岩土工程设计安全度6+设计规范安全度问题的处理+.ppt

1、注册土木工程师(岩土工程)必修教材，岩土工程设计安全，第6章，设计规范中安全问题的处理，6.1概述，6.2设计原则，6.3岩土工程性能参数代表值，6.4地基承载力，6.5边坡稳定性分析，6.1概述，概率极限状态法，许用应力法和单一安全系数法并存。同一个概念用不同的术语，同一个术语有不同的含义，容易产生误解。用于计算岩土工程问题的荷载不同于用于计算基础结构问题的荷载。基础底面反力可分为设计值和标准值，桩顶轴力也可分为设计值和标准值。工程结构可靠性设计统一标准，引用以下规定的适用范围：工程结构的功能要求；功能可靠性及其测量概率：极限状态设计方法；承载力极限状态；正常服务极限状态；工程结构可靠性设计

2、的统一标准：(1)统一标准涵盖基础设计；(2)“可靠性一般可以用概率来衡量”，用词不严格；(3)“基于概率论的极限状态设计方法应以偏系数表示”。以往基础设计积累的经验大多是容许承载力，大多数规范没有采用概率极限状态设计方法。(4)统一标准未提及许用应力法和单一安全系数法。尽管一些规范本质上是允许的值，但它们并未明确说明，并且使用了诸如“标准值”和“特征值”等术语。岩土工程的极限承载力状态，地基被整体剪切、局部剪切或穿孔剪切破坏；边坡失稳或基底隆起破坏；围护结构损坏或倾覆；地下工程坍塌或侧墙倾覆；土壤流动、管涌、坍塌、液化等。岩土本身并未超过强度极限，但却导致了工程的结构性破坏：(1)工程的结构

3、性破坏是由于土体的大变形，如坍塌、融化、地震沉降和膨胀收缩等引起的；(2)岩土体位移过大，导致桩倾斜、管道破裂和相邻工程结构破坏；(3)工程的结构性破坏是由地下水的浮力、渗透性、静水压力或超静水压力造成的。正常使用的极限状态：(1)由于岩土变形引起的工程变形，包括沉降、不均匀沉降、倾斜和局部倾斜；(2)岩土变形引起的工程结构表面裂缝或装饰破坏；(3)由于岩土刚度不足而影响正常使用的振动；(4)地下水的渗入影响了工程的正常使用。功能、阻力和安全性相互匹配，载荷值的增加意味着安全性的提高；电阻值的增加意味着安全性的降低。对于容许承载力，荷载值的增加或阻力值的减小意味着安全性的提高。当采用规范中规定

4、的两种或两种以上方法时，必须注意载荷、阻力和安全的正确值，避免随意应用。新版工程结构可靠性设计统一标准应借鉴国际标准和欧洲规范中结构可靠性一般原则的结构设计基础，在中国实施，并总结中国的工程经验。内容有所扩展，涵盖了工程结构设计的基本内容，是工程结构设计的基本标准。1.0.3“工程结构设计应采用基于概率论并以分项系数表示的极限状态设计方法；在缺乏统计数据的情况下，工程结构的设计可以根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可以通过许用应力或单一安全系数等经验方法进行。6.2.2建筑基础设计规范三版(GBJ7-74)的结构设计均采用定值法，基础容许承载力统一标准(GBJ7-89)已颁布，采用概率

5、极限状态设计，并对设计结果进行了分析GBJ7-89中存在的问题在形式上基本符合统一标准。从本质上讲，地基承载力的标准值和设计值仍然是容许承载力，这导致了术语概念的混乱。根据统一标准，抗力标准值是概率分布的分位数，与极限状态有关，但地基承载力标准值(GBJ7-89)是允许的。根据统一标准，阻力设计值为标准值除以大于1.0的分项系数，小于标准值，但(GBJ7-89)设计值为标准值的深度和宽度修正值，大于标准值。在GB 50007-2002的调整中，取消了地基承载力的标准值和设计值，代之以地基承载力特征值；调整土的抗剪强度指标标准值的确定方法；荷载试验确定的地基承载力特征值略有调整；根据土的物理性质

6、检查地基承载力的表格所对应的荷载已被取消并相应调整。从(08-89)到(08-1999)再到GBJ7-74上海市基础设计规范，已有很大变化。2.0 1。基础设计采用基于概率论的极限状态设计方法，计算采用分项系数表示的极限状态设计表达式。2.0.2极限状态分为：1承载力极限状态：2正常使用极限状态：承载力极限状态，分项系数承载力设计值相当于原规范的安全等级：天然地基，分项系数根据土的内摩擦角和粘聚力给出；对于桩基，分项系数根据桩的总侧摩阻力和端阻力给出；挡土墙、挡土墙和基坑边坡是稳定的，根据综合变量给出了荷载和阻力的分项系数。在概率极限状态表达式中，荷载和抗力的设计值是极限状态面上验算点(失效概

7、率最高的点)的坐标，设计值是地基极限承载力的概率值。基于总安全系数法进行可靠性分析，并标定部分系数。根据港口工程结构可靠性设计统一标准(GB50158)的要求，对原土坡和地基稳定性安全系数及地基承载力对应的可靠性指标进行了修订和标定：土坡和地基稳定性=2.54。0，基础承载力=34。其他说明，大量关于土壤指标的统计数据；确定概率分布；提出了土体抗剪强度的统计方法。对土质边坡和地基稳定性的可靠性、地基承载力和地基沉降进行了探索和研究，标定了与原安全系数相对应的可靠性指标，以承受土压力、水压力、波浪力、系泊力等偏心荷载和水平荷载。需要考虑合成偏心力矩E和倾斜率是否有抛石基床，建筑桩基技术规范(94

8、-94)采用概率极限状态设计原理，采用分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计计算。当修订为2008版时，原单安全系数桩基规范与基础规范在设计原则上仍有差异。桩基规范、基础规范和基础规范的容许应力法采用荷载效应和抗力特征值的标准组合。桩基规范首先确定单桩极限承载力或极限端阻力和极限侧阻力的标准值，然后除以安全系数得到相应的特征值，再与荷载标准组合进行比较。桩基规范属于单一安全系数法，不是容许应力法。设计原则讨论1、1上部结构设计和基础设计的协调要求相互配合，采用一致的设计原则进行岩土工程研究的积累是不够的。基础承载力的设计值、荷载的基本组合、分项系数的表示、可靠性指标分析的基础承载力特征值(允

9、许值)、荷载效应的标准组合、不需要极限承载力和分项系数、设计原则的讨论2、2采用可靠性分析的必要条件分析计算极限状态下的抗剪强度指标。地基的极限承载力是主要的限制。适用的测试方法仅限于有条件的地区和行业。3.设计原则探讨。3.概率极限状态设计中不完全荷载的综合分项系数取为1.0，只分析分项抗力系数。载荷和阻力的可靠性分析不统一。每个地点不同土壤的变异性不同。调查报告给出了参数的代表性值及其可变性，但规范未能充分考虑这些信息。6.3.1岩土性能参数标准值的定义和数值，是岩土性能参数的基本代表值。一是取概率分布的某个分位数，一般取强度的0.05分位数。0.5十分位数的模量是基于工程经验，经分析判断

10、，标准值的计算应以理论岩土规范为基础，采用总体平均区间估计，基础规范一定范围内综合性能指标的计算不适用于岩土。重复抽样试验，参数相同的平行试验。这意味着子样本非常大。港口工程基础规范附录D考虑了抗剪强度两个指标之间的相关性。可靠性计算采用简化相关法，即平均法。采用正交变换法和抗剪强度指标测量法检测地基承载力。饱和软粘土应采用固结指数和快速剪切指数。在短期条件下检查地基承载力时，应使用不排水抗剪强度指标。不应使用直接剪切和快速剪切。渗透系数采用室内试验或抽水试验的大平均值作为标准值，用于水位下降和排水计算的渗透系数应采用试验的小平均值作为标准值。供水工程渗透系数应以抽水试验平均值为标准值。压缩模

11、量可以根据固结度选择为标准值，也可以根据概率分布的0.5百分位值选择为标准值。对于高压缩性土，应根据标准贯入击数或原位试验的临界荷载选择压缩试验大平均值的容许承载力。对于粘性土地基，内摩擦角标准值可为饱和固结快剪试验内摩擦角的90%，内聚力标准值可为饱和固结快剪试验内聚力的20.30%，砂土地基内摩擦角标准值可为试验值的85%-90%。摘自水利水电工程地质勘察规范，抗剪强度应采用试验峰值的小平均值，或概率分布的0.1十分之一值。当采用有效应力法进行稳定性分析时，三轴压缩试验的平均值为标准值。软土应采用流变强度值作为标准值，高敏感性软土应采用特殊试验的强度值作为标准值。均质岩体的密度、单轴抗压强

12、度、点荷载试验、波速等。可以采用算术平均值va水利水电工程地质勘察规范，根据不同情况作了不同的具体规定。当概率分布的某个分位数作为标准值时，直接使用有用的0.5、有用的0.1、有用的0.2和算术平均值。也有小平均值、大平均值等。作为标准值。有些还规定了使用什么测试方法以及如何获得测试值(峰值、折扣)等。标准值和地质建议值，标准值是考虑概率和岩土强度破坏准则的分析、统计修正或经验修正后的试验结果的参数值，仅反映岩土试样的特性；地质推荐值是地质学家根据试件的整体地质条件调整标准值后提出的，使标准值更符合岩土体所处的地质环境，具有较好的地质代表性。讨论了岩土性能参数的代表值。1了解标准值基本上代表了

13、该值的概率统计计算，并根据工程经验取一定的概率分布分位数。经分析判断，确定了水利水电工程地质勘察规范的“标准值”和“地质推荐值”。独联体国家：标准值、计算值、抗剪强度指标的两种试验方法、本规范的不同规定、基础规范、不固结不排水上海基础规范、直剪固定：基础承载力计算和稳定性验算；直剪和缓剪：地基长期稳定性验算；三轴不固结不排水压缩(UU):检查不固结粘土地基的稳定性并检查施工期间的稳定性；三轴固结不排水压缩(CU)，包括总应力法和有效应力法：考虑所有荷载引起的地基强度增加，固结后地基稳定性验算，基坑稳定性验算；三轴固结排水试验：检查地基的长期稳定性；无侧限抗压强度：施工期粘性土稳定性验算。不同的

14、测试方法有不同的原因，如概念理解的差异、经验积累的差异和可操作性的考虑。3关于数据的数量和质量，分析数据的代表性、可靠性和相关性，以及不合理的数据，找出原因，审查和核实，并确定取舍。土壤性质变异系数的限值不得少于6个：港口测量规范中均匀土样的孔隙比和含水量不得超过0.15；压缩模量、抗剪强度和无侧限抗压强度不得超过0.3。北京规范：压缩模量0.35，空隙率0.10，内摩擦角0.25，内聚力0.30，轻型动力触探试验0.35，标准贯入试验0.30。建筑地基设计规范和地基承载力特征值可通过荷载试验或其他原位试验、公式计算和工程实践经验综合确定。它表示正常使用状态计算中使用的地基承载力和单桩承载力的

15、值。正常使用功能允许的抗剪强度指标设计值取标准值，压缩性指标取平均值，荷载试验承载力取特征值。载荷试验是确定地基承载力的基本方法。其他原位试验和经验方法，如深度和宽度修正，得到地基承载力特征值fa，计算确定为基础设计计算中抗力项的抗剪强度指标。基础承载力按勘察中基础宽度3m和埋深0.5m计算，但设计中深度和宽度修正不合适。北京地区地基设计规范，在试验和测试的基础上，地基承载力标准值对应于荷载效应和变形控制的地基设计原则的标准组合所确定的地基承载力值。根据变形控制原理，相应的载荷是一个标准组合。工程1、地基承载力的确定方法、粘性土和粉土的查阅表、现场试验结果的确定，如动力触探试验、静力触探试验、

16、标准贯入试验等。根据覆盖压力修正查表N值，确定标准值和极限值。50cmx50cm承载板荷载试验，沉降为1cm时附加压力对应的地基承载力标准值，地基承载力确定方法2，粘性土和粉土地基承载力极限值按土的等效抗剪强度(kPa)计算，极限值除以2的安全系数为标准值。根据上海市基础设计规范，确定地基承载力的四种方法土的抗剪强度指标公式计算荷载试验方法其他原位试验方法均以上海市工程地质图集为依据。上海规范“极限承载力状态”、“地基承载力设计值”、“相应荷载”和“基础底部平均压力设计值”的特点；荷载试验中地基承载力的标准值除以局部阻力系数1.5；计算公式时，按规定的修正系数进行修正，并规定抗剪强度标准值和分项系数。使用上海工程地质图集时，由于是容许承载力，故乘以调整系数1.25。可靠性分析，其可靠性指标范围为2.255.42，平均为3.93，变异系数为0.237，部分内聚力系数为2.0，部分内摩擦角系数为1.3。反算安全系数，平均值为2.55，基础极限承载力根据基础形状确定。当0为零时，规定了承载力系数Nc、Nq和N的计算公式，附录F为地基承载力系数表。这些公式的特点是：1)理论基础明确，概念明确，推导严格遵循理想的刚塑性极限平衡理论；2)