2018年注冊巖土工程師巖土工程勘察講義：巖土工程分析評價

第二節(jié) 巖土工程分析評價

　　一、分析評價的內(nèi)容和要求

　　巖土工程分析評價是勘察成果整理的核心內(nèi)容。它是在各項(xiàng)勘察工作成果和搜集已有資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)工程的特點(diǎn)和要求進(jìn)行的。巖土工程分析評價的內(nèi)容主要包括：

　　(1)場地的穩(wěn)定性和適宜性。

　　(2)為巖土工程設(shè)計提供場地地層結(jié)構(gòu)和地下水空間分布的參數(shù)、巖土體工程性質(zhì)和狀態(tài)的設(shè)計參數(shù)。

　　(3)預(yù)測擬建工程施工和運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的巖土工程問題，并提出相應(yīng)的防治對策和措施以及合理的施工方法。

　　(4)提出地基與基礎(chǔ)、邊坡工程、地下洞室等各項(xiàng)巖土工程方案設(shè)計的建議。

　　(5)預(yù)測擬建工程對現(xiàn)有工程的影響、工程建設(shè)產(chǎn)生的環(huán)境變化，以及環(huán)境變化對工程的影響。

　　為了做好分析評價工作規(guī)定的各項(xiàng)內(nèi)容，要求做到以下各點(diǎn)：

　　(1)必須與工程密切結(jié)合，充分了解工程結(jié)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和荷載組合情況，分析強(qiáng)度和變形的風(fēng)險和儲備。不僅僅是分析地質(zhì)規(guī)律，而要切實(shí)解決工程實(shí)際問題。

　　(2)掌握場地的地質(zhì)背景，考慮巖土材料的非均勻性、各向異性和隨時間的變化，評估巖土參數(shù)的不確定性，確定其最佳估值。

　　(3)參考類似工程的經(jīng)驗(yàn)，以作為擬建工程的借鑒。

　　(4)理論依據(jù)不足、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不多的巖土工程，可通過現(xiàn)場模型試驗(yàn)和足尺試驗(yàn)進(jìn)行分析評價。對于重大工程和復(fù)雜的巖土工程問題，應(yīng)在施工過程中進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測資料適當(dāng)調(diào)整原先制訂的設(shè)計和施工方案。而且要預(yù)測和監(jiān)控施工、運(yùn)營的全過程。

　　二、分析評價的方法

　　應(yīng)采用定性分析評價與定量分析評價相結(jié)合的方法來進(jìn)行。一般的操作程序是：在定性分析評價的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)行定量分析評價;換言之，不經(jīng)過定性分析評價是不能直接進(jìn)行定量分析評價的。對某些問題則僅作定性分析評價即可，如工程選址及場地對擬建工程的適應(yīng)性、場地地質(zhì)背景和工程地質(zhì)條件分析、巖土性狀的描述等。定性分析和定量分析都應(yīng)在詳細(xì)占有資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用成熟的理論和類似工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論證，并宜提出多個方案進(jìn)行比較。

　　1、定量分析評價的內(nèi)容

　　(1)巖土體的變形性狀及其極限值。

　　(2)巖土體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及其極限值，包括地基和基礎(chǔ)、邊坡和地下洞室的穩(wěn)定性。

　　(3)巖土壓力及巖土體應(yīng)力的分布與傳遞。

　　(4)其他各種臨界狀態(tài)的判定問題。

　　2、定量分析的方法:定量分析可采用解析法、圖解法或數(shù)值法。

　　(1)解析法:是使用最多的方法，它以經(jīng)典的剛體極限平衡理論為基礎(chǔ)。這種方法的數(shù)學(xué)意義嚴(yán)格，但由于應(yīng)用時對實(shí)際地質(zhì)體有一定的前提假設(shè)條件，以及邊界條件的確定和計算參數(shù)的選取也都存在誤差和不確定性，甚至有一定的經(jīng)驗(yàn)性，所以應(yīng)有足夠的安全儲備以保證工程的可靠性。

　　解析法可分為定值法和概率分析法。

　　A.定值法也稱穩(wěn)定性系數(shù)法或安全系數(shù)法。

　　它將各種計算參數(shù)皆取一確定值。因穩(wěn)定性系數(shù)就是各種參數(shù)的函數(shù)，即K=f(c、φ、γ…)，因而所獲得的穩(wěn)定性系數(shù)也是一確定值。為可靠起見，根據(jù)工程的重要性和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，一般用安全系數(shù)來保證計算的安全度。即在強(qiáng)度上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)打一折扣，作為安全儲備。其表達(dá)式為：

　　K=R/ S≥[K]

　　式中：R、S、K、[K]——分別為抗力、作用力、穩(wěn)定性系數(shù)和安全系數(shù)。

　　B.概率分析法

　　由于巖土性質(zhì)的差異性以及勘探、取樣和測試的誤差，導(dǎo)致許多參數(shù)并不是一個確定值，而是具有某種分布的隨機(jī)變量，所獲取的穩(wěn)定性系數(shù)亦相應(yīng)為隨機(jī)變量。因而采用概率分析法進(jìn)行穩(wěn)定性評價更為合理，即按破壞概率量度設(shè)計的可靠性，將安全儲備建立在概率分析的基礎(chǔ)上。

　　概率分析法的表達(dá)式為：

　　Pf=P(K<1)≤[Pf ]

　　式中：Pf、[Pf ]——分別為破壞概率和目標(biāo)破壞概率。而穩(wěn)定的概率則為：

　　R=1-Pf

　　對確定穩(wěn)定性系數(shù) K 的各種計算參數(shù)需要進(jìn)行許多次隨機(jī)抽樣，才能獲得K 值的概率分布圖(圖1)。

　　目前國內(nèi)的巖土工程計算一般都采用定值法，對特殊工程需要時可輔以概率分析法進(jìn)行綜合評價。

　　3、巖土工程計算的極限狀態(tài)

　　按《規(guī)范》規(guī)定，巖土工程計算應(yīng)按極限狀態(tài)進(jìn)行。所謂“極限狀態(tài)”指的是：整個工程或工程的一部分，超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的功能要求。這一特定狀態(tài)即稱為該功能的極限狀態(tài)。各種極限狀態(tài)都有明確的標(biāo)志或限值。按工程使用功能，可將極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)二類。

　　(1)承載能力極限狀態(tài)

　　或稱破壞極限狀態(tài)。它又可分為兩種情況：

　　A、巖土體中形成破壞機(jī)制;地基的整體性滑動、邊坡失穩(wěn)、擋土結(jié)構(gòu)傾覆、隧洞冒頂或塌幫、滲透破壞等。

　　B、 巖土體的過量變形或位移導(dǎo)致工程的結(jié)構(gòu)性破壞。由于土體的濕陷、震陷、融陷或其他大變形，造成工程的結(jié)構(gòu)性破壞;由于巖土過量的水平位移，導(dǎo)致樁的傾斜、管道破裂、鄰近工程的結(jié)構(gòu)性破壞;由于地下水的浮托力、靜水壓力或動水壓力造成的工程結(jié)構(gòu)性破壞等。

　　(2)正常使用極限狀態(tài)

　　或稱功能極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應(yīng)于工程達(dá)到正常使用或耐久性能的某種規(guī)定限值。屬于正常使用極限狀態(tài)的情況有：

　　影響正常使用的外觀變形、局部破壞、振動以及其他的特定狀態(tài)。例如，由于巖土變形而使工程發(fā)生超限的傾斜、沉降、表面裂隙或裝修損壞;由于巖土剛度不足而影響工程正常使用的振動;因地下水滲漏而影響工程(地下室)的正常使用等。巖土工程的分析評價，應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察等級區(qū)別進(jìn)行。對三級巖土工程勘察，應(yīng)根據(jù)鄰近工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析評價，必要時可結(jié)合少量的勘探、測試資料進(jìn)行。對二級巖土工程勘察，應(yīng)在詳細(xì)勘探、測試工作基礎(chǔ)上，結(jié)合鄰近工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析評價。對一級巖土工程勘察，除按二級要求進(jìn)行外，尚宜對其中的復(fù)雜問題進(jìn)行專門研究，并結(jié)合監(jiān)測工 作對評價結(jié)論進(jìn)行核查。

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