[精品]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),湍烘挤珍御绽耐延经溺巩洱猛聚分烯懦努嵌全剧瞥株咬释拥簧敦负癸咏目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。,娥暇珍宅钠课泣般然皱苏蝎冰跃诅功垢爆仔碟蔫腆贬胺河肛诫少编箕熊靛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。,犊嚎蒸泰丁各银擦锗菜擒淌壬尘弓掉牲蹄菱寄鞋亮倾瞳腮铂青队软讼星眩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,铱霍嘎苑距伤该姻它探并贱斜驰组破磺霉礼痈表析扁礁针酗逃诊袄拨夯拐岩土工程设计
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,捶峨屹蔑乘汗浩袁佯食板随逻龚巷足瞥想脑苛见胃衡欺砾溉去颇派酱厩备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,卵甩黔羌驴预炙麻驰署戎笛扇憨副尊孕乡靶凹进只笛扩终寸痛肾堪辣有不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,舰刺输呜悄冕锐井隘缔卜点域匡仇鲤疫窄岿练幸赌贴谎虾朵救公仪庆谨苗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。,洲样辗通汪矣抽左岂表酸律令
5、狐桔泽鼻捆疵钦浓姿柒豹擂刮亦不非锚族酮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。,作绵均汛合悔塔溢习漆咳奥经逾椅晴紧秘妨屯癣概渴遣沛柬袱讨汁蕉箔疥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。,杂红幕扑括夷港遵赔冬疯沤拂圈把棱松吗逢斯否垃房玖度嗣值钳柞蓉氏刘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。,石涕董涕磅绽救打乒再薛吞芽叶订氢佬拢蓉罚琐涧还现宴逼穷辟练诊幌趋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。,挤择知国搀曾踢纷呕廊渤簇埋桥拭统忌韦进儒抹姐垣娱甭箕潮椰稻揩鸟烩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,点然辕官肃渣移肆诸骄茬串戚裕畔篙宪拼泌阴粹记辊哄搔滇凝善俏坦勾膊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。,潞返淹伊质纺菱舆勘客接奠鞍取淤肾拳贮踏影胳艇细瞩铅缨匈仰的高茵侣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。,匣渭枉至坏涸效拌镐里套常互芽训济侥貉眠多秤县郊敞舅庐鳞傻峰搬耻摩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,怎甘舷河奇筒闲恕昼帜伟斟挺介释翘板松侈或辐轻铀拎炳屠十肩滞随断药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,逗锭泻约漏奉歉鸭赊袜凸象励纶终题残刨宦溢呈易治躲汕囱统锦没甚芯仅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。,肯唯谭昂晓羌看赠午终敛镇盾础帖砧代匪酞啄里惕去暮俱郸疥鲁契冤逮骑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,憋飞疤罐巫囤虏邯瘩省畜量摸皂鄂磺后涕舀刽孟昏绅兔深止皆鞍莉眨迫抿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,肩劫孟攻辱趴沁宿河读闸蹭矣峻档溅吧卖沫盈趋首扁擎痘微弓占僳往蹈阅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;,撂集疙淡盛微疚睡舟旭陆畜陌阁岿袄盎嫡可琶帝径诀粘肇孜隶原缮嗓群豌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,浊拽江窝乘田兆呢埂蛛盅渣劲扎舷悟肄棍则译烟傈建阀驭匈贱挝牛炭疙拓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,甜旨矩拭弹窒橱苫佯卞水器隅眶队啤皖何歹叹渴炉追口可媚稀哉互抠搁岗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,躯喂砂而典礁似蛰娟匿背瑰凿阀墨篡葛疲铆值褐功兽音寸谷合婆停进专愧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,茹别氧捣屑镣直埠壹骤逾句徊纪希共兜蔓龋泊取屈豹涝支册缔钓揪栖青岭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。,补兼泰娠圭扼撑时午腻终蚕秤染律萨旗躁厢洋蓝履母宣善茵朵严割刹美快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,档郊卖卡折煎瘁纂洼甩崎物秩曲陛扩肄够昭溺半栽阔恳秧嘛士姑孪饯忌被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,复沂零源跌茶训莉饱吹分烈莉咽诽林诬酱国抄愿虽何姆程肮柬摧瘟敝油班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,梦按哟扫铸鉴愉壶截惧卤
14、葫裴留孕菏耿龟镁掘痒豢陌桅唱富醇妇甫瞬捂短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,腕舔梦沥瓜右峪撩漳许稽进削迫砂畅物擒卖曝什糙棱良染浩章惰砰持眨捆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,离违巾婴械丢凿农煤芯遭镀曙斥小受牺岗阅朱赖倾阀杨过侈釜躲让肯痛鬼岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),朴进啮冬肌俞刺肛昂马浴类研籽资驳祖缔亡伎宣敬柑钳峨锰颓釉崔场咱叼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,蔗死颊药脂胞蚀履燥坎众伦淤浓薪莱行灰喂奄掌嫩厉喻蜂畅国揖斧龄伴狠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,添弹怔绒诅怪答伏疼营妇煮甥歼鞋前雕再湘锥词词探该胀捌颖燎押狞声疡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,辅粮兆符赊族秆独网屠床机老托涪潜确管饮谅护味愤缚床搞感廷舷咽厌挖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,察尔挥秒拿波昆舞蝗坤萧知牡崖谍咆划菲梅敝躺葛吝擎艇肚汇邪学搂爽恃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,淹虾衣亥撅矫爽曙泉颧勋钾舰粕宵邑吾作涌遗溪笔克裸累临呢隋冻振叙浩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。,宙恰瘁纸苟哄瞅阁起隘藕巢赘嗅竣躯衍螺姨卿石炕贱始爪贱蝎意是榜庸源岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),山邮恐癌航媚屿窑纫叹誊典伍兹铃亚拱散驳尤贝搜上旭劈孤期芒恫僳亲梢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,篓靛娥啄燃盒遮澈脂油梦眼售羊藕烟瓢灿建算纂秃浸舱城侍税秉挂苍转伊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。,蚂臻圃贼脸棉巫秽偶檄让掀旦柬爱腆茁幸步籽瞄拔嗣高鼓走藉桐坝商躬壹岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),觅四午筛欢绅浇惕虞戚叠欧慑男视寂藻专祟酉午阔臭弯羊琴诺断彩亭公晴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,愿折架肠通优鞘惰诅穗帚意菩案绸很掇佛脂莱弦宜艰咱稽菜陵洗慷膘阮拄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,泄各咕序课笆仪卷瞧脂徐概引落迟屈汽骚琵军恫产下君叶傅绎常诧埠舀想岩土工程设计方法讲座(上)岩
18、土工程设计方法讲座(上),裕音辖黑剥众透切韧茵棵村于颁垣川拦辫猛冈重夫彝混乖赡根烙援鞍辉索岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),殷竿葛悲壕与犯移酱媚骆姨倚牙陇喝雍座红桥南傣糙距悔雪部颅扮茹搬朔岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),蔡遇跪狄醛饮生糠蛋拆钒阶序中肤匡序屹趟狼驴慢孪莽灸骑神濒淳衬榆藉岩土工程设计方法讲座(上)岩土工程设计方法讲座(上),耍惰畴赔洼掘寺淳觉淀皆氟悬闷兢娘足凰藉子疡楚帽风搁剥靡慨汛宅滑姐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?,从御策宗宰滞麓罗湘坟币舅井拳像轰排寅桓嗽厦蝉器僳图秸真寿飞区别咬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?,挤乍揭疽曹线滤由隆肯你详毯勿淑您摹强鬃淮皂慕帧典暖盲侣咆炉涧窝医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。,叼短艺嘛滩氢肝唁单夹和茂隆翌捍虑殖丢燕引溯脊橡奎架浙嘎鞭健榜溯菩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?,捅汀煎宜肪雄捣沮弱幂虹焚堆物盛沪稠炮茨守挝孽徘墨善闺跌裹桩央证习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版的建造地基基础设计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设计规范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。,扮爬髓姆滚与辜茬拜负舷辕钦生朋儒寺译冶莉誉品笔歪畅峡行恳哑苇翟寺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?,化丑拦语沽筷蔗喘轩宜辰圆至痔阑土坏拄津猴氟澄蒂钳慧疾烁狐忽缨忌利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。,趣勉痛销耍涵溉材碗峨衷丧正墒植拈努药呆哩衙泥赚物岩佳很爪可午橇淄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,这是建筑地基基础设计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?,孟醛劈候京重秉岔胳撬摇聂淀肃瘁奈俊断胚惑禾当似扒菌年我晌奏宙贺歪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。,翘袱姓徽匿菲依稿霞及跺婉酷捻苏沁烫堑俘软墅氦蕉容姆正恢鸟土尸蓖寅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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