2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：岩土工程分析评价

2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：岩土工程分析评价

第二节 岩土工程分析评价

　　一、分析评价的内容和要求

　　岩土工程分析评价是勘察成果整理的核心内容。它是在各项勘察工作成果和搜集已有资料的基础上，依据工程的特点和要求进行的。岩土工程分析评价的内容主要包括：

　　(1)场地的稳定性和适宜性。

　　(2)为岩土工程设计提供场地地层结构和地下水空间分布的参数、岩土体工程性质和状态的设计参数。

　　(3)预测拟建工程施工和运营过程中可能出现的岩土工程问题，并提出相应的防治对策和措施以及合理的施工方法。

　　(4)提出地基与基础、边坡工程、地下洞室等各项岩土工程方案设计的建议。

　　(5)预测拟建工程对现有工程的影响、工程建设产生的环境变化，以及环境变化对工程的影响。

　　为了做好分析评价工作规定的各项内容，要求做到以下各点：

　　(1)必须与工程密切结合，充分了解工程结构的类型、特点和荷载组合情况，分析强度和变形的风险和储备。不仅仅是分析地质规律，而要切实解决工程实际问题。

　　(2)掌握场地的地质背景，考虑岩土材料的非均匀性、各向异性和随时间的变化，评估岩土参数的不确定性，确定其最佳估值。

　　(3)参考类似工程的经验，以作为拟建工程的借鉴。

　　(4)理论依据不足、实践经验不多的岩土工程，可通过现场模型试验和足尺试验进行分析评价。对于重大工程和复杂的岩土工程问题，应在施工过程中进行监测，并根据监测资料适当调整原先制订的设计和施工方案。而且要预测和监控施工、运营的全过程。

　　二、分析评价的方法

　　应采用定性分析评价与定量分析评价相结合的方法来进行。一般的操作程序是：在定性分析评价的基础上，方可进行定量分析评价;换言之，不经过定性分析评价是不能直接进行定量分析评价的。对某些问题则仅作定性分析评价即可，如工程选址及场地对拟建工程的适应性、场地地质背景和工程地质条件分析、岩土性状的描述等。定性分析和定量分析都应在详细占有资料和数据的基础上，运用成熟的理论和类似工程的经验进行论证，并宜提出多个方案进行比较。

　　1、定量分析评价的内容

　　(1)岩土体的变形性状及其极限值。

　　(2)岩土体的强度、稳定性及其极限值，包括地基和基础、边坡和地下洞室的稳定性。

　　(3)岩土压力及岩土体应力的分布与传递。

　　(4)其他各种临界状态的判定问题。

　　2、定量分析的方法:定量分析可采用解析法、图解法或数值法。

　　(1)解析法:是使用最多的方法，它以经典的刚体极限平衡理论为基础。这种方法的数学意义严格，但由于应用时对实际地质体有一定的前提假设条件，以及边界条件的确定和计算参数的选取也都存在误差和不确定性，甚至有一定的经验性，所以应有足够的安全储备以保证工程的可靠性。

　　解析法可分为定值法和概率分析法。

　　A.定值法也称稳定性系数法或安全系数法。

　　它将各种计算参数皆取一确定值。因稳定性系数就是各种参数的函数，即K=f(c、φ、γ…)，因而所获得的稳定性系数也是一确定值。为可靠起见，根据工程的重要性和地质条件的复杂程度，一般用安全系数来保证计算的安全度。即在强度上根据经验打一折扣，作为安全储备。其表达式为：

　　K=R/ S≥[K]

　　式中：R、S、K、[K]——分别为抗力、作用力、稳定性系数和安全系数。

　　B.概率分析法

　　由于岩土性质的差异性以及勘探、取样和测试的误差，导致许多参数并不是一个确定值，而是具有某种分布的随机变量，所获取的稳定性系数亦相应为随机变量。因而采用概率分析法进行稳定性评价更为合理，即按破坏概率量度设计的可靠性，将安全储备建立在概率分析的基础上。

　　概率分析法的表达式为：

　　Pf=P(K<1)≤[Pf ]

　　式中：Pf、[Pf ]——分别为破坏概率和目标破坏概率。而稳定的概率则为：

　　R=1-Pf

　　对确定稳定性系数 K 的各种计算参数需要进行许多次随机抽样，才能获得K 值的概率分布图(图1)。

　　目前国内的岩土工程计算一般都采用定值法，对特殊工程需要时可辅以概率分析法进行综合评价。

　　3、岩土工程计算的极限状态

　　按《规范》规定，岩土工程计算应按极限状态进行。所谓“极限状态”指的是：整个工程或工程的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的功能要求。这一特定状态即称为该功能的极限状态。各种极限状态都有明确的标志或限值。按工程使用功能，可将极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态二类。

　　(1)承载能力极限状态

　　或称破坏极限状态。它又可分为两种情况：

　　A、岩土体中形成破坏机制;地基的整体性滑动、边坡失稳、挡土结构倾覆、隧洞冒顶或塌帮、渗透破坏等。

　　B、 岩土体的过量变形或位移导致工程的结构性破坏。由于土体的湿陷、震陷、融陷或其他大变形，造成工程的结构性破坏;由于岩土过量的水平位移，导致桩的倾斜、管道破裂、邻近工程的结构性破坏;由于地下水的浮托力、静水压力或动水压力造成的工程结构性破坏等。

　　(2)正常使用极限状态

　　或称功能极限状态。这种极限状态对应于工程达到正常使用或耐久性能的某种规定限值。属于正常使用极限状态的情况有：

　　影响正常使用的外观变形、局部破坏、振动以及其他的特定状态。例如，由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜、沉降、表面裂隙或装修损坏;由于岩土刚度不足而影响工程正常使用的振动;因地下水渗漏而影响工程(地下室)的正常使用等。岩土工程的分析评价，应根据岩土工程勘察等级区别进行。对三级岩土工程勘察，应根据邻近工程经验进行分析评价，必要时可结合少量的勘探、测试资料进行。对二级岩土工程勘察，应在详细勘探、测试工作基础上，结合邻近工程经验进行分析评价。对一级岩土工程勘察，除按二级要求进行外，尚宜对其中的复杂问题进行专门研究，并结合监测工 作对评价结论进行核查。

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