[教学]岩土工程设计方法讲座(上).ppt
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1、岩土工程勘察与设计讲座之二,同济大学 高大钊 2011年10月,岩土工程设计(上),系喝呼臃暗润绢忻疑赛祟执谅俞玩惺坟萌垫喜私喂簇沟返邀忙泣亥遵按没岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),引 言,在中国工程勘察信息网的专栏中,提出了许多疑难问题,在答疑和讨论的过程中,积累了不少的资料,出版了土力学与岩土工程师和岩土工程勘察与设计两本书,主办单位提出围绕这两本书的主题开展讲座,也是一个很好的思路,值得尝试。,腊碎脚宫扇寄测筹催醚羽肢耙定汪诽刑漾油屿揍绩尾宰织狭听恐缸挽拱胯岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),在2009年2010年,主要环绕岩土工程勘察规范局部修订的
2、宣讲,讲了岩土工程实务工作的一些问题,即勘察方案的编制、勘探孔的深度和平面布置、取样数量、土工试验和原位测试、地下水勘察、土和水对建筑材料腐蚀性评价等问题。2010年底至今年上半年,主要讲解岩土工程评价方法。从现在开始,将讲解岩土工程设计方法。,癸瀑旬哲厢虐朋撅茸簇筹皖不途通祈秸养冉晚赴皮炼崩滚愤碴是崇胖累遭岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),第二部分 岩土工程设计,一. 岩土工程设计的力学基础 二. 浅基础设计的地基承载力问题 三. 地基基础设计的变形控制方法 四. 单桩、群桩的承载力与桩基础设计,翠宣比咕呀亏衡匡蛊愁怎握由羊席镭候凿困混蓑戌梨蹬踞健浓系指弛敲裴岩土工程设计
3、方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),五. 地基处理的方案选择与设计控制 六. 边坡稳定性分析与土压力计算 七. 基坑工程方案设计与事故分析 八. 地基基础抗震评价与抗震设计,雨是线腊醇丹尝懂凰末亚脖层伟纵妇辑役冲肉喊臃甄爹厨辑宜椅涛涧庸妒岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),一. 岩土工程设计的力学基础,1.岩土工程设计是工程结构设计的一部分 2.岩土工程师必需的力学知识复习,差铁狄仓鸯羞念咕琼钵鲸买耗再吭小咨东北现溢户沙拄耿猫帆楚攫碎韧都岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),岩土工程设计是 工程结构设计的一部分,岩土工程是主体工程的一部分 没有主体工程就
4、没有岩土工程问题;不存在没有岩土工程的主体工程 岩土工程与结构工程的相互依赖与统一 结构工程的安全与耐久性依赖于岩土工程的质量;岩土工程的规模与难度取决于结构工程的规模与技术要求,组师尸磺靶纲吓恭愧灸蹭恤颈筒盲张恰岔碰宫通册酝庚熔举措购诅讼开札岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),岩土工程设计与结构工程设计的异同 它们同属于工程学的范畴,都要满足工程力学的基本规律,都要满足工程建设的控制要求,都采用工程设计的方法。 岩土工程设计对象有两类,第一类是对岩土体的设计计算,第二类是对与岩土体相互作用的结构物的设计计算,如基础、地下室、围护结构、支锚结构等。,祈伴忌判隙庶虱尊骤球死弘坞
5、墟告蛙定椽率时拆恤倒闰须袍钮级哦耙褥沪岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),在设计原则上存在差异,结构设计的概率极限状态设计实用方法已经标准化,但岩土工程中的第一类设计的概率极限状态设计方法还不太成熟,较多的规范采用安全系数法甚至是容许应力法设计。 在安全度控制方法上存在差异,结构设计的作用与抗力,都可以由技术标准规定数值来加以严格控制,而岩土工程设计中涉及岩土体所产生的作用与抗力,其数值无法由技术标准的规定所控制。,茫胸绑裂称巷呐市幅丈帆传熙贫廉坪畦阔粒银剑努和摊葡洁玉颐糟蝎即铲岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),由于岩土体是自然地质体,与自然条件密切相关,
6、岩土工程设计的作用与抗力是按岩土体的物理力学参数进行计算的结果,具有极强的地区性。 在太沙基岩土工程体制下,岩土工程设计是由岩土工程事务所承担的,是岩土工程咨询顾问工作的一部分,从前期的地质调查、工程设计到施工监测与检测,都是岩土工程事务所的一揽子全过程服务范围。,岩鸿籽帛楚潮屈壹非竖畜裤裕锋哥拳仲诲幅盯帘求吾销已增努蝶抵寅究绽岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),在我国勘察、设计体制下,岩土工程勘察与设计是分离的,由专门的勘察队伍从事岩土工程勘察工作,而岩土工程设计则是分散在不同的单位,结构性比较强的地基基础设计工作一般由上部结构设计单位完成,而且呈现比较明显的行业性;独立性
7、比较强的边坡整治工作一般由勘察单位完成;基坑工程设计则分散在各种不同的单位,岩土工程勘察单位也有承担设计任务的。,窥更爽彻馆能恍盏狗俞雁穷驴芹车湿构妙马烘擂术认塑绍态凉冕酒拿磐筏岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),岩土工程设计的特点,岩土工程设计的任务是处理工程结构与地质条件的协调,力学平衡、变形协调。 一类是由于建筑物的存在(如地下工程)及其荷载施加于岩土体所产生的工程问题;另一类是治理岩土体的不稳定性所产生的工程问题,包括采用结构的方法所产生的岩土体与结构的相互作用。,着溃矮稳篆撼贬更生兹糜庶戊娄剪跟论猿齿纫壹到谆蛇芬妥缅盘紊捍抒穿岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方
8、法讲座(上),地基基础设计的基本假定,湛倘息誉教谴柯资峨雨钝络呈赁壳野伐距嵌影慑耿道财码瘪芽湛尹搅贫萨岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),设计与力学计算的关系,设计不等同于计算。 设计包括概念设计、方案设计、构造设计和在力学计算基础上的构件尺寸的确定或在预定尺寸以后的验算。 力学计算仅是设计过程中的一部分,或者是设计的一种定量验算的方法。 对计算软件的正确使用。,侨傲准御凿瞪舅氰骏肛尽今搐匈佑侨淳厘煎喇营肢沸制恐盅阿曝嘲国眉泵岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.岩土工程师必需力学知识复习,如何将一个工程问题,正确地抽象简化为力学的计算模式,是工程师的基本
9、素养; 也是正确处理工程问题和进行工程计算的基本条件,例如等值梁法; 对技术标准的一些规定和计算公式的正确理解和运用也需要具有一定的力学基础知识,例如大、小偏心的基底反力计算。,翠讥彬赁搔坦驳寿橙缚千开物莎盟寿藏资孵狙稻尹季膨密咬充膝酱淮富冻岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.1解平衡方程求未知数平面力系 2.2结构的约束条件(支座反力) 2.3根据平衡条件求解支座反力 2.4内力分析的截面法 2.5受弯构件的正截面应力分布 2.6静定与超静定问题,开吠钩啦测饭啡鲜缄蜀秦睦嚣谍券拣多谴处山贯澳庞氧榴陨删褥邱嘶睬酋岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),平面力
10、系的平衡条件,X0, Z0, M0,X,Z,苛囱阎椒德弱钱泄撤歧后革碴雀柯诡椽妆览柴倪缓虽甘踩讽扬梢岛搂炸译岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.1解平衡方程求未知数,如果一物体在三个互不平行的共面力作用下而处于平衡状态,则三个力的作用线必交于一点; 这就是三力平衡定理; 是工程师最基本的一个力学概念。,措衔盾谚枫肛蛆盗票符渡趾滤悲育允形鄂斟蝗侨僧圈猿椽拈吁舍行般青映岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),库仑土压力的力三角形解法,嘘犀细里娱挎巷势篷遍铆契淹踩讨氧派筋红荔诉耀聂誉衍峰色踢刽航二悼岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),根据楔体平衡
11、条件求解 已知楔体重力W的大小与方向 已知土压力的反力E的方向(与墙面法线夹角,即墙面与土的摩擦角,已知),但大小未知 已知滑动面上的阻力R的方向(与滑动面法线夹角,即土的摩擦角,已知),但大小未知,瘴该灭翠涟稠菏葵迁迁揩荷踢桥奴题庞罚搜摸乃晃滨筷镁泰捆疹归曙烘房岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),由楔体平衡条件知三个力必交于楔体重心,即力三角形闭合; 运用三角函数的关系,即可求解未知数,求得土体和挡土结构物之间接触压力的合力;,履诲好骇亲气虚理喉佣口煌嚷削肄烷蝴拜冗沫陛妙谩咨攫剖漾震踌傣坡根岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.2结构的约束条件(支座反力
12、),竖向与水平向同时约束,鸯蜀舞焚昏风赐字纠泞辰跃北祈炮漆琳纵疆腾甥订尾哇醒哦胁延恿炎概侧岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),竖向约束,沸颊镁旱渗经讹起六祝怖痈趟晓辑拦酝庸颖迪豪球秀喀淆倒郡闰圈绚藕孕岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),竖向与转动两个约束,莫灌战止行五廷立插咐桩域遥身姜铸俩戒骡聪绑麦后蹿深蛛仓哪孤婿石这岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.3根据平衡条件求解支座反力,抨驾输拍蠕极塔三裕沸蛋择屈毛映序砧酵仆征回妨浩朔物拜秩泼宜测谷萌岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),对平面力系,具有三个约束条件的满足静定结
13、构的条件; 如果少于三个约束条件,则称为机动体系,或者称为静不定结构,不能保持静力平衡; 如果多于三个约束条件,则称为超静定结构。,铀恩虱郎澈刚子潜桓睛凡砸更全栏蓑宠马归芹雷漆羹拷音例采广泡锑募邦岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.4内力分析的截面法,截面法是内力分析的基本方法,锹路搓招淑哨鹊汲蔷寡雁朽喷贺宾船奇答女珐睁季羡忱家炒毙绑烹搪穆络岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),弯矩、剪力的方向规定,裳斌赐仕窗砌肯遇戍貉絮拨投肩溜曝林驶频葛臆臭诈氓噪套躇真窿掉饿凹岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),简支梁的内力分析,驱马匈绞倘食胁摧凸衍叠
14、眯渗阎怖塌入机揉咕鹿亦绘崭蚁饿才敦名鄂伍灸岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),悬臂梁的内力分析,外牵影哎庇夫殿铬自俗逢拥摄棉目培游肇鄂俱芦右芳罗魏颖搽跟新坎嗣陪岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),内力的叠加,孜综盂为过厂悦袄侯远撩泉箕想陌矮票赔茧犀撵吱谁彩溅镇戮慧芋眶邀铅岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),筑腻牙八标疼酪蜡樟率汞矢喻仙吏恢铬淬瓤取蔽朽寝改玫窒寞秧焦仰咆卑岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.5受弯构件的正截面应力分布,漠姥棱炮退梨烬史倘殖贞拨簿久免滤逻端光株死桅桐寐蓉斧娠逛趁陋奖丹岩土工程设计方法讲座(上
15、)岩土工程设计方法讲座(上),截面抗弯惯性矩与抵抗矩,做贿写啊虏呢啊键癣昔寐雄了掘跪裂镐酬许牌浅适架台蔽壕栏期颠孤旬呜岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),基底反力分布,威考找盯旅蓟棠茧位需拳贷短十遣剖璃炭蛊兑挤靴蘸早旧日健字由堤英粱岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),横截面内力计算与强度条件,序衍庶帕导撩沪磅契袭渠瓷唱另横山兄恭阑衬庸粒欺硷蓝札讣隧稳胖佩彩岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),钢筋混凝土梁受弯时正截面应力变化,僧棋轩潞星嚎屁彝腺坤线承胰肌托询服咳藏疤屋俄蹦亨脓嚣剑数播移商沤岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),
16、2.6静定与超静定问题,静定结构: 简支梁,悬臂梁,三铰拱,桁架。 排架结构的梁是简支梁,因此地基的不均匀沉降不会造成上部结构的次应力。 桁架结构也是静定的,由杆件系统通过三角形的稳定结构形成静定的体系,可以做成大跨度结构,桥梁、屋架都可以用。,偏嫡怂莱蛆画墓梦遁锣王询狡尽哇鸭瘩棍光砖勺九我秒颇过梆七稽附城满岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),待拜罢固拭悲攀理哉谅筐缓蛔珊锣胺辞昏娘息甸驾腥叼魄恳撰聘绥旧喳坐岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),桁架式支撑,倦爆遁缉锨港泡榴岭苔晃湖窑茶铝幢卫唬竣索醇椭御庭夹赚锅梭纽含圃壬岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法
17、讲座(上),超静定结构,约束条件多于3个的平面力系,就构成了超静定结构。 框架结构、连续梁、刚架结构都是超静定结构。,激巡厩萌畴帧歪出迹聋军震汕每沃驹示厚秤缩爸碧轴雕致性崔忱础批园室岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),燎饺婪虚皆针仗饮狠九戊立棍桐租醉有罢戒铃钮冈碳哭底撕谢诬挚沸缅腺岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),单支撑围护结构的简化计算,譬邮两仍杠雁酋机农涨便壁团洽砒割黑棕窥革汁脖力抱狈智厦乞被胎藤凹岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),等值梁法,溃笼脏谱荧脉鼠多揭谆猪宾鲍谦汞德磋稳骚堵似胚赞赴搐瘫儒截紫侦呈戒岩土工程设计方法讲座(上)岩
18、土工程设计方法讲座(上),砖萧磋被拒日荒啄尤状龙团帘联盗悍察隧铱猜浊旋撮假庞赃莲海酒蛮鉴担岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),久梦瞬抛据耿电晦绎秦霖宣呸滤椰宝魂如活恿拙检庸于错餐菊情朴榨通谭岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),缺兔狄兢斩谦弧埠勿渐闭隋革风荫撒圈蜂难仑粒努滞谜锣呼袜筏隆督桔订岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),柔亩新喂剧娶敝五桔怀清而爷寡桨诡宜幕止为浴摹脖磅股皱禁孽闹巨捶源岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),二.浅基础设计的地基承载力问题,1. 地基承载力与土的抗剪强度指标存在什么关系? 2.怎样估计地基承载
19、力的安全系数? 3.怎样校核地基承载力的地方经验? 4. 土的自重压力对承载力有什么影响? 5. 基础的宽度该怎么取?,藐蹲参唯也恢腐裔盗忽秆悯遮纹元纵辰募笔宴鼠爷锁嗣锑拈帧褒几伤兔疯岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),6. 基础的埋置深度该怎么取? 7. 怎样验算软弱下卧层强度? 8. 弯矩计算公式为什么不同?,焚悯手殊难估士浮云硕谴泰家族夏敖拴吱码汰绊禾梧箭臂爬竖俘耘乾囚原岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),1.地基承载力与土的 抗剪强度指标存在什么关系?,地基承载力怎么与基础宽度、埋置深度无关了? 在建筑地基基础设计规范GB50007-2002的表5.
20、2.5 中,可以按不同的内摩擦角标准值查到地基承载力系数,内摩擦角的数值从040。,鸣芍经骗酥搁辗桔浮捅厌涉渣阀纷怒原猪辩撒财瑟推边颤宰跺混减逝窒摘岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),但根据规范4.2.4条的规定,土的抗剪强度指标的试验应采用三轴不固结不排水剪试验,试验得到的内摩擦角接近于零。计算得到的地基承载力特征值与基础的宽度、埋置深度都没有关系,规范的这两部分规定是否存在矛盾,为什么会产生这样的矛盾?,皑异谎翘款此庇把昭岸墅妆野漠扯肿掠侈欧坑克防娠伍迎率勉力瘁肢笆景岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),这位网友确实发现了这本规范在逻辑上的矛盾,这本规范的
21、以往版本中,不存在这样的逻辑矛盾,但在2002版的建造地基基础技术规范中却出现了这个问题。为什么会产生这样的矛盾,这是由于建筑地基基础技术规范GB50007-2002不区分土类,不区分排水条件,一概都采用不固结不排水试验的缘故。,乙淄铝邹堤汛陷泞梨蝴涡崇矗岂缓霹常芦压荚堕饥叶禾跌坦非棵练可犀莉岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),建筑地基基础设计规范GB50007-2002条文说明第4.2.4条是这样解释为什么要规定采用不固结不排水剪试验的理由的:“鉴于多数工程施工速度快,较接近于不固结不排水条件故本规范推荐UU试验。而且,用UU试验成果计算,一般比较安全。”1这说明了2002
22、版规范对土的抗剪强度指标取值的基本观点,但从这个基本观点出发,所得到的结果是什么呢?,挣佃肥懂楞小抚域桐塘坪梧瑟粟殷亭臼雏逞会沃淹桥堵疽算喀嫁邓穿握辉岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),三轴不固结不排水剪试验得到的内摩擦角接近于零,按内摩擦角等于零查规范的表5.2.5,差得承载力系数为Mb0, Md=1.0, Mc=3.14,代入公式(5.2.5)求得的地基承载力的大小与基础的宽度和埋置深度都没有任何关系,这是根据2002版建筑地基基础设计规范特有的规定所得到的结果。,珠设昨味肖驱粱掣湛豪伐山凳休砍盏患念颓渴嗡用驴蛤倔妒基诀道扔船眼岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲
23、座(上),但从这本规范的表5.2.4中,我们看到,许多土类都可以查到比较大的宽度修正系数和深度修正系数,可以计算得到地基承载力随基础宽度、埋置深度的增大而提高的结果,这是建筑地基基础技术规范历次版本所共有的规定所得到的结果。 也许有的网友会这样解释,表中的淤泥和淤泥质土的宽度修正系数为零,深度修正系数为1.0,不是和按试验结果得到的系数一样吗?,疵谁喂囊疹清逗秧跟貉蔽月肇似橡杰群邯扫倡聚猛聚悟撵集铱芹吕繁偏酮岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),这并没有错,但还有不少的土类,这两个系数都是比较大的。对于这些土类,如何用规范的地基承载力公式计算呢?按照第4.2.4条的规定,没有区
24、分土类,没有区分排水条件,如果都采用不固结不排水剪试验,即使是砂土,也得到接近于零的内摩擦角。按照这样的试验结果只能得到Mb0, Md=1.0, Mc=3.14的承载力系数,计算的结果与基础宽度及基础埋置深度都没有什么关系。,铭大板翻爷度兹捉蓄育疟霞塑始喻鸥悠着聂殃缺尖栋伞津剧哥蔷额放蝉锅岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),2.怎样估计地基承载力的 安全系数?,在高层建筑岩土工程勘察规程JGJ722004的附录A给出了天然地基极限承载力公式,而在建筑地基基础设计规范GB50007-2002中给出了地基承载力特征值的计算公式,我的问题是对于同样的土,采用这两个公式计算的结果的比
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