巖土工程若干問(wèn)題(龔曉南院士廣東交院講座)課件

巖土工程若干問(wèn)題

浙江大學(xué)

Tel.:Email:巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹按變形控制設(shè)計(jì)巖土工程若干問(wèn)題巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹按變形控制設(shè)計(jì)巖土工程若干問(wèn)題現(xiàn)狀調(diào)查內(nèi)容1、被調(diào)查人基本情況

年齡、崗位、從事數(shù)值計(jì)算分析經(jīng)歷、工作崗位省市2、在巖土工程分析中地位評(píng)價(jià)(限1項(xiàng))非常重要□重要□一般□不需要□3、數(shù)值分析中的關(guān)鍵問(wèn)題(限1-2項(xiàng))分析方法□本構(gòu)模型□參數(shù)測(cè)定□邊界條件模擬□計(jì)算分析技巧□4、哪幾種數(shù)值分析方法較適用于巖土工程分析（最多填3項(xiàng)）解析法□有限單元法□有限差分法□離散單元法□邊界元法□無(wú)網(wǎng)格法□非連續(xù)變形法DDA□數(shù)值流形元NMM□其它請(qǐng)給出(）現(xiàn)狀調(diào)查內(nèi)容5、進(jìn)一步提高巖土數(shù)值分析能力需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題（最多填2項(xiàng)）發(fā)展新的分析方法□建立新的本構(gòu)模型□本構(gòu)模型參數(shù)測(cè)定□提髙計(jì)算機(jī)計(jì)算速度和容量□商用大型計(jì)算軟件□其它請(qǐng)給出(）6、你完成的工程設(shè)計(jì)取值主要來(lái)自（無(wú)工程設(shè)計(jì)經(jīng)歷可不填）經(jīng)驗(yàn)公式法□數(shù)值計(jì)算法□解析計(jì)算法□綜合判斷法□7、你對(duì)巖土工程數(shù)值分析發(fā)展的建議(可不填也可詳述)調(diào)查結(jié)果分析-被調(diào)查人員結(jié)構(gòu)總數(shù):139

（截止2010年10月25日）其中:上海16北京15南京12天津3香港1USA1臺(tái)灣5武漢7杭州26廈門(mén)2福州4紹興1廣州4深圳7太原1沈陽(yáng)2西安3重慶2成都2青島3鄭州1長(zhǎng)沙4石家莊1蘭州3南寧1包頭2合肥2海口5未明地址3(不少于28個(gè)地區(qū))調(diào)查結(jié)果分析-被調(diào)查人員結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果分析-被調(diào)查人員結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果分析1調(diào)查結(jié)果分析3調(diào)查結(jié)果分析4調(diào)查結(jié)果分析5巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考調(diào)查結(jié)果分析巖土工程分析中的關(guān)鍵問(wèn)題如何發(fā)展本構(gòu)理論的思考數(shù)值分析在巖土工程分析中的地位固體力學(xué)基本方程運(yùn)動(dòng)微分方程式(動(dòng)、靜）幾何方程（小應(yīng)變、大應(yīng)變）本構(gòu)方程(力學(xué)本構(gòu)方程)邊界條件和初始條件多相連續(xù)體力學(xué)基本方程運(yùn)動(dòng)微分方程式(動(dòng)、靜）有效應(yīng)力原理幾何方程（小應(yīng)變、大應(yīng)變）連續(xù)方程本構(gòu)方程(力學(xué)和滲流本構(gòu)方程)邊界條件和初始條件巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果分析巖土工程分析中的關(guān)鍵問(wèn)題如何發(fā)展本構(gòu)理論的思考數(shù)值分析在巖土工程分析中的地位什么是本構(gòu)模型反映作用?效應(yīng)(響應(yīng))之間的關(guān)系(Janbu)

虎克定律σ/ε=E歐姆定律v/I=R達(dá)西定律q/I=K等等《工程材料本構(gòu)方程》龔曉南等，1995，中國(guó)建筑工業(yè)出版社巖土工程分析建立本構(gòu)模型的對(duì)象

巖土的特性自然、歷史的產(chǎn)物。土體性質(zhì)區(qū)域性強(qiáng)，即使同一場(chǎng)地同一層土，沿深度和水平方向變化也很復(fù)雜；初始應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且難以測(cè)定；土是多相體，一般由固相、液相和氣相三相組成。土體中的三相有時(shí)很難區(qū)分，而且處不同狀態(tài)的土相互之間可以轉(zhuǎn)化。土中水的狀態(tài)十分復(fù)雜；土的本構(gòu)關(guān)系很復(fù)雜；土體具有結(jié)構(gòu)性，與土的礦物成分、形成歷史、應(yīng)力歷史和環(huán)境條件等因素有關(guān)，十分復(fù)雜強(qiáng)度、變形和滲透特性測(cè)定困難。土的本構(gòu)模型彈性模型損傷模型剛塑性模型結(jié)構(gòu)性模型非線性彈性模型------彈塑性模型粘彈性模型粘彈塑性模型邊界面模型內(nèi)時(shí)模型多重屈服面模型本構(gòu)模型是巖土工程分析中的關(guān)鍵問(wèn)題避不開(kāi)巖土體特性復(fù)雜，建立通用的本構(gòu)模型難，不可能

關(guān)于巖土本構(gòu)模型的思考建立本構(gòu)模型是巖土工程分析中的關(guān)鍵問(wèn)題，避不開(kāi)巖土體特性復(fù)雜，建立通用的本構(gòu)模型難，不可能怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?怎么辦?急沒(méi)用，通用不行，理想不行，完美不行。怎么辦?要努力！要多想想巖土的特性。

關(guān)于巖土本構(gòu)模型的思考土的本構(gòu)模型發(fā)展的思考，怎么辦？精細(xì)模型

發(fā)現(xiàn)、描述規(guī)律；科學(xué)問(wèn)題?？茖W(xué)家實(shí)用模型

解決工程問(wèn)題；工程問(wèn)題。工程師

既要科學(xué)家，更要工程師！土的本構(gòu)模型發(fā)展的思考，怎么辦？精細(xì)模型發(fā)現(xiàn)、描述規(guī)律；科學(xué)問(wèn)題實(shí)用模型解決工程問(wèn)題；工程問(wèn)題工程實(shí)用模型工程特性（基坑工程、路堤工程…..）區(qū)域性（上海，杭州…..）土類（粘性土，砂性土，黃土…..)

例：適用基坑工程分析杭州粘土本構(gòu)模型適用建筑工程沉降分析的杭州粘土本構(gòu)模型適用建筑工程沉降分析的上海粘土本構(gòu)模型巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考引言現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果分析巖土工程分析中的關(guān)鍵問(wèn)題如何發(fā)展本構(gòu)理論的思考數(shù)值分析在巖土工程分析中的地位巖土工程數(shù)值分析對(duì)象的特性自然、歷史的產(chǎn)物。土體性質(zhì)區(qū)域性強(qiáng)，即使同一場(chǎng)地同一層土，沿深度和水平方向變化也很復(fù)雜；初始應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且難以測(cè)定；土是多相體，一般由固相、液相和氣相三相組成。土體中的三相有時(shí)很難區(qū)分，而且處不同狀態(tài)的土相互之間可以轉(zhuǎn)化。土中水的狀態(tài)十分復(fù)雜；土的本構(gòu)關(guān)系很復(fù)雜；土體具有結(jié)構(gòu)性，與土的礦物成分、形成歷史、應(yīng)力歷史和環(huán)境條件等因素有關(guān)，十分復(fù)雜強(qiáng)度、變形和滲透特性測(cè)定困難。巖土工程數(shù)值分析對(duì)象的特性自然、歷史的產(chǎn)物。土體性質(zhì)區(qū)域性強(qiáng)，即使同一場(chǎng)地同一層土，沿深度和水平方向變化也很復(fù)雜；初始應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且難以測(cè)定；土是多相體，一般由固相、液相和氣相三相組成。土體中的三相有時(shí)很難區(qū)分，而且處不同狀態(tài)的土相互之間可以轉(zhuǎn)化。土中水的狀態(tài)十分復(fù)雜；土的本構(gòu)關(guān)系很復(fù)雜；土體具有結(jié)構(gòu)性，與土的礦物成分、形成歷史、應(yīng)力歷史和環(huán)境條件等因素有關(guān)，十分復(fù)雜強(qiáng)度、變形和滲透特性測(cè)定困難。滿頁(yè)充滿復(fù)雜與難！巖土工程與結(jié)構(gòu)工程數(shù)值分析誤差來(lái)源分析結(jié)構(gòu)工程巖土工程材料均勻性較均勻，誤差小不可見(jiàn)因素多，誤差大幾何模擬節(jié)點(diǎn)模擬可能產(chǎn)生較大誤差界面模擬誤差較大本構(gòu)關(guān)系較簡(jiǎn)單，可用線性關(guān)系可能產(chǎn)生誤差不大很復(fù)雜，所用本構(gòu)模型可能產(chǎn)生較大誤差模型參數(shù)測(cè)定誤差較小測(cè)定誤差較大初始應(yīng)力一般初始應(yīng)力小，影響也小初始應(yīng)力大且測(cè)定難，影響大分析方法線性分析誤差較小非線性分析誤差可能較大邊界條件較復(fù)雜,可能產(chǎn)生較大誤差較復(fù)雜,可能產(chǎn)生較大誤差結(jié)論：對(duì)結(jié)構(gòu)工程，處理好數(shù)值分析可用于定量分析對(duì)巖土工程，數(shù)值分析目前只能用于定性分析巖土工程問(wèn)題分析工程地質(zhì)資料綜合判斷土的工程性質(zhì)土力學(xué)基本概念工程經(jīng)驗(yàn)計(jì)算、分析巖土工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式法數(shù)值計(jì)算法解析計(jì)算法工程經(jīng)驗(yàn)巖土工程問(wèn)題分析工程地質(zhì)資料工程判斷土的工程性質(zhì)土力學(xué)基本概念工程經(jīng)驗(yàn)計(jì)算、分析巖土工程設(shè)計(jì)因地制宜，抓主要矛盾宜粗不宜細(xì)、宜簡(jiǎn)不宜繁工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)值分析在巖土工程分析中的地位巖土工程計(jì)算分析的重要手段，并有待進(jìn)一步發(fā)展、完善巖土工程師工程判斷的依據(jù)主要用于復(fù)雜巖土工程問(wèn)題定性分析巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹按變形控制設(shè)計(jì)巖土工程若干問(wèn)題復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹概況主要內(nèi)容幾個(gè)問(wèn)題復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹概況主要內(nèi)容幾個(gè)問(wèn)題概況立項(xiàng)意義參編單位編制進(jìn)展深層攪拌樁復(fù)合地基高壓旋噴樁復(fù)合地基

夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基灰土擠密樁復(fù)合地基

二灰樁復(fù)合地基石灰樁復(fù)合地基擠密碎石樁復(fù)合地基

置換碎石樁復(fù)合地基砂樁復(fù)合地基CFG樁復(fù)合地基混凝土樁復(fù)合地基鋼筋混凝土樁復(fù)合地基大直徑薄壁筒樁復(fù)合地基強(qiáng)夯置換墩復(fù)合地基

長(zhǎng)-短樁復(fù)合地基低強(qiáng)度樁復(fù)合地基樁網(wǎng)復(fù)合地基

復(fù)合地基在我國(guó)的發(fā)展市政工程機(jī)場(chǎng)工程水利工程堆場(chǎng)工程高層建筑住宅區(qū)工程交通工程復(fù)合地基在我國(guó)土木工程中得到廣泛應(yīng)用ShallowFoundationCompositeFoundationPileFoundation

淺基礎(chǔ)

復(fù)合地基樁基礎(chǔ)

復(fù)合地基成為基礎(chǔ)工程學(xué)的重要內(nèi)容，促進(jìn)了基礎(chǔ)工程學(xué)的發(fā)展立項(xiàng)意義復(fù)合地基己成為重要的地基基礎(chǔ)形式之一參編單位(排名不分先后)主編單位：浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院浙江中南建設(shè)集團(tuán)有限公司參編單位：同濟(jì)大學(xué)天津大學(xué)長(zhǎng)安大學(xué)太原理工大學(xué)湖南大學(xué)福建省建筑科學(xué)研究院中國(guó)鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院參編單位參編單位：廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司廣東省航盛建設(shè)集團(tuán)有限公司甘肅土木工程科學(xué)研究院吉林省建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院中國(guó)兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計(jì)研究院武漢謙誠(chéng)巖土工程有限責(zé)任公司浙江省東陽(yáng)第三建筑工程有限公司上海申元巖土工程有限公司河北省建筑科學(xué)研究院編制進(jìn)展1、籌備會(huì)議2009年9月2、笫一次編委會(huì)2009年10月編寫(xiě)原則，章節(jié)設(shè)置，分工，計(jì)劃按排3、笫二次編委會(huì)2010年5月

征求意見(jiàn)稿4、笫三次編委會(huì)2010年10月送審稿5、專家審查會(huì)2011年5月審查會(huì)議紀(jì)要6、形成報(bào)批稿

已上報(bào)待批復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹概況主要內(nèi)容幾個(gè)問(wèn)題主要內(nèi)容(目錄）1、總則2、術(shù)語(yǔ)和符號(hào)3、基本規(guī)定4、復(fù)合地基計(jì)算分析4.1計(jì)算荷載4.2承載力4.3沉降4.4穩(wěn)定分析5、復(fù)合地基勘察要點(diǎn)主要內(nèi)容6、深層攪拌水泥土樁復(fù)合地基6.1一般規(guī)定6.2設(shè)計(jì)6.3施工6.4質(zhì)量檢驗(yàn)7、高壓旋噴水泥土樁復(fù)合地基8、灰土擠密樁復(fù)合地基9、夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基10、石灰樁復(fù)合地基11、擠密砂石樁復(fù)合地基12、置換砂石樁復(fù)合地基13、強(qiáng)夯置換墩復(fù)合地基主要內(nèi)容14、剛性樁復(fù)合地基15、長(zhǎng)短樁復(fù)合地基16、樁網(wǎng)復(fù)合地基17、復(fù)合地基監(jiān)測(cè)和檢測(cè)要點(diǎn)附錄A豎向抗壓載荷試驗(yàn)要點(diǎn)本規(guī)范用詞說(shuō)明引用標(biāo)準(zhǔn)名錄附：條文說(shuō)明

復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范編制介紹概況主要內(nèi)容幾個(gè)問(wèn)題幾個(gè)問(wèn)題章節(jié)設(shè)置名詞統(tǒng)一重要概念有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題章節(jié)設(shè)置1

擠密砂石樁復(fù)合地基與置換砂石樁復(fù)合地基擠密砂石樁復(fù)合地基加固機(jī)理擠密應(yīng)用范圍適用于處理松散的砂土、粉土、粉質(zhì)粘土和可液化土層，及人工填土、粉煤灰等可擠密土層。發(fā)展趨勢(shì)置換砂石樁復(fù)合地基

加固機(jī)理置換應(yīng)用范圍適用于處理飽和黏性土地基和飽和黃土地基發(fā)展趨勢(shì)為樁體材料試塊抗壓強(qiáng)度平均值，樁體強(qiáng)度折減系數(shù)（）可取0.33-0.36，灌注樁或長(zhǎng)樁時(shí)用低值，預(yù)制樁取高值。章節(jié)設(shè)置2

剛性樁復(fù)合地基

可采用鋼筋混凝土樁、素混凝土樁、預(yù)應(yīng)力管樁、大直徑薄壁筒樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）、二灰混凝土樁和鋼管樁等剛性樁。鋼筋混凝土樁和素混凝土樁包括現(xiàn)澆、預(yù)制，實(shí)體、空心，以及異形樁等。章節(jié)設(shè)置3

長(zhǎng)短樁復(fù)合地基

由長(zhǎng)樁和短樁組成的樁體復(fù)合地基稱為長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。長(zhǎng)樁宜采用剛性樁，也可采用加筋水泥土樁，短樁宜采用低強(qiáng)度樁、水泥土樁、或散體材料樁。長(zhǎng)樁和短樁可采用同一樁型。剛?cè)嵝詷稄?fù)合地基是長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的一種型式章節(jié)設(shè)置4

樁網(wǎng)復(fù)合地基

樁網(wǎng)復(fù)合地基與樁承堤

本規(guī)范中樁網(wǎng)復(fù)合地基覆蓋樁承堤名詞統(tǒng)一深層攪拌水泥土樁復(fù)合地基水泥土攪拌樁復(fù)合地基深層攪拌樁復(fù)合地基深層攪拌法（水泥漿、石灰粉體）（噴水泥漿、噴水泥粉）攪拌樁和粉噴樁水泥與其它固化劑名詞統(tǒng)一建筑地基基礎(chǔ)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)建筑巖土工程勘察基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范重要概念1復(fù)合地基設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)各類復(fù)合地基的荷載傳遞特性，保證復(fù)合地基中樁體和樁間土在荷載作用下能夠共同承擔(dān)荷載。復(fù)合地基中樁體采用剛性樁時(shí)應(yīng)選用摩擦型樁。剛性基礎(chǔ)下粘結(jié)材料樁與地基土體

形成復(fù)合地基的條件

不能形成有條件重要概念復(fù)合地基中樁體采用剛性樁時(shí)

應(yīng)選用摩擦型樁

重要概念2復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行承載力和沉降計(jì)算，其中用于填土路堤和柔性面層堆場(chǎng)等工程的復(fù)合地基除應(yīng)進(jìn)行承載力和沉降計(jì)算，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析。對(duì)位于坡地、岸邊的復(fù)合地基均應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析。重要概念3復(fù)合地基上宜設(shè)置墊層。根據(jù)不同需要設(shè)置砂石墊層、加筋碎石墊層、灰土墊層等。復(fù)合地基的本質(zhì)是否設(shè)置墊層是形成復(fù)合地基的必要條件?是否樁體不與基礎(chǔ)底板連接是形成復(fù)合地基的必要條件?是否只有砂石樁才能形成復(fù)合地基?

樁體與樁間土是否直接同時(shí)承擔(dān)荷載是形成復(fù)合地基的必要條件，也是復(fù)合地基的本質(zhì)有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題復(fù)合地基沉降計(jì)算下臥層中附加應(yīng)力計(jì)算剛性樁復(fù)合地基穩(wěn)定計(jì)算復(fù)合地基沉降計(jì)算復(fù)合地基沉降宜按下式計(jì)算：

式中：——復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)合土層壓縮變形量（mm）；——加固區(qū)下臥土層壓縮變形量（mm）。下臥層中附加應(yīng)力計(jì)算壓力擴(kuò)散法

較困難的是壓力擴(kuò)散角的合理選用。研究表明復(fù)合地基中壓力擴(kuò)散角與雙層地基中壓力擴(kuò)散角數(shù)值是不相同的。等效實(shí)體法研究表明：采用等效實(shí)體法計(jì)算作用在加固區(qū)下臥土層上的附加應(yīng)力，誤差主要來(lái)自對(duì)側(cè)摩阻力?值的合理選用。

復(fù)合地基與均質(zhì)地基的沉降復(fù)合地基均質(zhì)地基

復(fù)合地基與均質(zhì)地基的沉降剛性樁復(fù)合地基穩(wěn)定計(jì)算

對(duì)剛性樁復(fù)合地基，穩(wěn)定分析中最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上的總剪切力可只考慮由傳至復(fù)合地基樁間土地基面上的荷載確定，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上的總抗剪切力計(jì)算中，只考慮復(fù)合地基加固區(qū)樁間土和未加固區(qū)天然地基土體對(duì)抗力的貢獻(xiàn)。上述分析方法中由于沒(méi)有考慮由剛性樁承擔(dān)的荷載產(chǎn)生的滑動(dòng)力和剛性樁抵抗滑動(dòng)的貢獻(xiàn)，穩(wěn)定分析安全系數(shù)應(yīng)適當(dāng)提髙。穩(wěn)定分析安全系數(shù)可通過(guò)綜合考慮樁體類型、復(fù)合地基置換率、工程地質(zhì)條件、樁持力層情況等