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岩土工程中的准与不准

时间:2022-09-13 09:39:46 点击:1237次

岩土工程中的准与不准

杨光华

(广东省水利水电科学研究院)  转载于岩土网

岩土工程要做到精确是困难的,但安全则是必须的。这可能就是太沙基所说的土力学是一门艺术的一种含义吧!

土力学中地基的沉降计算中应力分布是依据连续体弹性力学计算的,土应该是介于连续与非连续的介质,所以这其中的计算理论就存在差异,同时,岩土体是天然介质,其分布也是非均匀的,而理论计算是假设均匀分布的,至少对于同层土是均匀分布的,其实对于同一层土,由于自重或风化的作用,不同深度位置也是有差异的,因此,要描述自然岩土的非均匀性也是比较困难的,这也导致土的参数的差异性的存在。众多的不确定性,这就注定在有限科学条件下,这门学科的非精确性。

但工程建设必须要安全可靠,因此要在安全前提下提高准确性、科学性。

以p-s曲线方法解决地基承载力问题为例,探讨岩土工程的准与不准。

杨光华等提出用实际基础的荷载沉降的p-s曲线[1、2],按强度和变形双控确定地基的允许承载力,如图1,p-s曲线由切线模量法[3]计算得到。切线模量法由现场压板载荷试验曲线建立,如图2,假设压板载荷试验的p-s曲线符合双曲线,用曲线的初始斜率k0,按弹性力学公式反算土的初始切线模量Et0,取压板试验的最大荷载pmax作为极限荷载反计算地基的强度参数c,φ 。用压板试验反算得到的参数,由切线模量法计算得到实际基础的p-s曲线见图1,实际基础的极限承载力由压板试验反算的c,φ,按相同的模型计算得到。

1.png

图1 确定地基承载力的p~s曲线

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图2 压板载荷试验曲线

    由图1,地基的允许承载力fa由地基强度安全和变形控制双控确定:

3.png

K为地基承载力安全系数,[s]为允许的基础沉降。

显然,这里存在不确定的特性:

1、极限承载力的误差

2、双曲线方程假设的误差

3、按弹性力学计算的误差

但这些误差不影响安全,在安全保证方面有足够的准确性:

1、强度安全,即使极限承载力有误差,但有安全系数K=2~3的保证,更有计算极限承载力的土体强度参数是利用压板载荷试验的最大荷载控制,这个荷载值是小于实际极限承载力的,因此,强度安全的准确性是可保证的。

2、沉降的准确性,因允许承载力fa对应安全系数较大,理论上对应的沉降接近于线性段,而线性段沉降的准确性取决于曲线的初始切线模量k0,而这个初始模量是由现场原位压板试验反算的土的初始切线模量Et0计算的,具有较高的可靠性,从而保证了实际基础沉降的准确性。

3、计算模型的可靠性,切线模量法的参数是由压板试验反算的,其计算所用模型是与实际基础用相同的模型,参数与计算模型是配套的,从而保证计算模型的可靠性。

因此,用这种方法计算的基础沉降或地基的承载力,即使在一些计算假设上存在不准确性,包括上面提到的一些客观上的不准确性,但实际上,即使极限承载力不准确,由于有安全系数做保障,强度安全是足够可靠的,变形计算由于土的初始模量是现场反算的,反算模型和实际基础计算模型相同,可以保证其可靠性,对于工程设计有足够的准确性,这个方法应该比目前一些经验系数法有更好的准确性。这是一个比较巧妙的方法,也是体现太沙基关于岩土工程的科学性与艺术性的方法。因此,岩土工程的不准确性是客观存在的,而保证安全性是必须的,提高准确性是发展的目标。

[1] 杨光华.确定地基承载力的p-s曲线法[J].地基处理,2022,4(02):91-98.

[2]杨光华,姜燕,张玉成,王恩麒.确定地基承载力的新方法[J].岩土工程学报,2014,36(04):597-603.

[3]杨光华.地基非线性沉降计算的原状土切线模量法[J].岩土工程学报,2006(11):1927-1931.

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