岩土工程设计方法讲座(上)

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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)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。在2009年～2010年，主要环绕《岩土工程勘察规范》局部修订的宣讲，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

2、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。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岩土工程设计是工程结构设计的一部分

3、岩土工程是主体工程的一部分没有主体工程就没有岩土工程问题；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。在设计原则上存在

4、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。由于岩土体是自然地质体，与自然条件密切相关，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

5、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。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。岩土工程设计的特点岩土工程设计的任务是处

6、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。地基基础设计的基本假定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。2.岩土工程师必需力学知识复习如何将一个工

7、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。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静定与超静定问题平面力系的平衡条件X＝0，Z＝0，M＝0XZ2.1解平衡方程求未知数如果一物体在三个互不平行的共面

8、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。库仑土压力的力三角形解法WERRWE根据楔体平衡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；2.2结构的约束条件