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1、岩土工程师继续教育讲座土力学与岩土工程师,同济大学 高大钊2010年11月 贵阳,引 言,在中国工程勘察信息网的专栏中，提出了许多疑难问题，在答疑和讨论的过程中，积累了不少的资料，出版了土力学与岩土工程师岩土工程疑难问题答疑笔记整理之一，协会提出围绕这本书的主题开展讲座，也是一个很好的尝试。,内 容,一.岩土工程师的职责与作用 二.岩土工程师应该具备的基本素养 三.岩土工程师应具备的土力学素养,一.岩土工程师的职责与作用,1.太沙基岩土工程体制下 2.现行勘察、设计体制下,1.太沙基岩土工程体制下,岩土工程体制是指在土木工程领域中，处理岩土工程问题的一种符合市场经济的运行机制，在业主、上部结构
2、设计、岩土工程咨询之间建立相互配合协调的技术、经济关系的一种运行模式。,在上一个世纪中期，太沙基等在世界各地的水利工程、铁路建设、港口工程和机场工程等土木工程的第一线解决岩土工程问题的过程中，发展了岩土工程技术，创造了这种符合市场经济原则，与工程实践紧密结合的岩土工程咨询业。,后来许多市场经济国家大多按照这种模式建立起岩土工程的体制，其服务对象不分行业、其工作内容将地质调查和设计融为一体，且其技术人员具有地质和工程两方面的素养，是一种一揽子服务、全过程服务的技术咨询工作，成为岩土工程师从业的成功模式。,当然，国外的岩土工程体制的成功有其市场大环境的有利条件，包括国家对工程建设合理的技术控制体系
3、、对人才市场的有效管理体制和工程保险业提供的保障以及技术咨询业的成熟发展等有利条件。,岩土工程师的职责是根据结构工程师对上部结构设计的结果，拟订场地的勘探方案，监督钻探公司与试验公司的工作质量，进行资料的分析评价和岩土工程的设计，对岩土工程的施工过程进行质量监理并对工程的运行进行监测。,岩土工程师是在结构设计已经确定了上部结构所有构件尺寸和传到基础顶面荷载的条件下主持场地勘察和基础工程的设计工作。因此，勘察的前提明确，场地勘察的目的性和勘察方案的针对性强，勘察成果直接为设计所需要。,在地基基础设计中，设计者对地质条件非常清楚，不存在勘察与设计两个阶段之间信息传递的各种障碍。工作阶段的划分比较合
4、理，根据岩土工程的特点，将勘察与设计整合为一个有机的整体，将场地勘察纳入基础工程设计的统一思路之中，设计过程中可以加深对场地岩土工程问题的认识，结论产生于设计的结果。,2.现行勘察、设计体制下,我国从上个世纪50年代开始，建立了计划经济的体制，与计划经济相适应的是以行政部门所有制为特征的勘察设计体制，按行政部门进行工程项目的规划、勘察、设计与施工。,对于岩土工程问题，也按行政部门建立了分属于勘察、设计单位的技术主管或智囊团，主导了各个行业或部门的岩土工程技术发展模式，制订了各个行业的技术标准。,在这种体制下，岩土工程被分割在各个不同的行业中；在同一个行业中，统一的岩土工程技术工作又被分割在勘察
5、和设计两大部门；在学校教育工作中，人才也是按不同行业的特殊需要、分别按勘察和设计两大部门的专门要求培养的。,在上部结构设计以前，岩土工程师对场地进行岩土工程勘察，结构工程师根据勘察报告提供的资料进行岩土工程设计，在岩土工程施工和运行工程中或由其他的岩土工程师进行监理和监测。,岩土工程师在上部结构设计之前就已经完成了对场地的勘察，由结构工程师根据勘察报告的结论进行基础工程的设计。岩土工程师只能做一些不依赖于于上部结构条件的岩土工程设计，如基坑工程、边坡工程等。,将一个统一的技术工作过程划分为两个阶段，勘察在设计之前进行，岩土工程勘察的条件不明确，勘察报告的结论针对性比较差，在基础工程设计过程中，
6、岩土工程师无法有所作为。,例如，地基承载力的最终确定应当是在设计过程之中，而不是在设计之前的工程勘察过程中。确定地基承载力时，既需要掌握地质条件和土的工程性质指标，又必须掌握建筑物的使用要求和结构的特点，特别是基础的类型、平面尺寸和埋置深度。,在勘察阶段，主要探明地质条件和测定土的工程性质指标，但尚不能确切地掌握建筑物的具体尺寸。因此在勘察阶段建议的地基承载力仅是初步的估计，而不是结论。,需要在设计的过程中，在设计条件不断明确的条件下，在反复、迭代、试算的设计过程中最终才能确定比较符合实际工程条件的地基承载力。前后两个阶段的工作应当是一个完整的技术决策的统一过程，是相互补充而不是对立的关系。,
7、但在目前的体制中，不恰当地认为地基承载力应由勘察人员提供，设计人员仅是勘察成果的使用者，用勘察提供的地基承载力进行设计，设计无权改变地基承载力的数值。如果一旦发生事故，他也不对地基承载力的取值负任何的责任，应由勘察方负责。,由于勘察阶段工程条件的不明确性和不确定性，勘察的评价和结论就需要在设计过程中不断完善，而这种分隔的体制是不容许技术上交叉作业，不容许在设计的过程中不断地加深对地质条件的理解，从而正确地选用地基承载力。,审图究竟是一项什么工作？,我国的标准化法第三条规定,标准化工作的任务是制定标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督。,由于我国有关建设工程的强制标准的条文总数大约有15万条之
8、多，很难检查执行的情况，因此强制性标准的执行情况实际上处于失控的状态。因此，建设部于世纪之交组织编制了强制性条文，实施对强制性条文的施工图审查。,2000年5月，建设部俞正声部长在强制性条文首发式上说，世界上大多数国家对建设市场的技术控制，采取的是技术法规与技术标准相结合的管理体制，技术法规是强制性的，不执行技术法规就是违法，就要受到处罚。,而技术标准除了被技术法规引用部分以外，都是自愿采用的，可由双方在合同中约定采用。与国际接轨，其中很重要的方面是工程建设标准管理体制的接轨，建立起技术法规与技术标准相结合的技术控制体制，已经是十分迫切的了。,世界上大多数国家对建设市场的技术控制，采取的是技术
9、法规与技术标准相结合的管理体制。技术法规是强制性的，严格贯彻在工程建设工作中，不执行技术法规就是违法，就要受到处罚。,技术标准除了被技术法规引用部分以外，都是自愿采用的，可由双方在合同中约定采用。世界上经济发达的国家和地区，多已在建筑（建设）领域较完整地实行了这种体制。,技术法规Technical regulation，是一种法定权力机构所接受的约束性文件，它由技术性规定组成，或涉及技术性规定，其中包括适用的管理条款。,对直接涉及公众基本利益的安全、卫生等技术要求和直接涉及国家长远利益的环保、节能等技术要求，按照指令性模式制定建筑技术法规。它是强制性技术文件，必须遵照执行。,技术标准Techn
10、ical standard，是基于协商一致，由公认的标准化机构批准，为重复和连续应用而制订的技术规定。,2.对不直接涉及公众基本利益和国家长远利益的技术要求，以及为保证实现强制性技术要求而采取的途径和方法等，按照陈述性模式制订技术标准。它是非强制性技术文件，自愿采用。,3.为了鼓励生产者根据市场需要发挥主动创造性，促进技术进步，只要建筑产品和技术能满足强制性技术法规，允许不执行非强制性的技术标准。,经过近百年的发展，当前各经济发达的国家和地区，不论其国家政体如何和市场经济的发展程度如何，在建筑技术制约体制方面尽管有不同的表现形式，但实质上都已实行建筑技术法规与技术标准紧密结合的体制。,参考国外
11、的普遍做法，国务院标准化行政管理部门对我国标准化体制改革，提出了三步走的设想。即首先实行条文强制与条文自愿采用的形式、适时实行强制性条文与标准自愿采用形式、最终实现强制性的技术法规与自愿采用的技术标准体制。,我国在修订标准化法以前没没有建筑法规，作为替代品是强制性条文。因此，施工图审查的依据是强制性条文，违反强制性条文是作为违法行为而受到处罚的。要从执行法规的高度来理解施工图审查。,将施工图审查的范围扩大到非强制性的技术标准的做法，不符合政府关于实施施工图审查的规定。不利于正确理解与执行技术标准，也不利于技术的进步。要区分施工图审查与对项目的专家审查。区分施工图审查与经验的传授。要防止由审图机
12、构编制地区性技术规定或解释技术标准。,二.岩土工程师应该具备的基本素养,岩土工程师主要由地学教育背景和工程教育背景的毕业生组成，两类毕业生都有其所长，也有其所短，需要通过继续教育填平补齐。,通过研究生阶段培养的人才，有单科型和复合型两种，单科型的指本科、硕士和博士阶段都是单一的地学或工程学的，复合型是指地学和工程学交叉学习。显然，复合型的人才优于单科型的。,岩土工程技术是处理土木工程中有关岩土的工程技术问题的一个分支领域，因此从事岩土工程工作的工程师，应当是既具备地质学的知识和技能，又通晓土木工程学的知识和技能的跨学科的复合人才。,这样的人才不可能在学校的一个本科专业中培养出来，也不可能在学校
13、中能培养出来的。岩土工程师是在学校培养的基础上，通过工作实践的锻炼，通过继续教育的培养，填平补齐，全面发展而成长起来的。,在30年前，同济大学俞调梅教授就对于岩土工程人才培养问题，提出了精辟的见解，30年的实践证明了这个见解的正确性。,在前言中说道：“工程勘察杂志上发表了几篇关于工程地质、工程勘察和岩土工程的文章，引起了对岩土工程、岩土工程体制的重视。,为此，我们查阅了多年来的国际上具有代表性、权威性的文章，并向国内外专家请教。根据我们的体会写出了一些初步的认识，请关心这一问题的同志们批评指教。”,在文章结束时，提出“根据我们廿多年来的实践，对于如何更有效地培养岩土工程师的途径，我们设想：（1
14、）可办多样化的业余教学，包括短训班、函授、电化教学等，这是主要的。,（2）可以为大学本科的土木工程专业、工程地质专业试办岩土工程专门化（其中以土木工程为主）；不主张办岩土工程专业，因为三十年来的经验证明了，专业分工太细是不好的。（3）还可以培养一些研究生。”,这篇论文系统地总结了同济大学在1960年代试办地基基础专业的经验与教训，提出了培养岩土工程人才的途径和方法。为了配合岩土工程体制改革的需要，80年代国家建筑工程总局委托同济大学办了十一期岩土工程师进修班。,着重于对在职工程师的培训，加强土力学的基础知识和工程结构的专业知识。后来，很多进修班的学员都成为了各个单位的技术骨干，成为岩土工程体制
15、改革的积极推动者，但是现在大多已经退休。,根据我们从1970年代开始办班，80年代为建设部系统大量办班到90年代为长江水利委员会办班的学员教育背景大多是地质学院系，专门针对地质教育背景设计了课程体系主要补土力学和基础工程两大门课。,向上延伸补力学和结构的课程，向下延伸补近代发展的课程。学习时间为半年到一年。前后跨越了20多年的时间，各种班大概培训了700800位工程师。在哪个年代发挥了一定的作用，积累了继续教育的经验。,注册岩土工程师考试的内容，在一定程度上吸取了当年培训的经验，认为这些内容是岩土工程师的基本要求。在新的历史时期，在实行注册岩土工程师的情况下，如何进行继续教育是一个值得研究的问
16、题。,六年来，从网站上答疑中所发现的问题来看，从注册考试的情况来看，我国当前岩土工程师的基本情况仍然是缺乏土力学的基本素养，在从事岩土工程勘察工作是如此，如果实行太沙基岩土工程体制，对岩土工程师的要求更高，矛盾更为突出。,工程师的继续教育,被动继续教育与主动继续教育与注册工程师继续教育的异同。继续教育是一种终身教育，自我教育。谁来为你做继续教育的计划？成才之路的计划只能依靠自己自我设计。,工程师的人生舞台工程实践,人类的工程活动是创造性活动。人们追求最优解，但实现的仅是可用解，而可用解是多解的。不同的工程师得到不同的结果是非常正常的，是值得鼓励的。工程师追求的理想是在工程实践的舞台上施展才华。
17、,工程师的才华,善于思考和提出问题敏捷的才思。从纷争的意见中提出自己的主见归纳和自信。将工程事故或挫折作为一面镜子面对失败的从容。,从平静中预见可能的事故苗子，技术洞察力，需要工程经验的积累。毕生研究岂能穷，一生是一卷书。,自信是什么？,自信是对于自己的专长、技能和能力的信心。自信是一种感觉，一个人成长，然后成功，往往靠这种感觉。,这种感觉引导了你的判断。一个正确的判断不仅决定你在一件事情上的成败，更重要的是它是你走向哪个方向的分界线。,洞察力从何而来？,学校工程教育所赋予的基础。在工程实践中得到加强。由工程经验的理性总结所不断地验证与丰富。,工程师与学校教育,工程师的一生应该是一卷书，从学校
18、开卷到社会，学校对工程师一生的影响是深远的。离开学校以后的发展又是五彩缤纷的。,学校是工程师的摇篮，但同一个摇篮里可以出不同的工程师。学校教育目的是为培养工程师奠定基础。培养工程师不是单纯靠学校教育能够完成的。,学校是工程师的摇篮,学校培养工程师的雏形仅仅是工程师的摇篮。毕业生不完全适应工作岗位的要求是常态还是缺陷？通过工作中的再学习才能成为合格的工程师。,学校教育与联系实际,教育培养通才还是专才？教育历史上的教训对口培养，工地上有什么教什么，以任务带学科。学校里读的书有没有用？厚积薄发。,继续教育成才之路,书读得越多越愚蠢？不同的起跑线。在学校里学到了什么？钓鱼杆的启示。怎样做自我设计？,在
19、工程实践中学习什么和怎样学习？,什么是实现自我设计的有效步骤？如何掌握机会？千里之行始于足下。两种不同的事业观和学习观。,什么是工程经验？怎样评价工程的成败得失？以理性的思维指导解决工程技术问题。作过的事是否就是经验？做了没有发现问题的工程是否就是经验？,做了发生事故的工程是否就是经验？经验不同于经历，经验是理性的积累。不论是成功的或者是失败工程都需要经过理性的分析才能成为真正的经验。,经验和理性思维,理论能不能解决工程问题？规范能不能解决所有的工程问题？解决工程问题需要理性的思维和广博的知识。,技术标准的理论背景和理论对技术标准的支撑作用。理论和知识来源于勤奋读书。通读与精读。,学海茫无际，
20、毕生研究岂能穷？工程师离开工程实践将一事无成，但只有实践而不学习理论，只能得到一知半解的实践知识，同样也是一事无成的。,在我的第一本书中，主要讲了岩土工程体制和岩土工程师的土力学素养问题，在第二本书岩土工程勘察与设计中，讨论了在现行体制下，在土力学和基础工程方面，在设计原则和设计方法方面，岩土工程师应该具备哪些基本概念和基本能力。,由于这两本书都是答疑笔记的整理，是回答网络上提出的问题，不是系统地讲解土力学和基础工程，因此内容并不系统，也不全面。,三.岩土工程师应具备的土力学素养,根据协会领导的安排，我这一次是讲土力学与岩土工程师。主要讲书中第8个问题到第16个问题，共九个问题：,1.土力学对
21、岩土工程师有用吗？2.为什么土可以有不同的抗剪强度指标？3.什么是地基承载力？4.地基承载力的深度效应和埋深修正,5.桩端阻力与地基承载力孰大孰小？6.土的变形特性指标7.怎样计算差异沉降？8.土中应力分布与计算9.有效应力原理的应用,1.土力学对岩土工程师有用吗？,20多年前，俞调梅教授提出了“土力学信心危机”的问题，他在“岩土工程学报”创刊十周年的纪念文章“岩土工程反思”中，严肃地提出了这个问题。1,20多年过去了，俞先生也已仙逝，但他提出的这个问题还是非常严肃地摆在我们的面前。在新的历史条件下，“土力学的信心危机”比之于20多年前是更加需要我们来严肃地面对的问题。,俞先生在上世纪90年代
22、初撰写的“学习与写稿的回忆”文中说道：“对土力学信心危机的产生是由于对某些比较重要的理论的发展和延伸，其中难免会有繁琐的、强词夺理的和错误的；这些可能被列入教科书、手册和规范中，因而具有权威性。,总要经过时间的考验，才能删繁就简和去伪存真。为什么本文提到的都是浅的、陈旧的问题？这是限于作者的知识面，也是希望对从事这方面教学工作的青年教师有所帮助，也是相信新的、尖端的研究工作中也会出现繁琐的、强词夺理的和错误的成果。”,8.1 怎样鉴别技术标准之间的差别？8.2土力学能解决工程问题吗？8.3怎样通过实例分析来学习和理解正确的工程概念？,8.1怎样鉴别技术标准之间的差别？,高老师，您在讨论岩土工程
23、技术标准问题时，曾经引文提到“在我国，由于20世纪50年代全面学习苏联，实行计划经济，形成了“条条专政”的体系。这一体系的后遗症之一就是我国不同行业的一些岩土工程技术人员互相隔绝，缺少共同语言。,在岩土工程规范标准方面则表现为种类繁多，各自为政，出现了高度的不统一性。甚至同一行业，由同一单位主编的规范之间也无法衔接。”那我们用什么办法来鉴别这些技术标准之间的差别与是非呢？,技术标准之间出现差别的主要表现在如下的几个方面：第一是设计原则的多元化，目前岩土工程的设计原则是容许应力法、安全系数法和概率极限状态法并存，在不同的技术标准中采用不同的设计原则，甚至在一本技术标准中采用不同的设计原则。,如果
24、用词严格，还不致于使读者产生误解，但有的技术标准采用的却不是标准化的名词术语，也不是约定俗成的术语，或者是不严密的杜撰术语，这样使人根据一般规则无法正确判断其设计原则是什么，从而极易造成误判、误用；,第二是计算参数的取值，土力学的众多技术参数如何试验、如何取值、如何在工程中应用本来已经是比较复杂的技术问题，有很多的工程经验在起作用，有比较多的弹性空间，再加上地区经验的差别，往往是多解的。,但这种经验一旦进入了技术标准之后就有了很强的排他性和垄断性，使本来是学术性的问题变成了是否执行标准的是非问题。各本规范在作经验规定时都有其一定的依据，但问题是当每本规范的这种经验规则都带有排他性和垄断性的时候
25、，就变成互不相容，而使读者无所适从了。,第三如何对待经验规则，工程经验本来是可贵的，但经验总是有一定的适用范围和局限性的。一旦将经验的规则绝对化、普遍化之后，正确的也可能会变成缪误了。何况，智者千虑必有一失，在技术标准中也难免会存在一些瑕疵。,如何发现技术标准中存在的瑕疵？如何对待这些瑕疵？是技术标准的编制者和使用者需要以很好的心态来处理的问题。最近几年，在学术刊物上发表了许多对技术标准的批评，这应该是一件好事，有助于读者正确地鉴别技术标准之间的差别与是非。,面对技术标准的现状，读者如何发现问题，发现以后如何鉴别其性质和原因，又如何在执行中避免造成工程的损失呢？这就需要运用土力学的基本原理来梳
26、理技术标准中众多经常变化的设计原则和名词术语，不为表面的文字所迷惑，掌握技术标准内含的土力学概念、设计概念和地质学的概念，正确地做好岩土工程的勘察、设计工作。,叶书麟教授四十多年前在回答什么是基础工程时，说过一句名言。他说：“土力学加钢筋混凝土就是基础工程”。这个定义虽然简单，但的确切中要害。基础工程设计离不开钢筋混凝土，也离不开土力学。,土力学是组成岩土工程的基本学科之一，是研究岩土工程性质和力学行为的理论基础，是岩土工程师必不可少的看家本领。比方说，当不同版本的规范所用的地基承载力术语或单桩承载力术语出现变化时，我们应该鉴别的是这本规范的设计原则变了没有？还是设计原则没有变化而仅仅的术语的
27、改变。,怎么鉴别呢？很有效的方法是从土力学的基本概念上去分析，去判别规范所采用的承载力究竟是极限承载力还是容许承载力，如果这个概念清楚，许多问题就迎刃而解了。,8.2土力学能解决工程问题吗？,土力学有那么大的作用？不是说岩土工程中的许多问题单靠计算是不行的吗？土力学能解决工程问题吗？请高老师举一些例子给我们说说。,土力学是一门特殊材料的力学，是用力学的方法来研究土的力学行为的科学，由于土是特殊的材料，它的性质不仅与其成因、成份有关，而且与土的应力历史有关，而这些因素都与地质条件有着密切的关系。因此，土力学并不是一门纯力学，不能单靠计算解决问题。,但既是力学的一门分支，又必然要进行一定的计算。在
28、计算的同时，必须用土力学的基本概念对工程问题进行判断。计算与判断的正确关系应当是计算是为判断服务的，结论主要建立在工程判断的基础上，而不是单纯依赖于计算的结果。,对土力学计算的结果应有怎样的期待？能否希望它百分之一百地正确？有可能百分之一百正确吗？还在我做学生的时候，俞调梅先生给我们讲课，他的名言是“沉降计算如果有50的准确性已经很好了”，,当时我们听了哄堂大笑，但并不理解先生此话的深刻含义。毕业后经过了几十年来的工程实践，反复证明了俞先生的这句话，这是他基于对土力学这门特殊力学的深刻理解的基础上提出来的至理名言。,今天来回忆俞先生的这段经典故事，更具有其特殊的现实意义，因为今天依然存在两个极
29、端。要么对地基基础方面的计算结果有太高的期望，例如将沉降控制理解为是一个严格的不等式，一旦计算沉降量超过了一点允许沉降量，似乎天就要塌了。要么认为只要有经验，计算不计算无所谓，对土力学理论不屑一顾。,下面的一些工程案例说明，只依靠计算而没有正确的土力学概念判断是不行的，不做必要的计算也是不行的。要在正确的概念基础上进行计算，在得到了计算结果以后还要经过工程判断的审视。,如果能采用放坡的方法开挖基坑，那是比较经济的。按照一般的概念是坡面越平缓，土坡就越稳定。在软土地区，将坡度放到1:3或1:2，认为是比较安全的，这样的概念对不对？这样的看法是没有错，但不全面，不是完整的概念。,例如，有一个开挖深
30、度为10m的基坑，在10m以下为深厚的淤泥质粘土。边坡从上而下的坡度分别是1:1.5、1:2和1:3，变坡处设1m的马道。这样的放坡开挖安全不安全？我相信是经过了圆弧滑动法的计算，安全系数也是允许的。,但事实上这个土坡发生了大滑坡，近5000m3的土滑向基坑，坑底隆起了6m，发生了很大的伤亡事故。2 类似这样的缓坡滑动的事故还不止这一个，为什么放了那么平缓的坡度还会发生滑动呢？计算为什么不起作用？,其实，在土力学中很早就注意到了这种现象，并且作出了判断。泰勒曾经说过，当土坡的倾角大于53时，土坡的滑动可能是坡面圆，即土坡坡面下滑。但当倾角小于53时，土坡滑动的形式与深层土的性质有关，很可能是以
31、中点圆的形式破坏，即深层滑动破坏。,我们上面所举的例子，正符合第二种情况，果然是以深层滑动的形式发生了大滑坡，造成了很大的工程事故。如果对滑动计算的结果用土力学的基本原理进行了判断，考虑到了深层滑动的可能性，就可能会采取措施来防范事故的发生。,由于盲目地相信计算的结果，这个工程连最简单的边桩位移观测都没有布置，可见一点预警的思想都没有，最终成为突发事件。而且类似的事故曾经一而再，再而三地发生过，可见对土力学基本概念的漠视程度。,软土地基挖方与填方的稳定性分析有什么原则的区别，这又是土力学的一个基本概念。分析填方的稳定性时，最危险的时刻是在填方结束时，此时的稳定安全系数最小，如果此时不发生滑动，
32、那么随着时间的推移，稳定安全系数越来越大，土坡越来越安全。,但挖方却正好相反，基坑开挖到底的时候，如果土坡没有发生滑动，并不说明土坡就一定是不会滑动了。如果挖方土坡是不稳定的，那它的滑动时间不是在挖方完成之时，而是在挖方完成以后经历一定的时间才发生。,为什么会滞后一定时间？这是因为挖方是一种卸载，卸载使土体产生负的孔隙水压力。根据有效应力原理，土的抗剪强度可以下式表示：,当土体中产生了负的孔隙水压力时，即使在总应力不变的条件下有效应力也得到了提高，从而提高了土的抗剪强度，其结果是提高了土坡的稳定安全系数。但这种提高抗剪强度的效应是暂时的，在卸载结束时达到最高值，随后因负的孔隙水压力的消散，,这
33、部分提高了的抗剪强度逐渐消失，如果抗力不足以抵抗滑动力，滑动虽然滞后，但终于还是发生了。软土地基中开挖产生的滞后滑坡，验证了土力学这一原理的正确性，也说明了土力学所提供的工程判断原理是很管用的。,8.3怎样通过实例分析来学习和理解正确的工程概念？,为什么工程事故的案例总会具有很大的震撼力？我们怎样通过实例分析来学习和理解正确的工程概念？,俞调梅先生在世时经常通过工程实录，特别是总结工程事故的教训来教育人，但他常感到失望。俞先生说：“几十年前，在基础工程专书上总有很多工程事例的报道；但是后来就少了，似乎是有了土力学理论就可以解决一切问题了。,而且在杂志及刊物上报道的多数是成功的事例。在我国，由于
34、种种社会历史原因，在教本上讲的失败事例总是外国的。这一切会使人盲目相信理论。”3工程事故是人类的不幸，人民的生命、财产受到损失，对工程的责任人既有过失也蒙受损失。,所以，人们回避工程事故也是人之常情。过去一段时间里，由于报喜不报忧的风气，更由于怕给社会主义“抹黑”，不敢报道和讨论工程事故，俞先生说的就是这种情况，没有工程事故的警示，使人盲目相信理论。,工程事故案例具有警示作用，工程事故就是原型的极限状态“试验”，为人们划出了“可行”与“不可行”的界线，也无情地揭开了人们技术上的疮疤与管理上的昏庸，这些都能给后人以深刻的教益。,工程事故案例是一本活的教材，是一面镜子，在工程教育中有重要的作用，我
35、们应该充分利用工程事故案例的资料，从中总结出教训。,一个土层锚杆的深基坑发生了整体破坏的事故，三层锚杆全部破坏，许多锚杆被拔出、折断。事故的原因是设计的错误，设计者将计算的土压力合力分配给根锚杆作为作用于每根锚杆的拔力。,设计者犯了一个最基本的错误，他不清楚按照平面应变条件计算得到的仅是延米上的土压力合力，而竖向的根锚杆共同承受的是长度方向m范围内的土压力合力。因此，他设计用的拔力仅为极限拔力的一半，这个基坑就成了群锚的原型破坏试验。说到底，还是在土压力计算理论的基本概念上出了毛病。,1990年代初，在一个采用地下连续墙的深基坑事故分析时，采用老的混凝土规范进行校核，发现安全系数不足。设计者对
36、此感到茫然不解，他将用土压力理论计算的结果作为作用在地下连续墙上的荷载，计算围护结构的内力配筋，两本都是现行规范，何错之有？,他不清楚按照土的抗剪强度指标计算得到的是土压力的标准值，而按照混凝土规范取用的钢筋混凝土材料强度却是设计值，设计表达式的两端的设计变量不匹配，对于基坑工程围护结构的设计，安全度就降低了。,两类设计表达式,按设计值计算按标准值计算,类似上述的这些基本概念，设计者也不是没有学习过，但用的时候就容易出错。通过工程事故的分析，更深刻地揭示了反映基本概念的客观规律的不可抗拒性，我们应该本着敬威的态度来对待自然规律。,工程事故警示作用并不是自然显示的，事故的现场是一片狼藉，事故的现
37、象是杂乱无章的，不通过客观地、科学地分析，不可能得到对事故原因的深刻认识。,9.为什么土可以有不同的抗剪强度指标？,9.1 不同的抗剪强度指标有何区别？9.2 非饱和的硬塑、坚硬状态的试样能饱和后再试验吗？9.3 为什么不固结不排水剪试验的内摩擦角不等于零？9.4 对非饱和土的试样进行预饱和符合土的实际工程条件吗？,9.5 软土地基基坑围护结构设计时，能用不固结不排水抗剪强度计算土压力吗？9.6 多层土如何处理抗剪强度指标？9.7 为什么要对试样预固结？怎样预固结？9.8 对抗剪强度试验的规定，各本主要规范有什么不同？9.9 三轴试验同时存在两个破裂角吗？,9.1 不同的抗剪强度指标有何区别？
38、,三轴试验有三种试验条件，可以分别得到有效应力和总应力六组强度指标c、，为什么同一种土可以得到六组指标？如何判定所获得的这些指标？在工程实际中如何运用这些指标？,土的三轴试验确有三种方法，不固结不排水剪、固结不排水剪和排水剪。但其中不固结不排水剪的试验结果只能用总应力法表示，不存在有效指标的问题。而排水剪的试验结果，其实就是有效强度指标，d，没有总应力指标的问题。,只有固结不排水剪试验结果才可以用总应力法或有效应力法分别整理出总应力指标和有效应力指标来。因此并不能得到你所说的六组的强度指标，你的这个说法不对。,太沙基1932年的三轴试验结果,如果保持试样的含水量不变，对饱和土而言，含水量不变就
39、意味着试样的密实度不变，试验结果显示不管周围压力多大，摩尔圆的半径不变，包线水平，表示剪切面上的强度不随法向应力的变化而变化，这种试验是通过控制试样的不排水条件来达到含水量不变的目的，故名不固结不排水剪，简称不排水剪。,如果让试样在荷载作用下充分排水固结，则摩尔圆的半径随周围压力的增大而增大，从力学概念上说是剪切面上的强度随法向应力的增大而增大，而其物理机制则是饱和土的排水固结意味着试样被压密，由于试样密实度的提高，土的抗剪强度就随之提高。,对同一种土，用上述不同的试验方法得到的抗剪强度指标是不同的，这种指标并不是唯一反映土的工程性质的指标，而是反映土在一定的排水条件下，抗剪强度随法向应力变化
40、的规律性，当排水条件变化了，指标值就随之而变化，因此这些抗剪强度指标并不是土所固有的一种性质。,用有效应力表示的有效强度指标是土的固有性质，不随排水条件而变化。这是有效指标的最大优点，但用于工程计算时需要已知土层中的有效应力，在一般情况下是比较困难的，因此应用就受到了限制。,不固结不排水剪强度是在完全不排水条件下试验得到的，它表示土体在某个应力状态下的总强度，如果这个应力状态是天然应力状态，则这个强度就是天然强度。如果是在某种条件下预压固结后再取土做的不固结不排水试验强度，,那么这个强度就表示预压结束时的总强度，与天然强度之差就是土的强度随固结度的增长或者随固结压力而增长的增量。用不固结不排水
41、强度计算的地基极限承载力就等于5.14 c，界限荷载（用建筑地基基础设计规范的公式计算的结果）就等于3.14 c。,计算得到的地基承载力，不论是极限承载力或容许承载力，与基础的埋置深度以及宽度都没有关系。如果用这个总强度代入朗肯土压力公式来计算土压力，将会得到非常不合理的结果。,9.2 非饱和的硬塑、坚硬状态的试样能饱和后再试验吗？,我们这里做三轴不固结不排水试验都是先让试样饱和，然后再进行试验，结果是硬塑至坚硬的土，其抗剪强度也很低（内聚力c小于30kPa，内摩擦角小于10度）。不知道是否合理,请指导。,传统的土力学是在饱和土的基础上发展起来的，但自然界的土不全部都是饱和土。工程实践中遇到的
42、有些土，其性状并不符合经典饱和土力学的原理与概念。不能用经典的饱和土力学描述的土，绝大部分是非饱和土。,土工试验试样预处理最基本的一个原则是要使试样的状态尽可能符合土的实际状态。对饱和土而言，天然的埋藏条件是饱和的，但取土的过程对土样的作用是卸荷膨胀，气泡进入土样，降低了试样的饱和度。,因此，在做不固结不排水试验之前需要对试样进行饱和，对试样饱和的目的就是为了恢复到土的实际状态。对非饱和土，其实际状态是不饱和的，将试样饱和显然是不符合上述原则的。,9.3 为什么不固结不排水剪试验的内摩擦角不等于零？,即使在天然状态是完全饱和的土层。在取土样的过程中，对土样是一种卸荷的作用，土样体积产生膨胀，气
43、泡进入土样，因此试样的饱和度一般小于100。为了克服试样的饱和度与实际不符的缺点，在装置试样时，要求对试样进行充分饱和。,所注入的水中也不能有气泡，这是要求很高的一项试样制备技术。由于不固结不排水试验时试样没有固结排水，试样保持了原始状态，因此不固结不排水试样测得的强度是土的天然强度，即在原生应力状态下完成了相应固结度的土的强度。,正常固结土，固结不排水试验的粘聚力为零，这一现象反映了上覆有效压力为零时，土的抗剪强度为零的客观事实。但应注意通常的土样是从钻孔中取出来的，土样已经受过历史荷载的作用，如果试验施加的周围压力小于历史荷载，试样处于超压密状态。,只有当超过历史荷载以后，试样才是正常压密
44、状态，土的强度以天然强度为起始点，随着周围压力的增长，强度沿摩尔库仑包线增长。压缩主枝反映了土的孔隙比随有效应力增长而减小的规律，对应于土层中某点的上覆有效压力的孔隙比即是其原生应力状态下的孔隙比。,将土样从钻孔中取出时，土样的孔隙比从原生应力状态下的孔隙比减小到土样的孔隙比，这个孔隙比通常称为“天然孔隙比e0”，但并不是土在原生应力条件下的孔隙比。在正常压密土的剪切主枝上，当上覆有效压力为零时，内聚力为零；但在超压密阶段，当有效覆盖压力为零时，内聚力不为零。,因此试验时，最小的一个应力圆，应力状态必须大于上覆有效压力，否则试验结果就不是一条直线。小于上覆有效压力的应力圆处于超压密状态，超过上
45、覆覆盖压力以后的应力圆才处于正常压密状态。,如果最小的一个应力圆，应力状态小于上覆有效压力，则几个土样的应力圆处于不同的压密状态，就连不成一条直线的强度包线。,9.4对非饱和土的试样进行预饱和符合土的实际工程条件吗？,建筑地基基础设计规范要求土的剪切指标用三轴压缩试验中的不固结不排水试验确定，对于非饱和土，在试验前先进行饱和再试验，其试验结果还能代表实际地层的力学性质吗？如果不进行饱和就试验，怎么能等于0？,建筑地基基础设计规范规定：“土的抗剪强度指标，可采用原状土室内试验、无侧限抗压强度试验、现场剪切试验、十字板剪切试验等方法测定。当采用室内剪切试验时，应选择三轴压缩试验中的不固结不排水试验
46、。”,“鉴于多数工程施工速度快，较接近于不固结不排水剪条件，故本规范推荐UU试验，而且用UU试验计算，一般比较安全。”这个规范对于抗剪强度试验的规定有3个特点。一是不区分土类，二是不区分工程类型，三是不区分应力历史。,全国的情况是极其复杂的，土类非常之多，存在着大量的非饱和土；有的工程即使是饱和土，也可能有相当好的排水条件；有的工程施工速度不一定很快。如果出现这种情况，那就不能执行这条规定了，或者是错误地采用了不合适的方法以致低估了土的抗剪强度。,对非饱和土，饱和以后的土样已经不能代表天然状态土的性状，再做三轴不固结不排水试验的结果就没有任何的实际意义。,如果对不饱和的天然试样直接做三轴不排水
47、试验，在周围压力作用下孔隙中的气体会产生压缩或溶于水中，使孔隙体积压缩，则得到如图9-3所示的强度包线，在强度包线起始段的倾角是由于土的密度增大所引起的，其实并不是真正的内摩擦角。,9.5软土基坑围护设计时，能用不固结不排水抗剪强度计算土压力吗？,目前地基规范、勘察规范和基坑设计规范对地下室基坑设计中饱和软粘土抗剪强度指标的选用有不同的规定，作为勘察单位很难选择：,按照建筑地基基础设计规范4.2.4和9.1.8条要求室内抗剪强度指标应选择三轴UU试验，并且是自重预固结后的UU试验，建筑基坑工程技术规范第条规定和条文说明规定一般采用三轴CU试验，有经验的地区可以采用直剪试验。,高层建筑岩土工程勘
48、察规程在修订时进行了工程试算与比较，试算结果证明了对于软土用UU试验结果设计基坑工程的围护结构侧土压力的计算是不行的。计算得到的主动土压力在浅部偏小，在深部偏大。与采用固结不排水指标比较，按UU参数计算偏于不安全。,实例计算的结果,对于基坑工程设计，不能一概地规定用不固结不排水试验，只有整体稳定性分析时，才应该采用软粘土的总强度，用圆弧法计算稳定安全系数。而作用于围护结构上的土压力是不能用不固结不排水试验的结果来计算的。,做基坑工程勘察时做什么试验,采用水土分算的方法计算土压力，则应当提供有效强度指标；如果采用水土合算的方法，则应提供总应力指标。最好用三轴CU试验，如果没有条件，采用直剪固快试
49、验也是可以的。,深厚软土的十字板资料利用,9.6多层土如何处理抗剪强度指标？,A建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）中公式5.2.5，在计算内摩擦角的标准值时，规范要求是按基底下一倍短边宽深度内的内摩擦角标准值取值，按此要求，如果在基底下一倍短边宽深度内是单层土则好办，若存在多层土，该怎样来确定内摩擦角标准值。,B参照压缩模量的确定方法，不知道是是否可以（应力系数加权平均）？C我也认为可以用B网友的方法，应该叫内摩擦角的当量值吧，只是没见任何地方这么说过，或许下次的新规范会做出这样的规定。我想写一篇这方面的论文，希望能抛砖引玉，大家都发表看法。只是没时间写。D按力的概念加权平均即可
50、，即c值直接利用，而值则按正切值计算。,对于多层土的抗剪强度指标，在一般条件下，不能像压缩模量那样采用加权平均的方法计算抗剪强度指标的当量值。为什么压缩模量可以用加权平均的方法计算当量压缩模量而对抗剪强度指标却不能采用加权平均的方法？这是因为地基的沉降是各层土的压缩变形的总和，以总沉降量相等为条件，才存在当量压缩模量的概念，从而得出以应力面积加权平均的当量压缩模量的计算方法。,而地基的强度问题和变形完全不同，当软弱土层的强度不够的时候，其他的硬土层帮不上忙。例如，持力层的承载力不够，而下卧的土层却有很高的承载力，管用吗？能够将两层土的抗剪强度平均了计算地基承载力吗？显然是不行的。反过来说，如果
