岩土工程设计概论

2.3.4 合理选用岩土参数 ——可靠性和适用性
可靠性和适用性是对岩土参数的基本要求。 所谓可靠性，是指参数能正确反映岩土体在规定 条件下的性状，能比较有把握地估计参数真值所在的区间。 所谓适用性，是指参数能满足岩土工 程设计计算的假定条件和计算精度要求。
岩土参数的可靠性和适用性，首先取决于岩土结构的扰动程度，不同的取样器和取样方法对土 样的扰动程度不同，测试结果也不同。其次,试验方法和取值标准对岩土参数也有重要的影响。对 同一土层的同一指标，用不同试验标准所得的结果会有很大差异。
进行支挡结构设计验算，绘制工程布置平面图、剖面图、结构图等图件。
滑坡有锚索桩32根，桩长 24m～35m，桩截面为 2×3m2， 预应力锚索长 44m，桩中到中距离5m；
3.5×4.0m，由截面 尺寸为50×60cm的 C25钢筋砼构成；南 滑坡锚索长16m～20m； 北滑坡锚索长14m～ 22m。
0.7832 1.1551
上级
1.9322
1.769 3
1.841 2
1.6857
北滑坡 Ⅲ－Ⅲ
下级
0.9935
0.967 0
0.903 8
上级
滑坡1.稳12定77性计1算.04结44果
1.097 1
0.8794 1.0157
2.3.6 注意与结构设计的配合 在岩土工程设计中，岩土工程师与结构工程师应密切配合，使岩土工程设计与
对工程的影响； e．人为地质现象(包括采空、水库坍岸、抽水引起地面沉降、塌陷等)的类型、特征、动态、对
工程的影响； f．地震烈度、场地土类别、场地类别、地震动参数、液化测试及评价； g．地下水类型、水位、动态、地层渗透性补给排泄条件； h．水与土对建筑材料的腐蚀性； i．特殊性岩土的测试与评价。
2.5.3 建筑结构资料 a．工程安全等级（3级）、建筑面积、层数、高度、开挖深度、可能采用的基础类型等； b．结构类型、刚度、荷载及分布、加荷速率、对沉降的要求等； c．可能采用的挡土结构类型； d．和岩土工程有关的排水、抽水、排污。
异往往相当大，相互间无确定性关系。因此，进行岩土工程设计时，不仅要掌握岩土 性质及其概率分布，而且要了解测试的方法及其与工程原型之间的差别。
岩土室内试验
岩石试验
岩相鉴定 孔隙性质试验 水理性质试验 声学性试验 强度和变形试验 结构面抗剪强度试验 软弱夹层剪切蠕变试验 点荷载强度试验
室
内
试
土工试验
验
结构工程设计协调一致。
2.4 设计阶段划分
2.4.1 方案（可行性）设计阶段 在岩土工程勘察报告基础上，根据设计目标和功能要求，对岩土工程设计开展可
行性论证，并进行多种（至少2-3种）方案的设计和比较。应对多种设计方案的技术 、经济、社会和环境效益等进行分析和论证，作出工程估算，并提出推荐方案。
三家寨滑坡设计方案比选
由于岩土参数是随机变量，故应在划分工程地质单元的基础上，进行统计分析，算出各项参数的 平均值、标准差和变异系数，确定其标准值和设计值。
岩土参数统计分析
方差
平均值 n
n
i
i1n
n
ii 1 i 1
n
i 2 n n 1
2n i 1
i2
n 1
ψ = 1 11.±7n04(114..7n6n027184.7n+ 0444.n.6n6227788)× δ
例如土的抗剪强度，可用下列方法测定，其结果各不相同： a．UU试验（不排水不固结试验）； b．CU试验（排水不固结试验）； c．CD试验（排水固结试验）。 因此，进行岩土工程设计时，不仅要掌握岩土参数的数据，而且要了解测试方法和试验标准，对 岩土参数的可靠性和适用性进行评价。 岩土参数的统计分析
方案1、框架锚索＋排水工程 方案2、锚索抗滑桩＋框架锚索＋排水工程
考虑到三家寨滑坡规模和推力较大，采用锚拉抗滑桩这种结构形式来阻止下级滑体的滑动。由 于三家寨滑坡为蠕滑－拉裂牵引式滑坡，锚索桩实施后，桩前的滑体仍为不稳定体，相应的治理 措施为预应力框架锚索。
表5-1 滑坡稳定性计算滑带力学参数表
2.4.2 初步设计阶段
良地质现象的类型、发展趋势和对工程的影响，场地环境工程地质条件(地面沉降、采 空区、隐伏岩溶地面塌陷、土水的污染、地震烈度、场地对抗震有利、不利影响或危 险、场地的地震效应等)。
2.1.2 地基条件 地基岩土的年代和成因，有无特殊性岩土，岩土随空间和时间的变异性；岩土的
强度性质和变形性质；岩土作为天然地基的可能性、岩土加固和改良的必要性和可行 性。
地质条件及其复杂变化，包括可能发生的自然灾害以及由于兴建工程改变了自然环境 引起的灾害，必须特别重视调查研究。同时，岩土工程迄今还是一门不严谨、不完善、 不十分成熟的科学技术，存在相当大的风险性。
2.2 岩土工程设计的特点
2、 岩土性质的不确定性 岩土参数是随机变量，变异性大。而且，不同的测试方法会得到不同的测试值，差
4、 原位测试、实体试验的特殊地位
取样做室内试验仍是岩土测试的重要方法，但由于小块试样的代表性不足，取样、运输， 保存、试验过程中的扰动，某些岩土无法取样等问题而显出它的局限性，故原位测试在岩土工 程勘察中被广泛应用。但是，原位测试一般应力应变条件复杂，影响因素多，和实体工程差异 大，难以进行理论分析，有些原位测试项目并不直接得出设计参数，和设计参数甚至没有物理 概念上的联系，成果的应用有很强的经验性和地区性。
定性分析案例－三家寨滑坡 该滑坡呈倒梨形，后缘宽大，前沿狭窄，形成机制为：蠕滑-拉裂牵引式滑坡。
北滑坡下级后缘裂缝已基本贯通，前缘已严重坍塌，出口明显，滑坡处于极限平衡状态， 在降雨量集中、地震力作用等不利因素影响下，将引起整体滑动，而且前级的滑动必然会 牵引后级滑坡的发展。
南滑坡下级滑体的后缘裂缝未贯通，相对北滑坡而言其稳定性稍好一些，但裂缝亦成 规模，且滑体松散渗透性好，在降雨集中季节，地表水下渗软化滑带土和滑体自重加大等 因素也会促使下级滑体滑动，并引起中级滑体的滑动。
a．设计基准期内预定的功能； b．场地条件、岩土性质及其可能变化； c．工程结构类型、特点及其对地质条件的适
宜性 d．工程结构的荷载组合情况； e．施工环境，相邻工程的影响； f． 施工技术条件，设计实施的可行性； g．地方材料资源； h. 工期和投资。
2.3.3 注意场地条件，防治灾害
应充分收集场地的地形、地质、水文、水文地质等资料，作为设计的依据。场地 可能的自然灾害，包括：暴雨、洪水、地震、滑坡、崩塌、泥石流等；由于工程建设 引起的灾害,包括采空塌陷、抽水塌陷、边坡失稳，管涌、突水等。对于这些灾害，应 在勘察、评价、预测的基础上，采取有效的防治措施。
为了避免尺寸效应的影响，对理论依据不足，实践经验不多的岩土工程可做现场实体试验 或足尺试验，如足尺的平板载荷试验、桩载荷试验、锚杆（索）抗拔试验等。只要这些试验成 果有足够的代表性，可以作为岩土工程设计最可靠的依据和最终的设计依据。
结构面尺寸效应对试样强度的影响
试样1，无结构 面，强度最高
试样2，含少量 结构面，强度
2 岩土工程设计概论
2.1 岩土工程条件 2.2 岩土工程设计的特点 2.3 基本技术要求和设计原则 2.4 设计阶段划分 2.5 设计基础资料 2.6 岩土工程设计方法 2.7 实体试验、动态设计与反分析
2.1 岩土工程条件
岩土工程条件包括：场地条件、地基条件和工程条件。
2.1.1 场地条件 场地地形地貌、地质构造、水文地质条件的复杂程度；有无不良地质现象、不
从长期观测资料分析，南北滑坡总体变形基本处于蠕变状态，但滑坡下级已处于极限平 衡状态，如不采取工程措施，在大量降雨或地震等极端不利的情况下，将引发滑坡再次失 稳滑动。
定量计算
采用传递系数法进行稳定性计算。
计算方案为： 方案I：天然状态； 方案II：暴雨作用； 方案III：地震作用； 方案IV：暴雨＋地震。
2.5 设计基础资料
2.5.1地形、水文、气象资料 a．地形图及平面、高程控制； b．水位、流量、洪峰、淹没、冲淤等； c．气温、降水、冻结深度、暴雨、风暴潮等
2.5.2 岩土工程勘察资料
a．岩土的类型、年代、成因、产状、性质、分布； b．岩土的工程性质及其变异性； c．断裂构造的性质、展布、对工程的影响； d．不良地质现象(包括岩溶、土洞、滑坡、崩塌、泥石流；活动砂丘等)的类型、特 流变试验 动力特性试验 离心模型试验
3、 注重经验特别是地方经验
近代土力学与岩石力学的建立，为岩土工程的计算和分析提供了理论基础。但由于 岩土性质和几何尺寸的复杂多变，以及岩土和结构相互作用的复杂性，不得不作简化； 以致预测和实际之间有时相差甚远。鉴于岩土工程计算的不严谨和不完善，经验特别 是地方类似工程的实验经验，在岩土工程设计中应予高度重视。
2.4.3 施工图设计阶段
根据岩土工程详勘报告，进一步调整和优化初步设计文件，确定岩土工程结构平面、 剖面和立面布置，编制结构细部图、结点图等工程图件及说明，提出施工工艺要求和注意 事项，进行工程预算。
对于规模小、地质条件清楚的岩土工程设计，可简化设计阶段。
三家寨 南滑坡治理工程局部放大图
南滑坡有锚索桩17根，桩长24m～35m，桩截面 为2×3m2， 预应力锚索长44m，桩中到中距离 5m
根据岩土工程初勘报告，对评审通过的设计方案进行分解和细化设计，提出采用的 岩土工程参数和基本可用于实施的图件，并进行工程概算。
实例：三家寨滑坡初步设计要点
岩土工程参数取值：
滑坡 北滑坡 南滑坡
力学参数 C(KPa) φ(°) C(KPa) φ(°)
牵引段 0.0 40.0 0.0 40.0
主滑段 27.0 35.0 27.0 37.0
2.5.4 其它资料 a．邻近工程设施及其与拟建工程关系； b．施工排水、排污条件，对噪音、振动的限制； c．岩土工程勘察、设计及施工的地方经验， d．工程建设的计划进度，各单位的分工配合， e．地方施工能力，材料及劳务价格．
2.6 岩土工程设计方法
岩土工程设计方法有容许应力法和极限状态法。 容许应力法是建立在经验基础上的岩土工程传统设计方法，随着设计理论和设计方法的进步， 有转向以概率为基础的极限状态法的趋势，但目前尚处在探索研究阶段，还不够成熟。 无论采用哪种方法设计，都应有足够的安全储备，都应满足下列各项功能： 能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用；在正常使用期间，工程各部分功能具 有良好的工作性能；在正常维护下具有足够的耐久性；在发生偶然事件或局部失效时，仍能保 持必需的整体稳定性。
北滑坡上级
1
7 8 9
10 11
2
3 4 5 6
滑面
11 12
16 17
14 13 15
抗滑桩
1
北滑坡下级
2
3
4 5 6
7
9 10
8 滑面
锚索
计算方 案
计算剖面
天然 状态
暴雨
地震 （Ⅶ 级）
暴雨+ 地震
南滑坡 Ⅰ-Ⅰ
下级 中级
1.0080 1.2325
0.804 5
1.176 9
0.983 5
1.209 3
较高
试样3，含较多 结构面，强度
较低
2.3 基本技术要求和设计原则
2.3.1 基本技术要求 岩土工程设计应以最少的投资，最短的工期，达到在设计基准期内安全运行，并
满足所有预定的功能要求。这里包含了三方面的要求： a．预定的功能； b．安全性和耐久性； c．工期和投资的经济性。
2.3.2 设计时应考虑的因素
k m k m
变异系数
ck cm cck cm c
修正系数
注：式中正负号按不利组合考虑，如抗剪强度指标的修正系数应取负值。
2.3.5 定性分析与定量分析结合
定性分析是岩土工程分析的首要步骤和定量分析的基础，对下列问题一般作定性分析： a．工程选址和场地适宜性评价： b．场地地质背景和地质稳定性评价； c. 岩土性质的直观鉴定。 定量分析可采用解析法、图解法或数值法，都应有适当的安全储备以保证工程的可靠性， 可采用定值法或概率法。 定性分析和定量分析都应在详细占有资料的基础上，运用成熟的理论和类似工程的经验， 进行论证，并宜提出多方案进行比较。
2.1.3 工程条件 工程的规模、重要性(政治、经济、社会)；荷载的性质、大小、加荷速率、分布均
匀性；结构刚度、特点、对不均匀沉降的敏感性；基础类型、刚度、对地基强度和变 形的要求；地基、基础与上部结构协同作用。
2.2 岩土工程设计的特点
1、对自然条件的依赖性 岩土工程与自然界的关系极为密切，设计时必须全面考虑气象、水文、地质、水文