岩土工程设计安全度1概论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,注册土木工程师（岩土）必修教材,岩土工程设计安全度,第,1,章 概论,1,为什么学习,岩土工程设计安全度？,1,岩土工程各项工作，设计为核心。安全度是首先关心的问题。,2,教育背景地质占多数，熟悉勘察，对设计不够熟悉。应深入了解设计安全度问题。,3,教育背景结构的熟悉设计和设计安全度，但岩土工程比结构，有更大更多的不确定性，更依赖经验，不易定量计算，需综合判断。在安全度问题的考虑上，与结构有很大不同。,2,4,设计安全表达，岩土与结构有很大不同：结构已普遍应用概率极率极限状态，分项系数表廷；岩土工程则普遍用容许应力法，单一安全系数法；,5,不仅要熟悉规范，而且要深入了解规范规定的背景。,6,在结构与岩土安全度的衔接方面，各本规范很不一致，术语的函义也有差别。,3,同一工程，安全度规定交叉举例,1,基础设计,计算基础面积用容许应力法，,确定基础配筋用概率极限状态法,两者的荷载取值和抗力取值均不相同,4,同一工程，安全度规定交叉举例,2,钢筋混凝土挡土墙设计,挡土墙的结构设计用概率极限状态法，,抗滑和抗倾覆稳定性验算用单一安全系数法,地基承载力用容许应力法,荷载取值和抗力取值均不相同,5,同一安全度问题 各本规范处理方法不同,设计原则,容许应力法,极限状态法 概率极限状态法,参数代表值,地基承载力,边坡稳定分析,6,如何讲解？,突出重点，掌握基本概念。,并非要求每位注册师深入钻研可靠度；,教材作为参考材料，在讨论中提高。,结合工程实践，工程案例。,工程结构可靠度设计统一标准,新版已批准发布。,7,目 录,前 言,1,概述,2,可靠度设计基础,3,工程结构荷载,4,岩土工程材料,5,岩土工程的极限状态,6,设计规范安全度问题的处理,7,岩土工程的安全控制与概念,设计,8,1.1,岩土工程及其与相邻专业关系,1.1.1,岩土工程的定义和领域,1.1.2,岩土工程与工程地质关系,1.1.3,岩土工程和结构工程关系,9,岩土工程的定义,岩土工程基本术语标准,“土木工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的科学技术”。,中国大百科全书,“土木工程的一个分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术科学”,1,土木工程的一个分支；,2,研究对象是岩石和土，包括岩土中的水；,3,一门技术科学或工程技术。,10,岩土工程的领域,岩土作为支承体,岩土作为荷载和自承体,岩土作为材料,地质灾害的防治,环境岩土工程,岩土加固和改良,11,岩土工程与工程地质关系,工程地质学,地质学的一个分支,一门应用科学,地质专家（地质师）,研究地质现象、成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用,工程地质学是岩土工程的基础之一，,岩土工程,土木工程的一个分支，,一门工程技术,工程师,根据工程目的和地质条件，建造满足使用要求和安全的工程，解决工程建设中的岩土技术问题,岩土工程是工程地质的延伸,12,岩土工程和结构工程关系,土木工程的两大类,结构和地基相互作用，相互影响：,地基变形改变结构应力，,结构荷载分布和不同刚度产生不同的地基变形。,调整基础和上部结构刚度适应地基变形，,地基、基础和上部结构的协同作用。,13,岩土工程和结构工程关系,互相搭接，互相重叠,桩基础,基坑工程和地下开挖,边坡工程和地质灾害的治理,结构工程师和岩土工程师虽然有所分工，有所侧重，但互相配合更多,14,结合我国目前体制 岩土工程师执业范围,1,岩土工程勘察方面,：,1,岩土工程勘察；,2,工程地质勘察；,3,工程水文地质勘察；,4,环境岩土工程勘察；,5,固体废弃物填埋勘察；,6,地质灾害与防治工程勘察；,7,地震工程勘察。,15,结合我国目前体制 岩土工程师执业范围,2,岩土工程设计：,1,地基基础设计；,2,岩土加固与改良设计；,3,边坡与支护工程设计；,4,开挖与填方工程设计；,5,地质灾害防治设计；,6,地下水控制设计；,7,土工构造物设计；,8,环境岩土工程设计；,9,地下空间开发岩土工程设计；,10,其他岩土工程设计。,16,结合我国目前体制 岩土工程师执业范围,3,岩土工程测试、检测与监测的分析与评价方面：,1,地基基础工程质量及其过程监控；,2,岩土加固与改良质量及其过程监控；,3,边坡与支护工程质量及其过程监控；,4,开挖与填方工程质量及其过程监控；,5,地质灾害防治工程质量及其过程监控；,6,地下水的水位、水质、水量、水压等的监控；,7,土工构造物工程质量及其过程监控；,8,环境岩土工程质量及其过程监控；,9,地下空间开发岩土工程质量及其过程监控；,10,其他岩土工程治理质量及其过程监控。,17,结合我国目前体制 岩土工程师执业范围,4,岩土工程咨询方面：,1,上述各类岩土工程勘察、设计、测试、检测、监测等方面的相关咨询；,2,专项岩土工程研究、论证和优化；,3,施工图文件审查；,4,岩土工程技术管理、项目管理咨询；,5,岩土工程、环境岩土工程风险评估；,6,岩土工程质量安全事故分析；,7,岩土工程项目招标文件、投标文件审查。,18,1.2,岩土工程的特点,1.2.1,岩土体结构的不确定性,1.2.2,岩土参数的不确定性,1.2.3,裂隙水和孔隙水压力的多变性,1.2.4,地质作用和地质演化的复杂性,1.2.5,计算模式的不确切性,1.2.6,理论导向和经验判断,19,岩土体结构的不确定性,岩土,地质结构和岩土材料,自然形成 勘察查明,不能选定和控制,体系和构件不明确，计算条件不明确，计算不可信,没有截面计算，,分不清截面可靠度和系统可靠度,结构,结构体系和构件尺寸,工程师设计,材料 工程师选定,均可控,体系和构件明确，计算条件明确，计算可信,截面计算为主，,做截面可靠度分析,20,岩土参数的不确定性,岩土材料,变异性大,与位置有关，,相关距离,水平相变和竖向相变,试验尺寸与计算尺寸差别大，试验方法多样,计算参数取综合水平,结构材料,相对均匀,与位置无关,试验尺寸与计算尺寸差别相对小,按一般材料统计参数代表值,21,裂隙水和孔隙水压力的多变性,裂隙水：脉状、网状、层状、岩溶水。富水性、透水性和水压力差别非常大。查清有时非常困难。,水位、水头变化：季节、多年、人为,静水压力、超静水压力、渗透力,孔隙水压力的增长消散：液化、挤土效应,非饱和土基质吸力,22,地质作用和地质演化的复杂性,地震：液化、震陷、塌陷、边坡失稳、永久性地面变形和诱发地质灾害；,河、湖、海：冲刷、侵蚀、搬运和淤积，对水利工程和航道工程的影响；,地下水：岩溶，土洞，塌陷；,风化作用；,滑坡、泥石流等：发生、发展、消亡、复活等地质演化过程。,23,计算模式的不确切性,举例,地基承载力计算,变形计算,边坡稳定计算,24,理论导向和经验判断,“,理论导向，经验判断，实测定量”,理论使我们透过现象，看到本质，举一反三，,凭直观和局部经验处理问题，极易犯概念性原则性的错误。,只有植根于理论的经验才有生命力。,单纯理论计算不可靠，原因在于岩土工程充满着不确定性和信息的不完全性。,实测定量或实测验证,25,岩土工程特点,充满不确定性,-,最突出的特点,岩土体结构和岩土材料性能,裂隙水和孔隙水压力,信息的随机性、模糊性和不完善性,信息处理和计算的不确切性和不精确性,科学技术崇尚定量和精确，但岩土工程还是,不严密、不完善，不够成熟的科学技术，,定性判断和定量计算兼顾，理论和经验并重,26,1.3,事物的不确定性 和工程的安全性,1.3.1,事物的不确定性,1.3.2,工程的安全性和可持续发展,1.3.3,安全度的表达,27,事物的不确定性,1,事物的随机性,概率论、数理统计和随机过程,2,事物的模糊性,模糊数学 比随机性更为深刻的不确定性,3,信息和知识的不完善性,客观信息的不完善性，,主观知识的不完善性,28,安全度的表达,1,1,容许应力法,正常使用条件下，比较荷载作用和岩土抗力，要求强度有一定储备，变形满足正常使用要求。荷载和抗力的取值都是定值，建立在经验的基础上。,安全度已经隐含其中,信息不充分，依赖经验情况下，,有效而实用,29,安全度的表达,2,2,单一安全系数法,R,、,S,、,K,、,K,分别为抗力、作用、安全系数和目标安全系数，,都是定值，非随机变量，都是经验的，属于定值法。,30,安全度的表达,3,3,概率极限状态法,极限状态法,将岩土及有关结构置于极限状态进行分析,达到某种极限状态（承载能力、变形等）时的抗力。,31,安全度的表达,4,3,概率极限状态法,概率极限状态法,将设计变量视为随机变量，对作用、抗力、安全度进行概率分析，按失效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,三个水准；水准,I,、水准,、水准,。,目前普遍采用的是水准,即,近似概率法,，以可靠指标为安全度量度指标。,32,1.4,岩土工程可靠性分析的发展和问题,1.4.1,可靠性分析发展的简要回顾,1.4.2,可靠性分析应用于岩土工程的研究,1.4.3,可靠度在岩土工程设计规范中的应用问题,33,可靠度用于结构设计规范,国家标准的第一层次,工程结构可靠度设计统一标准,GB50153,国家标准的第二层次,水利水电工程结构可靠度设计统一标准,GB50199,港口工程结构可靠度设计统一标准,GB50158,铁路工程结构可靠度设计统一标准,GB50216,公路工程结构可靠度设计统一标准,GB/T50283,建筑结构设计统一标准,GBJ68-84,概率极限状态设计原则己经成为结构设计的共同准则。,34,岩土工程设计问题,研究工作继续深入,用于规范的两种意见,与,统一标准,协调，首先解决地基极限承载力和对土的参数概率统计，再解决可靠指标,等问题,发展水平上岩土和结构差距较大，土的抗剪强度指标，可靠性差，不确定因素多，还需依靠经验。用地基容许承载力即可，,精度很差或者连精度的大致范围都不清楚的设计进行可靠性分析，没有意义。,处理好结构与岩土之间关系,35,工程结构可靠度设计统一标准,新版本,“,工程结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行,”。,36,谢 谢 ！,37,