t曲线推算地基沉降量的方法，供有条件时采用。2.4地基处理（第8章）：（1）取消了“98规范”中对砂垫层底面的受压宽度及其最大、最小压力的确定。这实际上是不再将砂垫层作为工程结构体的一部分。（2）对堆载预压法的固结计算，增加了“考虑井阻与涂抹效应对应力固结度的影响”的有关内容。（3）对振冲置换法，复合土层的抗剪强度标准值的计算公式进行了修改。3土体极限分析理论基础与工程意义大家知道，地基承载力、土坡与地基稳定是事关工程成败的关键性问题。也是本次规范修订变化最大的两章，规定了新的计算方法。了解新方法的基本原理、工程意义、适用条件及与“98规范”方法的差别，是重要的。3.1土体极限分析理论基础地基承载力、边坡稳定性问题考虑的应力状态是极限应力状态，其理论基础就是土体的极限分析理论。土体处于极限状态只是沿破坏面或滑动面处于极限状态，所以极限状态的应力场与破坏面或滑动面有关，应建立曲面上一点的应力关系。（1）曲面上一点的应力关系设曲面由：定义，对曲面上任意一点，取其微分三角形（图1），a)b)图1微分三角形及其受力示意图a)微分三角形b)微分三角形上受力应有曲面上任意一点应有法向应力、切向剪应力与正向应力、剪应力的关系：(3-1)可解出：（3-2）这与静力学中给出的应力关系式实际上是一样的，只是将通常的用水平向与曲面切向夹角的表示（当取为水平向与滑动面法向的夹角也一样），这里是用曲面的切线斜率表示出来而已。（2）库仑屈服条件与摩尔～库仑屈服条件由式（3-1），有摩尔应力圆：（3-3）式中：（3-4a）（3-4b）是最大剪应力，这是众所周知的。引进参数，摩尔应力圆的极坐标形式：（3-5）将式（3-6）代入库仑屈服函数：（3-6）有：（3-7）容易证明，当：时，库仑屈服函数取最大值：（3-8）当时，就是著名的摩尔～库仑屈服条件：（3-9）这事实上证明了：摩尔～库仑屈服条件是库仑屈服条件的极值形式：。并有：（3-10）式（3-10）中、的力学意义是：库仑屈服函数框架下，剪应力相对最大，法向应力相对最小。（3）应力分量与法向应力、滑动面的关系由式（3-2）、式（3-10），有：（3-11）式中：式（3-11）给出了应力分量与法向应力、破坏面的关系。满足这一关系式的应力场就是极限应力状态的应力场。如果记：，式中：；则容易得出，应力关系式（3-11）就是：这与通常特征线法的用摩尔—库仑屈服条件得出的应力关系是是完全一样的。对边坡稳定问题，相应的库仑屈服函数为：（3-12）式中：（3-13）为安全系数。以、代替、，同样可以得出应力分量与法向应力、滑动面的关系：（3-14）式（3-14）只沿滑动面成立。另外，式（3-11）或（3-14）还可以确定边界条件，对边坡稳定、地基承载力、土压力问题，边界条件均为荷载边界条件。在荷载边界条件下，式（3-11）或（3-14）和平衡方程一起构成了一个完备的极限平衡问题，或者说构成了一套完备的土体极限分析理论基础。可以获得包括破坏面在内的极限状态的应力场。例如：极限分析的特征线法已经说明了这一点，且特征线法得出的滑移线就是破坏面。3.2广义极限平衡法对式（3-11）或（3-14），沿破坏面或滑动面求全导数是合法的，并由平衡方程，有：（3-15a）如果考虑孔隙水应力，则沿滑动面的应力方程为：（3-15b）式中：称式（3-15）为沿滑动面的应力方程。由平衡方程还可得出滑动体内的力矩平衡方程：（3-16)式中：对边坡稳定问题是边坡表面的外荷载，对地基承载力问题是极限荷载(基础底面)或边载。利用沿滑动面的应力方程、荷载边界条件（非均质土时，还需要两层土交界面的应力条件），可以得出滑动面上的法向应力；代入力矩方程后得出极限承载力、边坡稳定性分析的计算方法。广义极限平衡法不需要对土体的受力进行假定，这较极限平衡法（需要条间力假定等）是一个重大进步。但仍需要在选取滑动面的情况下才能获得地基承载力、边坡稳定的分项系数等工程需要的结果。3.3极限应力状态工程意义（1）极限状态设计原则及其工程意义地基承载力、边坡稳定性问题同属于土体或地基“承载能力极限状态”。通常，承载能力极限状态主要是指“达到最大承载力或不适于继续承载变形的状态”，可理解为“发挥最大允许抗力时的应力状态”。从土体极限分析理论的方面看，极限应力状态的特点是与破坏面（或滑动面）有关，而破坏面是未知的，破坏面问题土体极限分析理论的主要难点。根据前面的讨论，土体或地基的承载能力极限状态是剪应力相对最大，法向应力相对最小的应力状态。或者说，是在所有可能的应力状态中，使土体最可能发生剪切破坏的应力状态。其中‘所有可能的应力状态’，是指在确定的外部条件下（如荷载条件），满足土力学基本规律（如平衡方程）的应力场。事实上，极限应力状态只是土体的一种理想状态。实际问题中的土体一般不可能恰好处于极限状态，工程地基的土体也不允许处于极限状态，而是要求土体处于稳定状态。为了使土体处于极限状态，从理论研究方面考虑，可设想用两种方法达到：一是加大作用于土体的荷载；二是降低土的强度。这就是土力学中经典的两个稳定性问题：地基承载力问题和边坡稳定性问题。进一步的，极限应力状态不是土体真实的应力状态，而是最可能使土体发生剪切破坏的应力状态。即便是计算的分项系数为1.0（土性指标和计算足够精确），并不意味着土体已经处于破坏的临界状态。例如：载荷板实验作出的地基承载力一般大于滑移线法计算的结果。（2）极限应力状态的两种破坏模式场破坏破坏模式：滑动体内的土体处于极限状态，滑动体外的土体处于稳定状态。地基极限承载力、极限土压力问题同属于场破坏模式。面破坏模式问题：土体沿滑动面处于极限状态，滑动面两侧的土体处于稳定状态。边坡稳定问题属于面破坏模式。（3）地基极限承载力问题地基极限承载力问题的破坏模式是场破坏，需要计算极限承载力竖向应力沿基础底面的分布，对非均质土需要在基础底面选择多个点，并对过每一点的滑动面（破坏面）进行计算，并以不同滑动面计算地基极限荷载的极小值作为该点处的地基极限承载力。所以，地基极限承载力问题的滑动面是一个滑动面族。“９８规范”的地基极限承载力计算方法，是基于特征线法（滑移线法）得出的数值解，经拟合获得的。对均质土地基，特征线法计算的地基极限承载力已被证明为精确解（不考虑计算误差），但对强度指标相差较大的非均质土地基，这种方法是不适用的。其原因是在某些情况下可能根本得不出正确的极限荷载。如上层土强度高，下层土强度低的情况(图2)：图2上层土强度高，下层土强度低的情况按特征线法，可能滑动面（滑移线的最大面）只是在硬土层内，而真正的极限荷载所对应的滑动面可能会通过下层软土。如果最大滑动面深度在上层土的底部附近，计算的极限荷载必然偏大。这或许是到目前为止还很少见有应用特征线法对非均值土地基进行计算的原因。广义极限平衡法适用于非均质土地基、非均布边载的一般情况。选取不同的滑动面，就可得出不同的计算模式，如螺旋面～螺旋面～平面计算模式。如果不考虑孔隙水应力，并取滑动面满足：。则力矩平衡方程简化为：（3-16)据此，可得出新规范中的地基极限荷载的计算公式。（４）边坡稳定问题边坡稳定问题的破坏模式是面破坏，如果不考虑孔隙水应力，则广义极限平衡法不需要对土体的受力进行假定，且既满足整体力矩平衡方程、又满足力的整体平衡方程。由于边坡稳定问题常需要考虑孔隙水应力，所以，新规范的计算公式（复合滑动面法）是在参照式（3-14）所做假定的基础上得出的。下面对内容有较大变化的有关章节进行详细介绍。4地基承载力（第5章）这是内容变化最大的一章。最主要的目的是解决非均质土地基、非均布边载条件下的计算问题。4．1对矩形基础的地基承载力验算做出新的规定规定“矩形基础的地基承载力验算，可将作用于基础的水平合力分解为平行于长边和短边的分力，分别按条形基础验算”。删除了有关矩形基础承载力验算的全部内容。原因主要是对一般的非均质土地基情况没有适用的地基承载力验算方法。4．2增加了一节：5.2作用于计算面上的应力。（1）规定“有抛石基床的港口建筑物基础应以抛石基床底面为计算面”。明确了验算地基承载力时的荷载作用面（计算面）为抛石基床底面，计算面宽度采用荷载的实际作用宽度。相应的，取消了原规范的4.2.2.4条。因为研究表明：有的工程滑动面最大深度就在砂垫层内。过去一直采用合力偏心距减小基础有效宽度的方法降低承载力，这只能考虑设计荷载的偏心特征，不能考虑极限荷载的偏心特征。本次规范修订同时考虑设计荷载、极限荷载的分布，按不违背屈服准则的原则确定地基承载力。所以，设计荷载、极限荷载统一采用实际作用宽度。（2)规定“计算面的竖向应力可按线性分布考虑”，并给出了其后端、前端的竖向应力（设计荷载）计算公式。根据地基极限承载力理论，极限荷载（地基极限承载力竖向应力）是土体处于极限状态时地基可以承受的最大荷载（包括水平荷载），也是偏心荷载。而实际工程的地基承载力是地基承受实际荷载（设计荷载）的能力。所以，应在同时考虑设计荷载（作用于基础底面的竖向应力）和极限荷载的条件下,确定相对设计荷载的地基承载力。因此,应当确定作用于计算面的应力。（3）地基承受倾斜荷载条件下的地基承载力计算，对设计荷载的倾斜特征考虑，采用了新的方法。“98规范”采用倾斜率（）来考虑倾斜荷载的影响。事实上，倾斜率作为计算极限荷载的一个条件，不同的极限荷载计算方法是不同的。根据计算极限荷载的边界条件，改为：（5.3.6-6）上式改写为：,如果是不允许的．4．3地基极限承载力计算采用了一套全新的计算方法(图4-1)图4-1极限承载力竖向应力计算示意图这是本次规范修订经专题研究论证提出的方法，其特点为：方法适用于非均质土地基、非均布边载的一般情况，能够满足工程计算的需要。滑动面（族）选择对数螺旋型曲面，一是因为对边坡稳定问题，以对数螺旋面为滑动面的分析方法与其他滑动面的方法（包括圆弧面的毕肖普方法）计算的抗力分项系数比较接近（除毕肖普方法不适用的情况外）。二是不需要对土体的受力作任何的假定或简化，就可以导出适用于非均质土的极限荷载计算方法，且计算过程较为简单，是目前已知的最简单的计算方法，计算的极限荷载数值稳定性较好。三是适用范围广泛，如地基土非水平分层的一般非均质土情况，基础底面前方的非水平土体表面情况。当滑动面（族）选择对数螺旋面时，计算的极限荷载偏大，为了保证计算的极限荷载具有足够的精度，对两个强度指标，定义两个系数、，并以强度指标的折减值：，来计算极限荷载。在均质土地基情况下，通过适当的确定这两个系数，使得计算的总极限荷载、滑动面深度、偏心矩，均与原规范方法（特征线法）法结果基本一致，然后用于非均质土地基的计算。按总极限荷载一般略小于特征线法计算结果考虑，取：对不同的、（包括），计算结果均与特征线法（或理论解）结果吻合的很好。用于非均质土地基时其计算的总极限荷载、最大滑动面深度、极限荷载的分布，均很好的反映了成层土地基极限荷载的实际情况。本次规范修订，还考察了更精细的极限荷载计算方法――广义极限平衡法，如螺旋面～螺旋面～平面计算模式，在均质土地基情况下，，计算的总极限荷载、滑动面深度、偏心矩，较推荐的螺旋面计算模式精度更高（与原规范方法（特征线法）相比）。但方法的计算过程较为复杂，且对非水平分层的一般非均质土、基础前方的土体表面为非水平面等情况尚有待进一步改进，计算结果也与推荐的螺旋面计算模式很接近。对方法的基本原理、适用条件可参见条文说明，或有关文献。对受力层由多层土组成、且土层的抗剪强度指标相差不大、边载变化不大的情况；原规范的地基极限承载力计算公式是适用的，因为其计算简便，建议保留。对的情况作了修改：取消了深度系数以使与情况一致；将近似公式改为精确解（两者相差不大）。4．4按不违背屈服准则的原则确定地基承载力在用极限荷载确定实际工程的地基承载力时，通常只考虑了设计荷载的分布形式（偏心矩），而没有考虑极限荷载的分布形式，这样确定的地基承载力不尽合理。例如当设计荷载的偏心矩为零时（有效宽度就是将设计荷载变为均布荷载后的荷载作用宽度，必使偏心矩为零），确定的地基承载力就是有效宽度内的总极限荷载，如果抗力分项系数为1.0，则在基础底面的竖向应力作用下，过基础底面一点的滑动面内土体是处于破坏状态（图4-2），而均质土条件下。也就是说，这个1.0的分项系数实际反映的地基情况是部分土体处于破坏状态、部分土体处于稳定状态。图4-2而极限荷载也是偏心荷载，确定地基承载力时也应当考虑。本次修订规范按不违背屈服准则的要求确定地基承载力，即对所确定的抗力分项系数，应保证地基土处处均没有破坏。另外，考虑到在某些情况下计算的局部极限荷载很大，如土的内摩擦角很大时，计算面后趾附近的局部极限荷载很大，但在这个局部，实际荷载达到极限荷载的概率几乎是零，已没有实际意义。所以，在确定地基承载力时，应予以修正。具体处理方法如下：首先确定一个分项系数的预估值（与原规范的按总极限荷载定义的分项系数类似）：，并认为实际荷载大于倍设计荷载的可能性很小。超过倍设计荷载的那部分极限荷载已没有实际意义，将其修正为倍设计荷载（容许荷载）来确定地基承载力竖向应力。如果极限荷载小于倍设计荷载，则仍以极限荷载确定地基承载力竖向应力（图4-3和图4-4）。这就是导出计算公式的思路。图4-3：设计荷载向前偏心图4-4：设计荷载向后偏心4．5抗力分项系数规定“抗力分项系数应综合考虑强度指标的可靠性、结构安全等级和地基土情况等因素，其计算的最小值应符合表5.3.3的规定”。各种计算情况采用的抗剪强度指标表5.3.3设计状况强度指标抗力分项系数说明持久状况直剪固结快剪2.0～3.0饱和软粘土地基短暂状况十字板剪1.5～2.0有经验时可采用直剪快剪注：①持久状况时，安全等级为一、二级的建筑物取较高值，安全等级为三级的建筑物取较低值，以粘性土为主的地基取较高值，以砂土为主的地基取较低值，基床较厚取高值；②短暂状况时，由砂土和饱和软粘土组成的非均质地基取高值，以波浪力为主导可变作用时取较高值。抗力分项系数，是在计算了13项重力式码头、4项防波堤工程的基础上，并参照原规范确定的。其中：持久状况的抗力分项系数与“98规范”相同。对受力层由多层土组成、且土层的抗剪强度指标相差不大、边载变化不大的情况；计算的抗力分项系数与“98规范”方法很接近。工程的安全度基本相当。对非均质土、非均布边载的一般情况，由于地基承载力的计算较“98规范”的用加权平均指标计算更为合理，抗力分项系数计算值降低，工程的安全度实际上是提高了。对短暂状况（仅为饱和软粘土地基）的分项系数取值标准，是参考《建筑地基基础设计规范》及工程实例的计算结果给出的。目前尚无较多的工程实例支持，应用中应当注意积累经验。5土坡与地基稳定（第6章）5．1关于适用条件的说明：本章中的6.1.1条“本章适用于主要由欠固结、正常固结以及超固结比小于4的粘性土组成的土坡和地基稳定。”存有质疑，容易让人理解为仅仅是“粘性土组成的土坡和地基”才适用，事实上，砂性土（包括抛填块石等）均是适用的；应当修改。5．２对计算水位做出新规定将“98规范”规定的“应按极端低水位计算”修改为“应取对稳定最不利的相应水位进行计算”。原因是对大多数工程，按极端低水位计算相对其他水位计算的抗力分项系数较小；但对某些工程，按可能出现的相应水位计算相对极端低水位计算的抗力分项系数较小。5．３对验算土坡和地基稳定性的强度指标的规定可采用的强度指标为以下３类：（１）宜选用：直剪固结快剪、十字板剪强度指标；（２）有条件时可采用：有效剪强度指标；（３）有经验时可采用：三轴不固结不排水剪、直剪快剪和无侧限抗压强度指标。对上述的３类强度指标，每一类强度指标均可应用２种验算方法继续计算。5．４土坡与地基稳定验算方法的规定5.4.1增加了复合滑动面法这是本次规范修订经专题研究论证提出的方法。该方法的优点如下：（1）与没有任何假定条件（除滑动面外）方法（广义极限平衡法）相比，计算的抗力分项系数十分接近；但方法相对简单，尤其是对需要计入孔隙水压力时，应用相对方便。（2）与目前常用的一些方法相比（如原规范中的简化毕肖普方法，及摩根斯坦方法等），不存在对某些情况下不适用问题。计算的抗力分项系数一般接近于简化毕肖普法（简化毕肖普法不适用的情况除外）。（3）可选用不同形式的滑动面进行计算，以确定危险滑动面。当滑动面为圆弧面时，计算公式很简单（与原规范的简化毕肖普方法基本相当）。所以建议采用。（4）对有软土夹层或倾斜岩面等情况是适用的，为便于应用，在选择相适应的滑动面较困难时，建议采用圆弧面~软土夹层或倾斜岩面~圆弧面计算(图5-1)。b）图5-1圆弧面～软土夹层底面或倾斜岩面～圆弧面示意图（5）对持久状况、短暂状况（如施工期的稳定计算）及各种常用的抗剪强度指标均可应用。当采用总强度，如十字板强度或三轴不固结不排水剪强度时，滑动面通过相应土体的计算公式与简单条分法相同。对原规范中的简布法（附录G非圆弧滑动面滑动稳定计算法），由于计算过程不易收敛，土力学界存在较大的争议。所以，不再纳入本规范。5.4.2保留了98规范中的简单条分法简单条分法计算的抗力分项系数一般偏小，这是众所周知的事实；但由于是长期广泛应用的方法，应用经验较多，尤其是对设计的短暂状况（施工期的稳定计算），是工程中长期应用的主要方法。对原规范中抗滑力矩计算公式改写为含有固结度（固结快剪强度）的形式。以满足对持久状况进行计算的需要（见6.3.6条：固结度与计算情况相适应）。5.4.3保留了98规范中的简化毕肖普方法但规定为“有条件采用有效应力法验算圆弧滑动稳定性时”应用。5.4.4对验算方法的认识计算公式的书写形式按各种方法统一、方便计算机（编程）计算的原则书写。对含有饱和粘性土的情况，采用固结快剪强度指标时以固结度的方式书写（公式写法不严格）；对有效应力法以孔隙水压力的方式书写。简单条分法计算的抗力分项系数一般偏小，这是众所周知的。简化毕肖普法在大多数情况下计算的安全系数是合理的，但在某些条件下是不适用的，这也是众所周知的。例如：某港防波堤（斜坡堤）断面如图，地基强度采用十字板强度。4种计算方法的计算结果比较简单条分法简化毕肖普法复合滑动面法广义极限平衡法0.6831.4530.9660.966注：复合滑动面法，广义极限平衡法选择多种滑动面计算。这是一个典型的说明简单条分法计算的安全系数一般偏小、简化毕肖普法计算的安全系数偏大的工程案例。建议多采用复合滑动面法进行验算，即便是工程设计是按简单条分法验算结果确定的，也建议能再用复合滑动面法进行验算，以便积累应用经验。5．5抗力分项系数的规定５．５．１综合抗力分项系数土坡和地基的稳定性验算，其危险滑动面均应满足以下极限状态设计表达式：（6.3.2）式中——重要性系数，安全等级为一级、二级、三级的建筑物，分别取1.1、1.0、1.0；——作用于危险滑动面上滑动力矩的设计值（kN·m/m）；——抗力分项系数；——危险滑动面上抗滑力矩的标准值（kN·m/m）。首先，对三级的建筑物，重要性系数规定为1.0，而不是“统标”规定的0.9。这是因为当抗力分项系数取值标准较低（如1.1）的原因。其次，抗力分项系数实际上应为综合分项系数，采用综合分项系数的原因，一是因为变量较多（每一土层的土性指标均为变量）且需要采用不同的强度指标，二是同一变量既是抗力又是作用（如土体重度）；难以给出各变量的分项系数。５．５．２抗力分项系数的取值标准抗力分项系数表6.4.1强度指标计算公式说明直剪固结快剪第6.3.3.1款粘性土坡1.2~1.4固结度与计算情况相适应其他土坡1.3~1.5第6.3.4.1款1.1~1.3有效剪第6.3.3.2款第6.3.4.4款1.3~1.5孔隙水压力采用与计算情况相应数值十字板剪第6.3.3.3款1.2~1.4考虑因土体固结引起的强度增长第6.3.4.2款1.1~1.3无侧限抗压强度、三轴不固结不排水剪第6.3.3.3款第6.3.4.2款根据经验取值直剪快剪第6.3.3.3款第6.3.4.2款根据经验取值抗力分项系数是在计算了40余项工程（包括可靠指标）、并根据港口工程多年设计、施工经验，采用不同的抗剪强度指标和计算方法，给出对应的抗力分项系数。计算分析表明，复合滑动面法的抗力分项系数一般接近于简化毕肖普法（简化毕肖普法不适用的情况除外）。所以：对复合滑动面法，当采用固结快剪指标、有效剪强度指标时，规定的抗力分项系数和“98规范”的简化毕肖普法相同。应当说明的是：复合滑动面法采用固结快剪指标，对粘性土坡（1.2~1.4），是有条件的（纯粘性土坡，或粘性土坡表层有薄层煤渣、砂）。对简单条分法的抗力分项系数，本次修订规范与98规范相同。所以，工程的安全度和“98规范”基本相同。“根据经验取值”的规定是因为，诸如条文说明中“三轴不固结不排水剪因取土扰动可能显著降低强度值，无侧限抗压强度也有类似的问题”所说的情况如果属实，“根据经验取值”的规定就是必要的。6地基沉降（第7章）：6．1增加了沉降计算应当考虑先期固结压力的规定规定“在原始地基处于超固结的情况下，自重应力至先期固结压力区段应按回弹再压缩的压缩曲线计算沉降量；原始地基处于欠固结的情况下，应将先期固结压力位置作为沉降计算的起点”。原因是地基原始土层的固结状况（欠固结或超固结），对沉降计算影响较大，地基土的主要沉降（压缩）是以先期固结压力作用点为应力起点而发生的，因此需考虑原始土层的固结状态对沉降的影响。6．2针对地基沉降过程的计算规定规定“计算地基的沉降过程宜采用应变固结度。计算应变固结度时，可按固结度理论公式计算不同时刻的应力固结度，根据应力固结度与应变固结度的关系，将应力固结度转换为应变固结度，由已知的最终沉降量和应变固结度得到地基的沉降过程线。”与“98规范”的“当需要计算地基的沉降过程时，可按第7章的有关规定执行（即按应力固结度计算）”相比，是一个重要变化。为了计算沉降过程的需要，给出了应力固结度与应变固结度的关系公式，及应力固结度计算公式。采用应变固结度计算沉降过程将会比采用应力固结度有一定的改善，目的在于工程设计中的‘工后沉降’（或残余沉降）计算更与实际情况接近。6．3给出了应用实测沉降曲线推算的方法对地基最终沉降量计算，除常用的分层综合法外，还给出了应用实测沉降P～S～t曲线推算的方法，供有条件时采用。其目的在于当有完整的实测沉降P～S～t曲线时，能够得到充分的应用，使得地基沉降量计算的更为准确。7地基处理（第8章）：7．1不再将砂垫层作为工程结构体的一部分对换填砂垫层，取消了“98规范”中对砂垫层底面的受压宽度及其最大、最小压力的确定。这是一个较大变化，这实际上是不再将砂垫层作为工程结构体的一部分，而是作为地基的一部分。这与《重力式码头设计与施工规范》或《防波堤设计与施工规范》是一致的，对重力式码头及直立式防波堤的地基承载力计算、沉降计算有直接的影响。例如：“98规范”规定：“换填砂垫层的厚度，可根据砂垫层底面处地基土的承载力确定”。这实际上是认为砂垫层具有足够的承载力，不会因为其承载能力不足而产生剪切破坏，这显然是有问题的。7．2固结计算应考虑井阻与涂抹效应对地基应力固结度的影响对堆仔预压法的固结计算规定“地基土灵敏度较高、塑料排水板间距较小或打设深度较大时，应考虑井阻与涂抹效应对地基应力固结度的影响”，并给出了固结度计算公式。较“98规范”的没有考虑井阻与涂抹效应的计算是一个变化。7．3复合土层的抗剪强度标准值的计算公式进行了修改。对振冲置换法，“98规范”对复合土层的强度采用的是滑动面上一点的总强度，应用很不方便。新规范修改为复合土层的内摩擦角、粘聚力两个强度指标，使得应用更为方便。（8.6.2-1）（8.6.2-2）（8.6.2-3）其中的桩土应力比由“98规范”的2~4，修改为：土坡和地基稳定计算时取1.0～2.0，附加应力小时取低值，大时取高值；地基承载力验算时取2.0～3.0，桩间土强度低取大值，强度高取小值。8新规范适用的计算软件为了适应新规范使用的要求，我们对原“港口工程地基计算系统”（98版）进行了扩充和修改，形成了08版软件。软件应用人员一般应是具有相关计算理论基础和工程经验的工程师，或在具有相关计算理论基础和工程经验的工程师指导下应用。8.1.地基承载力计算8.1.１计算功能（1）按《港口工程地基规范》（新）方法计算地基承载力竖向合力及抗力分项系数：其中，均值土地基、均布边载的情况，极限承载力竖向应力计算方法与“98规范”方法相同；非均质土的一般地基的极限承载力竖向应力计算方法为螺旋面计算模式（同样适用于均值土地基、均布边载的情况）。（2）增加了广义极限平衡法（螺旋面～螺旋面～平面计算模式）计算地基极限承载力竖向应力（适用于均值土地基、均布边载，及成层土地基、一般形式的边载情况），并按规范方法计算地基承载力竖向合力及抗力分项系数。（3）增加了按“98规范”确定的基础底面有效宽度，并按（1）、（2）计算的极限承载力竖向合力作为地基承载力竖向合力，及抗力分项系数；以便与“98规范”方法的计算结果比较参考。（4）保留了“98规范”方法计算地基承载力竖向合力及抗力分项系数，对成层土地基、均布边载、且各土层的抗剪强度指标相差不大的情况，可与现规范方法参考。（5）程序中有两处可以计算地基承载力，一是与抗倾抗滑计算一起进行，按给出的荷载组合进行计算，但不计入系缆力。二是不与抗倾抗滑的计算一起计算，即抗倾抗滑计算给出的荷载不考虑，而是按外荷载（‘ＷＨＳ’）给出的荷载进行计算。８.1.2计算结果的讨论（1）针对抗力分项系数取值标准中的“注：①，注：②”，可在计算中，给出最大滑动面及持力层厚度，以分析是否应当取高值，或是否可以取低值。对重力式码头，当抛石基床较厚时，抗力分项系数取高值的主要原因之一是：结构重力在抛石基床内向后扩散而将荷载作用面向后延长，其延长段内墙后填料的垂直力尚没有计入到延长的荷载作用面内（图4-5和图4-6）。图4-5设计荷载后偏心图4-6设计荷载前偏心（2）计算方法不适应于深基础的地基承载力计算，如而长、宽相对埋置深度较小的桥墩地基等情况。（3）没有考虑计算面前趾附近可能发生的土体局部破坏一般地，极限荷载分布形式大都是向后偏心的（包括较大的水平力），而较大水平力条件下的设计荷载多是向前偏心的。如果比较总极限荷载与总设计荷载，只能反映地基整体破坏。如果比较极限荷载与设计荷载的分布形式，尽管抗力分项系数较大，但也可能会在前趾附近的一段区域内，设计荷载大于极限荷载（图4-7），这就是可能发生的局部破坏。图4-7地基局部破坏我国《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)规定：当偏心荷载作用时，基础底面边缘的最大压力应不大于1.2倍的地基承载力特征值，显然是有道理的，值得参考借鉴。8.2土坡与地基整体稳定计算8.2.1计算功能（1）按《港口工程地基规范》（新）的方法（复合滑动面法）计算抗力分项系数。当按固结快剪强度指标或有效剪强度指标计算时，可考虑地基土中空隙水压力（仅考虑外加荷重的固结度或孔隙水压力，不能考虑原地基土自重的固结度或孔隙水压力）的变化。当采用十字板剪或其它不排水剪强度指标计算时，可考虑因土体固结所引起的强度增长。滑动面采用以下5种：圆弧面、螺旋面、平面～圆弧面～平面、平面～螺旋面～平面、给定的滑动面。其中当不易给定危险的滑动面时，可给定危险滑动面所可能通过的软弱夹层（其中的若干段），自动形成螺旋面～软弱夹层的某一段～螺旋面、圆弧面～软弱夹层的某一段～圆弧面作为滑动面。（2）对于简单条分法，当十字板剪或其它不排水剪强度指标计算时，可考虑因土体固结所引起的强度增长。当按固结快剪强度指标，可考虑地基土中固结度的变化（仅考虑外加荷重的固结度，不能考虑原地基土自重的固结度）。对铺设土工织物加筋垫层的工程，可按《水运工程土工织物应用技术规范》方法考虑土工织物加筋垫层的抗滑作用。（3）简化毕肖普法，当按固结快剪强度指标或有效剪强度指标计算时，可考虑地基土中空隙水压力的变化（仅考虑外加荷重的孔隙水压力，不能考虑原地基土自重的孔隙水压力）。（4）以上各种方法均可按每级加荷完成后的断面进行计算，也可以有选择地取某几基加荷的情况来计算；对于各种堤体，可完成两面边坡的计算；可以考虑渗流力的影响；可按要求计入水平力的影响；对有板桩的情况可不计算切过板桩的滑弧。计算中所需的强度增量（或空隙水压力）按规范方法计算，其中的地基附加应力如地基附加应力计算所述，固结度计算与98版相同。8.2.2采用不同强度指标时的计算效果差别（１）不同强度指标的计算公式对饱和土地基上的边坡工程，如果饱和土体已经完全固结（如固结度已达95%以上），采用固结快剪强度指标或有效剪强度指标；进行稳定性计算都是没有问题的。如果饱和土体完全没有固结（如固结度小于5%）采用十字板剪、直剪快剪等不排水剪强度指标；进行稳定性计算都也是没有问题的。当饱和土体已经完成了部分固结，比如局部区域打设了排水通道（塑料板），可以有以下几种计算方法：一是采用固结快剪强度指标，并考虑土体的孔隙水应力；二是采用十字板剪、直剪快剪等不排水剪强度指标，并考虑因土体固结产生的强度增长。在工程主体完成时，这几种计算方法均是可以应用的，这里以简单条分法为例，讨论各种计算方法的强度差别；相应的抗滑力矩计算公式如下（计算图示１）。图１：计算示意图方法一：采用固结快剪强度指标，并考虑土体的固结度。抗滑力矩的计算公式为：(1)式中，为边坡表面荷载和施工过程中土条宽度内填土重力（kN/m）；为滑动面以上土条宽度内原地基土重力（kN/m）；为滑动面上的固结度，当滑动面通过原地基表面以上的填土时，；为滑动面上的固结快剪内摩擦角（°）、粘聚力（kPa）；为滑弧切线与水平线夹角（°）；为土条的滑弧弧长（ｍ）；以上参数均是第i土条上的值。方法二：采用十字板剪强度，并考虑因土体固结产生的强度增长。抗滑力矩的计算公式为：(2)式中：填土重力产生的垂直附加应力（kPa）；为土条宽度；为滑动面上的十字板剪强度。当滑动面通过原地基表面以上的填土时，，应改为，应改为。方法三：采用直剪快剪强度，并考虑因土体固结产生的强度增长。抗滑力矩的计算公式为：(3)式中，为滑动面上的直剪快剪内摩擦角（°）、粘聚力（kPa）；当滑动面通过原地基表面以上的填土时，，应改为，应改为。当然，还可以采用三轴试验得出的强度指标计算，这里就不一一列举了。（２）不同强度指标计算效果的分析由计算公式可见，上述几种计算方法均考虑了原地基表面以上填土对应的强度，及原地基表面以上的填土重力对地基土固结过程的影响，只是计算点上垂直力考虑的方法不同：方法一按土条重力考虑，方法二、三按垂直附加应力考虑。各种计算方法的主要差别是原地基土所采用的强度，如果固结快剪强度指标是地基土完全固结后的强度指标；十字板剪强度、直剪快剪强度是在获取其强度时，地基土在自重条件下已经完成部分固结条件下的强度指标。则：方法一采用的是地基土完全固结后土条宽度内的总强度：；显然，除非地基土已经基本完全固结，否则就是采用了较计算状况偏大的强度，使得计算的安全系数偏大，是一种偏于不安全的计算方法。方法二采用的是地基土在施工期间完全没有固结的土条宽度内的总强度：；这是一种只考虑了地基表面以上的填土重力对地基土固结作用，没有考虑施工期间地基土在自重条件下固结作用的计算方法。除非施工期间地基土在自重条件下完全没有固结，否则就是采用了较计算状况偏小的强度，使得计算的安全系数偏小，是一种偏于安全的计算方法。至少对打设了排水通道的情况是这样的。方法三采用的强度是由两部分组成：一是地基土在施工期间完全没有固结的土条宽度内的总强度：；二是原地基表面以上的填土所产生的强度：。这也是一种只考虑了地基表面以上的填土重力对地基土固结作用，没有考虑施工期间地基土在自重条件下固结作用的计算方法。但对地基表面以上填土重力产生的强度增加了。对第一部分强度，是必须要计入的，这是没有疑义的。第二部分强度是在认为在填土重力对地基土固结作用很快就达到了这一强度的条件下采用的。如果不计入，也是一种只考虑了地基表面以上的填土重力对地基土固结作用，没有考虑施工期间地基土在自重条件下固结作用的计算方法。如果计入，在较小且较小的情况下，应当是没有问题的；但当在较大且较大的情况下，就有可能采用了较计算状况偏大的强度，使得其计算是