关于地基基础设计的若干问题

▪ 基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变
作用的组合；（分项系数）
▪ 偶然组合：承载能力极限状态设计时，（永久作用）＋
（可变作用）＋（一个偶然作用）的组合；（大于基本组 合）
▪ 由于工程中的荷载和抗力都是随机 变量，有多少可能使荷载大于抗力 而失事是一个随机事件，
▪ 破坏的概率（可能性）决定于两个 随机变量的均值（众值，中值及某 个分位值）及其分布。
f(S) f(R)
S
R
S R
R， S
R， S
可靠度
▪ 其失事概率可用可靠度指标表示。例如，则 表示失效概率为万分之9.4。相应的设计公 式可简单表示为：3.0
化(自重）；（2）变化与均值比可忽略（设备）； （3）单调变化并趋于极值（正常水压力）：结构 及基础自重、固定设备重量、土压力、正常稳定 水位的水压力
▪ 可变荷载（活荷载1） ：变化与均值比不
可忽略：屋面、楼面、吊车、雪、风荷载
▪ 偶然荷载（特殊荷载、活荷载2） ：在
结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大， 持续时间很短：地震、撞击、爆炸、
s [s]
3、稳定
4、基础本身（强度、 刚度、耐久性、抗 裂······）
两种极限状态设计
▪ 承载能力极限状态：以结构内力
（地基荷载）超过其承载能力为依据— 各种失稳、结构破坏。
▪ 正常使用极限状态：以结构（地
基）的变形、裂缝、振动参数（老化蠕变） 的限值为依据。有时间接通过应力控制 （例如最大塑性深度的限制—容许承载 力）
目录
▪ 1·地基基础设计理论与荷载 ▪ 2·关于地基承载力 ▪ 3·桩的承载特性与群桩效应 ▪ 4·复合地基设计的三个原则 ▪ 5·基坑及其事故分析 ▪ 6·基坑的设计 ▪ 7·土中水及其渗流问题 ▪ 8·土工合成材料
地基基础设计理论与 荷载
设计基本原则
满足如下要求：
1、承载力 2、变形
p f
p fu /K
▪ 3、极限承载力理 论－分项系数法
分项系数
分项系数
重要性系数
S Sk
R R k/R 0 S R
1、容许承载力理论
▪ 承载力：塑性区开展范围：Pcr， P1/4,，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、 计算公式
▪ 荷载：标准值（组合）
F
塑性区
1、容许承载力理论
▪ 在载荷试验中可以由其比例界限确定；
地基基础的设计思想
▪ 可靠度理论：以概率理论未基础的 极限状态设计方法；是不确定性理 论方法——因果关系的破缺；结果 是破坏的概率或者工程的可靠度。
▪ 定值设计法：所有参数和条件是定 值，所有不确定性由一个安全系数K 包括。
一、地基基础承载力设计理论
▪ 1、容许承载力理 论
p fa
▪ 2、极限承载力理 论－安全系数法
定值设计法
▪ 长期的经验的积累 ▪ 合理的综合判断 ▪ 工程的类比 ▪ 合理的反算
3、极限承载力理论－分项系数
▪ 承载力：采用标准值除以承载力分 项系数
▪ 荷载：荷载效应组合的代表值×分项 系数－设计值S（基本组合）
S Sk
R R k/R 0 S R
3、极限承载力理论－分项系数
▪ 基于可靠度理论的分项系数设计方 法也是一种极限状态设计方法。
▪ （4）准永久值：对于可变荷载，在设计
基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的 荷载值。（人群活荷载－沉降）
p
R：抗力
S：荷载 标准值
荷载与抗力的取值
4·荷载与承载力的设计值
▪ 荷载S＝代表值分项系数（大于1） ▪ 抗力R＝代表值/分项系数（大于1）
▪ 5· 荷载效应限承载力理论—安全系数法
▪ 承载力：极限承载力公式、平板载荷试验 的极限值/安全系数（2－3）
▪ 荷载采用标准值（组合）
2、极限承载力理论—安全系数法
•对于地基承载力问题，单一安全系数 法的一般表达式为：
ppu /K
▪ 在这一理论方法中，其安全程度用 单一的安全系数K表示，但这一安 全系数反映多大的失事概率是不得 而知的。
▪ 按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002
▪ 在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷 载pcr＝p1/4、 p1/3确定。
▪ 按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也 会满足要求，常常不需进行沉降验算。
▪ 在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量 的概念的。因而是一种经验的设计方法。
▪ 其设计荷载可取为标准值或标准组合。
设计对象中的作用：轴力、水平力、力矩··
基础上荷载及荷载效应
▪ 上部结构F、M、H：结构自重 屋 面荷载 楼面荷载 活荷载
▪ 基础自重G：设计地面高程（内外地 面平均值）
基础上荷载及荷载效应
F
FM
FH
FM
H
一般为前两种情况，横向力不大，只做校核
6·荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的
可靠性对于同时出现的各种荷载设计值的规定。
3·荷载的代表值
▪ （1）标准值：基本代表值，为设计基准期
内最大荷载统计分布的特征值（如：均值、众值、 中值··）
▪ （2）组合值：对于可变荷载，组合超越概
率与其出现概率相同（等于标准值）如：1％台 风＋设防地震＋最大楼面荷载········
▪ （3）频遇值：对于可变荷载，超越概率为
规定的较小比率；
▪ 土层剖面与边界的不确定性 ▪ 现场与实验室岩土指标的不确定性 ▪ 现场应力与孔隙水压力的不确定性 ▪ 外加荷载及其分布的不确定性 ▪ 计算理论和方法的不确定性 ▪ 应力变形的机理不清楚。
三种设计理论
▪ 容许承载力法 ▪ 单一安全系数 ▪ 可靠度设计
二、 荷载计算
▪ 1· 极限状态：结构或者结构的一部分
超过某一特定状态，而不能满足设计规定 的某一功能要求时，这一特定状态为结构 对于该功能的极限状态。
▪ （1）承载能力极限状态：一般是结
构的内力超过其承载能力为依据；
▪ （2）正常使用极限状态：一般是以
结构的变形、裂缝、振动参数等超过设计 允许的限值为依据。
2·荷载种类：
▪ 永久荷载（恒荷载） ： （1）不随时间变
▪ 这种设计理论能够明确地给出安全与失效的 概率，然后通过经济、社会、技术的风险分 析，给出最合理的设计值。所以是一种最科 学合理的设计理论与方法，为国内外工程设 计所广泛采用。我国颁布的《建筑结构可靠 度设计统一标准》（GB50068-2001）规 定，对于各种结构设计应遵循该理论方法。
岩土工程的不确定性