天津院校岩土工程设计基本原则.ppt

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1、土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则o2.0引言o2.1设计荷载o2.2设计状态o2.3安全度o2.4往年真题+答案2.0 岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则引言引言o考试大纲的要求新大纲考试科目：考试科目：1岩土工程勘察2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则3浅基础4深基础5地基处理6土工结构与边坡防护7基坑工程与地下工程8特殊条件下的岩土工程9地震工程10岩土工程检测与监测11工程经济与管理以上各科目均为必答题。以上各科目均为必答题。原大纲考试科目：考试科目：1.岩土工程勘察2.浅基础3.深基础4.地基处理5.土工建筑物、边坡、基坑与地下工程6.特殊条件下的

2、岩土工程7.地震工程8.工程经济与管理以上各科目均为必答题。以上各科目均为必答题。2.0 岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则引言引言o考试大纲的要求2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则2.1 设计荷载设计荷载 了解各类土木工程对设计荷载的规定及其在岩土工程中了解各类土木工程对设计荷载的规定及其在岩土工程中的选用原则。的选用原则。2.2 设计状态设计状态 了解岩土工程各种极限状态和工作状态的设计方法。了解岩土工程各种极限状态和工作状态的设计方法。2.3 安全度安全度 了解各类土木工程的安全度控制方法；熟悉岩土工程的了解各类土木工程的安全度控制方法；熟悉岩土工程的安全度准则。安全度准则

3、。2.0岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则o参考资料：参考资料：建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001）有关设计规范，如有关设计规范，如建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范等等*工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准GB 50153*建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068*岩土工程手册岩土工程手册第第8 8章章 岩土工程设计准则岩土工程设计准则 2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o大纲要求：大纲要求：了解各类土木工程对设了解各类土木工程对设计计荷载的规定荷载的规定及其在岩土工程中的及其在岩土

4、工程中的选用原则选用原则2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o容许应力法容许应力法o总安全系数法总安全系数法o概率极限状态法概率极限状态法荷载取值与安全度2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载的分类：荷载的分类：按随时间的变化分类按随时间的变化分类（永久作用、可变作用、偶然作用）按随空间的变化分类按随空间的变化分类（固定作用、自由作用）按结构的反应特点分类按结构的反应特点分类（静态作用、动态作用）按有无限值分类按有无限值分类（有界作用、无界作用）2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载的分类：荷载的分类：

5、结构上的荷载可分为下列三类：结构上的荷载可分为下列三类：永久荷载永久荷载 例如结构自重、土压力、预应力等。例如结构自重、土压力、预应力等。可变荷载可变荷载 例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载偶然荷载 例如爆炸力、撞击力等。例如爆炸力、撞击力等。注：自重是指材料自身重量产生的荷载（重力）（建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB500092001）3.1.1）2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o永久荷载：永久荷载：定义：定义：在结构使用期间，其值不随时间变化，在结

6、构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。特点：特点：在任一时刻，发生的概率接近或等于在任一时刻，发生的概率接近或等于1；在结构使用期间，荷载值随时间的变化通常可以忽略；在结构使用期间，荷载值随时间的变化通常可以忽略；荷载值的不确定性的量级与其他荷载类型相比小很多。荷载值的不确定性的量级与其他荷载类型相比小很多。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o永久荷载：永久荷载：确定方法：确定方法：永久荷载的概率分布，一般采用正态永久荷载的概率分布，

7、一般采用正态分布，其标准值可直接由其分布，其标准值可直接由其总体分布的平均值总体分布的平均值确定确定 可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（或单位面积的自重）平均值确定（或单位面积的自重）平均值确定 2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o可变荷载：可变荷载：定义：定义：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。相比不可以忽略不计的荷载。特点：特点：在任一时刻，荷载出现与否是随机事件；在任一时刻，荷载出现与否是随机事件；在结构使用期间，荷载的

8、量值随时间变化，且其变化与平在结构使用期间，荷载的量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计均值相比不可以忽略不计 2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o可变荷载：可变荷载：确定方法：确定方法：可变荷载的概率分布，一般采用极值可变荷载的概率分布，一般采用极值型型 统计参数统计参数:以观测数据为基础以观测数据为基础可变荷载的标准值：可变荷载的标准值：可根据它在设计基准期内最大值概率分可根据它在设计基准期内最大值概率分布的某个分位值来确定，如取其统计特征值或某个分位值布的某个分位值来确定，如取其统计特征值或某个分位值(90%分位值或分位值或95%分位值等分位值等

9、)；有时可以通过平均重；有时可以通过平均重现期的规定来定义。现期的规定来定义。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o设计基准期：设计基准期：为确定可变作用及与为确定可变作用及与时间有关的材料性能时间有关的材料性能等取值而选用的时间等取值而选用的时间参数参数；o设计使用年限：设计使用年限：设计规定的结构或结设计规定的结构或结构构件不需进行大修构构件不需进行大修即可按其预定目的使即可按其预定目的使用的时期；用的时期；2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o楼面活荷载的统计楼面活荷载的统计2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设

10、计荷载o楼面活荷载的取值楼面活荷载的取值荷载规范：民用建筑楼面均布活荷载标准值规范提供的荷载标准值，若属于强制性条款，则在设计中必须作为荷载作为荷载最小值采用最小值采用；若不属于强制性条款，则应由业主认可后采用，并在设计文件中注明。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o风荷载的确定风荷载的确定 垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值：垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值：基本风压的确定：基本风压的确定：根据规定的根据规定的高度、规定的地貌、规定的时高度、规定的地貌、规定的时距和规定的样本时间所确定的距和规定的样本时间所确定的最大风速的概率分布，按规定最大风速的概率分布

11、，按规定的重现期的重现期(或年保证率或年保证率)确定基确定基本风速，然后依据风速与风压本风速，然后依据风速与风压的关系得到基本风压。的关系得到基本风压。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o不同重现期风压的确定o风速的年最大值概率模型：风速的年最大值概率模型：极值型 分布函数：分布函数：根据统计数据，确定平均重现期为R的最大风速根据规范查表，10年，50年，100年根据规范规定换算：2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o雪荷载的确定雪荷载的确定屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算：式中雪荷载标准值；屋面积雪分布系数；基本雪压o雪压s：

12、可根据雪深和积雪的密度计算得出即o基本雪压：当地空旷平坦地面上的积雪荷载2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o不同重现期雪压的确定根据统计数据，确定平均重现期为R的最大雪压根据规范查表，10年，50年，100年根据规范规定换算：2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o地震作用o地震作用的随机性时间、空间、强度o作用效应强度、频谱、持续时间o工程抗震设计反应谱2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o偶然荷载：偶然荷载：定义：定义：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续

13、时间很短的荷载。值很大且持续时间很短的荷载。包括撞击、爆炸、火灾、龙卷风等。特点：特点：偶然荷载出现是罕遇事件，概率极小，能够偶然荷载出现是罕遇事件，概率极小，能够收集的资料非常有限收集的资料非常有限取值：取值：一般都是根据工程经验，考虑结构的使用特一般都是根据工程经验，考虑结构的使用特点，进行综合判断分析，确定一个量值作为代点，进行综合判断分析，确定一个量值作为代表值。表值。表表411 桥桥 涵涵 荷荷 载载荷载分类荷载分类荷载名称荷载名称荷载分类荷载分类荷载名称荷载名称主主 力力恒恒 载载结构构件及附属设备自重结构构件及附属设备自重预加力预加力混凝土收缩和徐变的影响混凝土收缩和徐变的影响土

14、压力土压力静水压力及水浮力静水压力及水浮力基础变位的影响基础变位的影响附附 加加 力力制动力或牵引力制动力或牵引力风风 力力流水压力流水压力冰压力冰压力温度变化的作用温度变化的作用冻胀力冻胀力活活 载载列车竖向静活载列车竖向静活载公路活载公路活载(需要时考虑需要时考虑)列车竖向动力作用列车竖向动力作用长钢轨纵向水平力长钢轨纵向水平力(伸缩力伸缩力 和挠曲力和挠曲力)离心力离心力横向摇摆力横向摇摆力活载土压力活载土压力人行道人行荷载人行道人行荷载特特 殊殊 荷荷 载载列车脱轨荷载列车脱轨荷载船只或排筏的撞击力船只或排筏的撞击力汽车撞击力汽车撞击力施工临时荷载施工临时荷载地震力地震力长钢轨断轨力长

15、钢轨断轨力2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载分类的意义荷载分类的意义o出现的概率出现的概率o变异性变异性o概率模型概率模型o标准值的选取标准值的选取o荷载组合荷载组合o设计的安全度设计的安全度2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载的选用：荷载的选用：任何荷载都具有不同性质的任何荷载都具有不同性质的变异性，但在设计中，不可能直接引用反映荷变异性，但在设计中，不可能直接引用反映荷载变异性的各种统计参数，通过复杂的概率运载变异性的各种统计参数，通过复杂的概率运算进行具体设计。因此，在设计时，除了采用算进行具体设计。因此，在设计时，除

16、了采用能便于设计者使用的表达式外，对荷载仍应能便于设计者使用的表达式外，对荷载仍应赋赋予一个规定的量值予一个规定的量值，称为荷载代表值。，称为荷载代表值。2.1.42.1.4 荷载代表值：荷载代表值：设计中用以验算极限状态设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频标准值、组合值、频遇值和准永久值遇值和准永久值.2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o标准值：荷载的基本代表值，标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个分位值）分布的特征值（例如均值、众值

17、、中值或某个分位值）.*荷载标准值是指设计基准期内可能出现的最大荷载值。由于荷载本身荷载标准值是指设计基准期内可能出现的最大荷载值。由于荷载本身的随机性，因而使用期间的最大荷载也是随机变量，其统计参数和的随机性，因而使用期间的最大荷载也是随机变量，其统计参数和概率分布类型，可以观测数据为基础，运用参数估计和概率分布的概率分布类型，可以观测数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。荷载标准值则可根据它在设计基准期内最大值假设检验方法确定。荷载标准值则可根据它在设计基准期内最大值概率分布的某个分位值来确定，如取其统计特征值概率分布的某个分位值来确定，如取其统计特征值(平均值、众值、平均

18、值、众值、中值等中值等)或某个分位值或某个分位值(90%分位值或分位值或95%分位值等分位值等)。*对于可变作用的标准值，有时可以通过平均重现期的规定来定义。对于可变作用的标准值，有时可以通过平均重现期的规定来定义。*当对某种作用无法取得充分数据资料时，只能根据已有的工程实践经当对某种作用无法取得充分数据资料时，只能根据已有的工程实践经验，经分析判断后，协议一个公称值作为代表值。验，经分析判断后，协议一个公称值作为代表值。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o组合值组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超

19、越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。值。*当有两种或两种以上的可变荷载在结构上要求同时考虑时，由于所有当有两种或两种以上的可变荷载在结构上要求同时考虑时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此在结构按承载能力极限状态设计时，除主导荷载（产生最大效应此在结构按承载能力极限状态设计时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）采用标准值为代表值外，其他

20、伴随荷载均应采用相应于主的荷载）采用标准值为代表值外，其他伴随荷载均应采用相应于主导荷载出现时段内的最大量值，也即以小于其标准值的组合值为荷导荷载出现时段内的最大量值，也即以小于其标准值的组合值为荷载代表值。载代表值。*可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o频遇值频遇值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。荷载值。*当允许某些极

21、限状态在一个较短的持续时间内被超过，当允许某些极限状态在一个较短的持续时间内被超过，或在总体上不长的时间内（如超过的总持续时间与设计或在总体上不长的时间内（如超过的总持续时间与设计基准期之比不大于基准期之比不大于0.1）被超过，就可以采用相应的较）被超过，就可以采用相应的较小数值作为荷载的代表值。它相当于在结构上时而出现小数值作为荷载的代表值。它相当于在结构上时而出现的较大荷载值，但总是小于荷载的标准值。的较大荷载值，但总是小于荷载的标准值。*可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。数。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则

22、设计荷载设计荷载o准永久值准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。的总时间约为设计基准期一半的荷载值。*它相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值。对于在它相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值。对于在结构上经常作用的可变荷载，应以准永久值为代表值。结构上经常作用的可变荷载，应以准永久值为代表值。*可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。值系数。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载的选用原则荷载的选用原则3.1.23.1.2

23、 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不建筑结构设计时，对不同荷载应采用不 同的代表值。同的代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。合值、频遇值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。代表值。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o荷载设计值荷载设计值荷载代表值与荷载分项系数的乘积。荷载代表值与荷载分项系数的乘积。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设

24、计荷载设计荷载o荷载组合：荷载组合：按极限状态设计时，为保证结按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。的规定。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o原因：原因：作用在结构物上的各类荷载中，除永作用在结构物上的各类荷载中，除永久荷载以外，可变荷载、偶然荷载是否出现久荷载以外，可变荷载、偶然荷载是否出现以及出现时量值的大小，都具有随机性。这以及出现时量值的大小，都具有随机性。这些随机出现的荷载之间，有些是相互独立的，些随机出现的荷载之间，有些是相互独立的，有些是密切相关的，有些是几乎不会同时出有些是密

25、切相关的，有些是几乎不会同时出现的。现的。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o目的：目的：保证在各种可能出现的荷载组合情况保证在各种可能出现的荷载组合情况下，通过设计，都能使结构具有不低于规范下，通过设计，都能使结构具有不低于规范规定的而且大致相同的可靠度水平，并对可规定的而且大致相同的可靠度水平，并对可能同时出现的各种荷载作用的设计值做出合能同时出现的各种荷载作用的设计值做出合理的规定。理的规定。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o方法方法1 峰值叠加法峰值叠加法 对于同时作用的种荷载，设在设计基准期内对于同时作用的种荷载，设在设计

26、基准期内的最大值分别为的最大值分别为 ，则荷载组合最大值，则荷载组合最大值取为：取为：2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o方法方法2 Turkstra组合规则组合规则轮流以一个荷载效应在设计基准期内的最大值与其余荷载的任意时点值组合；荷载效应组合取上列诸组合的最大值2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载方法方法2 Turkstra组合规则组合规则2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o方法方法3 JCSS组合规则组合规则该规则是国际结构安全度联合委员会(JCSS)建议的荷载组合规则，要点是：1.荷载的样本函数为平

27、稳二项随机过程；2.荷载与荷载效应之间满足线性关系；3.根据经验与分析，确定可能相遇的荷载种类；不可能同时出现的荷载不考虑其间的组合；4.当一种荷载取设计基准期最大荷载或时段最大荷载时，其他参与组合的荷载仅在该最大荷载的持续时段内取相对最大荷载，即：2.1岩土工程设计基岩土工程设计基本原则本原则设计荷载设计荷载o方法方法3 oJCSS组合规则组合规则o按该规则确定荷载效应组合的最大值时，可考虑所有可能的不利组合项，取其中最不利者。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o规范规定的荷载组合规范规定的荷载组合基本组合：承载能力极限状态计算时，永久作基本组合：承载能力极限状

28、态计算时，永久作用和可变作用的组合。用和可变作用的组合。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o规范规定的荷载组合规范规定的荷载组合偶然组合：承载能力极限状态计算时，永久作偶然组合：承载能力极限状态计算时，永久作用、可变作用和一个偶然作用的组合。用、可变作用和一个偶然作用的组合。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o规范规定的荷载组合规范规定的荷载组合标准组合：正常使用极限状态计算时，采用标标准组合：正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。准值或组合值为荷载代表值的组合。（主要用于当一个极限状态被超越时将产生（主要用于

29、当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况）严重的永久性损害的情况）2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o规范规定的荷载组合规范规定的荷载组合频遇组合：正常使用极限状态计算时，对可变频遇组合：正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合。组合。（主要用于当一个极限状态被超越时将产生（主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况）局部损害、较大变形或短暂振动等情况）2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o规范规定的荷载组合规范规定的荷载组合准永

30、久组合：正常使用极限状态计算时，对可准永久组合：正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。（主要用在当长期效应是决定性因素时的一些（主要用在当长期效应是决定性因素时的一些情况）情况）2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载 【思考题【思考题】o单项选择题单项选择题土压力应采用土压力应采用 作为代表值？作为代表值？A）标准值；）标准值；B）组合值；）组合值；C）频遇值；）频遇值；D）准永久值。）准永久值。o单项选择题单项选择题对可变荷载，在设计基准期内，其超越准永久值的总时对可变荷载，在设计基准期内，其超越准永

31、久值的总时间约为设计基准期的间约为设计基准期的？A）25；B）50；C）75；D）95。2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载 【思考题【思考题】o多项选择题多项选择题荷载代表值是设计中用以验算极限状态所采用的荷载荷载代表值是设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如量值，例如？A）标准值；标准值；B）组合值；）组合值；C）频遇值）频遇值；D）准永久值）准永久值；）设计值。）设计值。o单项选择题单项选择题地震作用属于地震作用属于？A）永久荷载；）永久荷载；B）可变荷载；）可变荷载；C）偶然荷载）偶然荷载；D）以）以上都不是。上都不是。2.1岩土工程设计基本原则岩土工

32、程设计基本原则 设计荷载设计荷载o其他规范的规定其他规范的规定例例1：铁路路基支挡结构设计规范铁路路基支挡结构设计规范3.2节节荷载分类荷载分类（按性质和发生机率分）（按性质和发生机率分）：主力、附加力、特殊力主力、附加力、特殊力主力：经常作用的；主力：经常作用的；墙背岩土主动土压力墙背岩土主动土压力 墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载 轨道及列车荷载产生的轨道及列车荷载产生的土压力、离心力、摇摆力土压力、离心力、摇摆力 基底的法向反力及摩擦力基底的法向反力及摩擦力 常水位时静水压力和浮力常水位时静水压力和浮力2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷

33、载设计荷载附加力：偶然发生的或者其最大值的发生几率很小附加力：偶然发生的或者其最大值的发生几率很小；设计水位的静水压力和浮力设计水位的静水压力和浮力 水位退落时的动水压力水位退落时的动水压力 波浪压力波浪压力 冻胀力和冰压力冻胀力和冰压力特殊力：暂时的或属灾害性的，发生几率也很小；特殊力：暂时的或属灾害性的，发生几率也很小；地震力地震力 施工及临时荷载施工及临时荷载 其他特殊力其他特殊力 2.1岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计荷载设计荷载o其他规范的规定其他规范的规定例例1：铁路路基支挡结构设计规范铁路路基支挡结构设计规范3.2节节 取值规定取值规定 组合规定组合规定2.2岩土工

34、程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o大纲要求：大纲要求：了解岩土工程各种了解岩土工程各种极极限状态限状态和和工作状态工作状态的设计方法。的设计方法。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o极限状态极限状态：整个结构或结构的一整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态特定状态为该功能的极限状态2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o极限状态可分为下列两类：极限状态可分为下列两类：承载能力极限状态承载能力极限状态 正

35、常使用极限状态正常使用极限状态 2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o承载能力极限状态承载能力极限状态：这种极限：这种极限状态对应于结构或结构构件状态对应于结构或结构构件达达到最大承载能力到最大承载能力或或不适于继续不适于继续承载的变形承载的变形。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o正常使用极限状态：正常使用极限状态：这种极限状这种极限状态对应于结构或结构构件态对应于结构或结构构件达到正达到正常使用或耐久性能的某项规定限常使用或耐久性能的某项规定限值。值。09.06.27莲花河畔景苑09.06.27莲花河畔景苑o“这个建筑整体倒塌，在我

36、从业46年来，从来没有听说过，也没有见到过。”“627”事故专家调查组组长，中国工程院院士、上海现代建筑设计集团有限公司结构设计专家江欢成09.06.27莲花河畔景苑事故原因？o原勘察报告，经现场补充勘察和复核，符合规范要求；o原结构设计，经复核符合规范要求；o大楼所用PHC管桩，经检测质量符合规范要求。压力太大，压力太大，自杀了自杀了？09.06.27莲花河畔景苑事故原因？o房屋倾倒的主要原因是，紧贴7号楼北侧，在短期内堆土过高，最高处达10米左右；与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度4.6米，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾

37、倒。堆土和深坑堆土和深坑是元凶！是元凶！这些管道为什么直到施工时甚至直到挖破才被发现呢？o2005.11.30，北京地铁十号线第二十二标段塌方。市自来水集团公司工作人员称，原因是塌方现场一条很粗的自来水主管线遭到损坏。o2005年7月，深圳地铁1号线续建工程段，在世界之窗-白石洲区间施工工地发生塌方，施工过程中，由于不断的开挖，地下水渐渐渗出来，终于使周围土壁不堪承重，造成塌方。o2004年9月，广州地铁二号线延长线，新港东路琶洲路段地铁隧道基坑旁，就是由于地下自来水管被工程车压破爆裂，大量自来水注入基坑并引发了大面积塌方o2003年7月，正在施工中的上海轨道交通4号线，也就是浦东南路至南浦大

38、桥线，浦西联络通道发现渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态承载能力极限状态：承载能力极限状态：当结构或结构构件出现下当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：o整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；o结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；变形而不适于继续承载；o结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；o结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳定；

39、o结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏而发生连续倒塌；o地基丧失承载力而破坏；地基丧失承载力而破坏；o结构或结构构件的疲劳破坏。结构或结构构件的疲劳破坏。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超过了过了承载能力极限状态承载能力极限状态。1.整个工程或工程的一部分，作为刚体失去平整个工程或工程的一部分，作为刚体失去平衡；衡；2.岩土或结构材料超过了强度极限，或因过量岩土或结构材料超过了强度极限，或因过量变形而不能继续承受荷载；变形而不能继续承受荷载；3.岩土或结构构件失去稳定，如构件压屈

40、。岩土或结构构件失去稳定，如构件压屈。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态oA.在岩土中形成破坏机制在岩土中形成破坏机制 例如：例如：地基发生整体性滑动；地基发生整体性滑动；边坡失稳；边坡失稳；挡土结构倾覆；挡土结构倾覆；隧洞顶板垮落或边墙倾覆；隧洞顶板垮落或边墙倾覆；流砂、管涌、潜蚀、塌陷、液化等。流砂、管涌、潜蚀、塌陷、液化等。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态oB.由于岩土体的过大位移或变形，导致结由于岩土体的过大位移或变形，导致结构物发生结构性的严重损坏构物发生结构性的严重损坏 例如：例如：由于土的湿陷、融陷、震陷或其它大量变形

41、，由于土的湿陷、融陷、震陷或其它大量变形，造成工程的结构性破坏；造成工程的结构性破坏；由于岩土的过量水平位移，导致桩的倾斜、由于岩土的过量水平位移，导致桩的倾斜、管道破裂、邻近工程的结构性破坏；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。造成的工程结构性破坏。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态承载能力极限状态？正常使用极限状态？地基变形岩土位移2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态正常使用极限状态：正常使用极限状态：当结构或结构构件当结构或结构构件出现下

42、列状态之一时，应认为超过了正常使出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：用极限状态：1）影响正常使用或外观的变形；）影响正常使用或外观的变形；2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；括裂缝）；3）影响正常使用的振动；）影响正常使用的振动；4）影响正常使用的其它特定状态。）影响正常使用的其它特定状态。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超过了过了正常使用极限状态正常使用极限状态：1.影响正常使用或外观的影响正常使用或外观的变形变形，如：

43、由于岩土变形，如：由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜；而使工程发生超限的倾斜；2.影响正常使用或耐久性能的影响正常使用或耐久性能的局部损坏局部损坏，如：由于，如：由于岩土变形而使工程发生表面裂隙、或装修损坏；岩土变形而使工程发生表面裂隙、或装修损坏；3.影响工程正常使用的影响工程正常使用的振动振动；4.影响正常使用的影响正常使用的其它其它特定状态，如：因地下水特定状态，如：因地下水渗渗漏漏而影响工程的正常使用等。而影响工程的正常使用等。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o极限状态设计极限状态设计极限状态方程功能函数基本变量，应作为随机变量考虑。极限状态设计应符合的

44、要求2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o设计状况：设计状况：代表一定时段的一组物理条件，设计代表一定时段的一组物理条件，设计应做到结构在该时段内不超越有关的应做到结构在该时段内不超越有关的极限状态极限状态2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o设计状况设计状况根据施工和使用中的环境条件和影响，分为：根据施工和使用中的环境条件和影响，分为：1.持久状况：承载能力极限状态持久状况：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态2.短暂状况：承载能力极限状态短暂状况：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态（根据需要根据需要 ）3

45、.偶然状况：承载能力极限状态偶然状况：承载能力极限状态 （设计原则：主要结构不破坏，局部破坏不倒塌（设计原则：主要结构不破坏，局部破坏不倒塌）2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o极限状态极限状态与与设计荷载组合设计荷载组合3.2.1建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态3.2.2对于对于承载能力极限状态承载能力极限状态，应按荷载效，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应的基本组

46、合或偶然组合进行荷载（效应）组合，并应采用下列设计表达式进应）组合，并应采用下列设计表达式进行设计：行设计：（3.2.2）式中式中 结构重要性系数；结构重要性系数；荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值；结构构件抗力的设计值，应按结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。各有关建筑结构设计规范的规定确定。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态3.2.7 对于对于正常使用极限状态正常使用极限状态，应根据不同的，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式进行或准永久组合，

47、并应按下列设计表达式进行设计：设计：（3.2.7）式中式中 结构或结构构件达到正常使用要结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。设计规范的规定采用。2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o承载能力极限状态设计的作用组合承载能力极限状态设计的作用组合1）基本组合：基本组合：永久作用+可变作用用于持久设计状况或短暂设计状况2）偶然组合：偶然组合：永久作用+可变作用+一个偶然作用用于偶然设计状况2.2岩土工程设计基本

48、原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o承载能力极限状态下基本组合的设计表承载能力极限状态下基本组合的设计表达式达式 2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o正常使用极限状态设计的作用组合正常使用极限状态设计的作用组合 1）标准组合：标准组合：采用标准值或组合值为荷载代表值的组合采用标准值或组合值为荷载代表值的组合 一般用于不可逆正常使用极限状态设计一般用于不可逆正常使用极限状态设计 2）频遇组合：频遇组合：对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合合 一般用于可逆正常使用极限状态设计一般用于可逆正常使用极限状态

49、设计 3）准永久组合：准永久组合：对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合 一般用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态一般用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计设计2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o正常使用极限状态下的设计表达式正常使用极限状态下的设计表达式 标准组合：频遇组合：准永久组合：2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o承载能力极限状态的设计内容承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件根据具体设计对象和设计条件 桩基：桩基：竖向承载力，水平承载力；竖向承载力，水

50、平承载力；桩身及承台结构承载力；桩身及承台结构承载力；长径比长径比5050：桩身压屈；桩身压屈；预制桩：吊装、运输和锤击作用下桩身承载力；预制桩：吊装、运输和锤击作用下桩身承载力；钢管桩：局部压屈；钢管桩：局部压屈；软弱下卧层：承载力；软弱下卧层：承载力；坡地岸边：整体稳定；坡地岸边：整体稳定；抗浮、抗拔承载力；抗浮、抗拔承载力；抗震承载力抗震承载力 2.2岩土工程设计基本原则岩土工程设计基本原则 设计状态设计状态o承载能力极限状态的设计内容承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件根据具体设计对象和设计条件基坑支护：基坑支护：基坑侧壁土体稳定性；基坑侧壁土体稳定性；排桩、地下连续