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工程地质勘察课程设计相关资料
一、相关计算取值表
（1）工程地质手册

（2）工程地质手册（第四版）有关成都地区地基参数取值

（3）岩土工程手册

二、计算公式
1. 指标统计公式
按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）对参数统计要求，采用下列公式对其进行统计分析：

式中： δ——指标的变异系数；——指标的平均值；S——指标的标准差；rs——统计修正系数；——单个试验指标值；n——样本个数。
然后利用下列公式，就可计算出指标的标准值。

式中：——岩土参数的标准值：——岩土参数的平均值；rs——统计修正系数。
1）指标统计公式：
按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）对参数统计要求，采用下列公式对其进行统计分析：

式中： δ——指标的变异系数；
——指标的平均值；
S——指标的标准差；
rs——统计修正系数；
——单个试验指标值；
n——样本个数。
然后利用下列公式，就可计算出指标的标准值。

式中：——岩土参数的标准值：——岩土参数的平均值；rs——统计修正系数。

2）. 成果统计
1 室内物理力学参数统计及分析

表？-1 土工试验结果报告
层
位
土样编号
取样深度
天然状态土的物理性指标
塑性指标
压缩系数
抗剪强度(快剪)
膨胀性
含水量
密 度
比重
孔隙比
饱和度
液限
塑限
塑性指数
液性指数
P=
0-50kpa
P=
50-100kpa
P=
100-200kpa
P=
200-300kpa
凝聚力
摩檫角
自由膨胀率
P=50kpa
膨胀率
线缩率
收缩含水量比例限值
收缩系数
原状土缩限
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
ω
ρ
Gs
e
Sr
ωL
ωP
Ip
IL
α0-0.5
Es
α0.5-1
Es
α1-2
Es
α2-3
Es
C
φ
δep
δep
δs

λs

%
g/cm3
/
/
%
%
%
/
/
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
kPa
度
%
%
%
%
/
%
2-1

2-2

此表仅为格式参考，具体土层依据课程设计书

表？-2 土层物理力学性质指标统计
层位
统计
指标
天然状态土的物理性指标
塑性指标
压缩系数
抗剪强度(快剪)
膨胀性
含水量
密 度
比重
孔隙比
饱和度
液限
塑限
塑性指数
液性指数
P=
0-50kpa
P=
50-100kpa
P=
100-200kpa
P=
200-300kpa
凝聚力
摩檫角
自由膨胀率
P=50kpa
膨胀率
线缩率
收缩含水量比例限值
收缩系数
原状土缩限
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
压缩系数
压缩模量
ω
ρ
Gs
e
Sr
ωL
ωP
Ip
IL
α0-0.5
Es
α0.5-1
Es
α1-2
Es
α2-3
Es
C
φ
δep
δep
δs

λs

%
g/cm3
/
/
%
%
%
/
/
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
MPa-1
MPa
kPa
度
%
%
%
%
/
%
2-1
样本数

范围值

平均值

标准差

变异系数

修正系数

标准值

2-2
样本数

范围值

平均值

标准差

变异系数

修正系数

标准值

表？-3 岩石试验报告

表？-4 岩石物理力学性质指标统计

2） 原位试验成果统计

表的格式参照室内试验成果统计

包括：标贯、动探、波速试验等

3）. 地基土物理力学指标建议值
土层包括：软塑粘土、硬塑粘土、坚硬粘土、粉质粘土、松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石等

指标：承载力特征值、压缩模量、重度、抗剪强度（c、Φ）

2.地基均匀性评价的相关要求
按高层建筑岩土工程勘察规范JGJ72-2004规范进行
符合下列情况之一者，应判别为不均匀地基。对判定为不均匀的地基，应进行沉降、差异沉降、倾斜等特征分析评价，并提出相应建议。
a 地基持力层跨越不同地貌单元或工程地质单元，工程特性差异显著。
B 地基持力层虽属于同一地貌单元或工程地质单元，但遇下列情况之一：
1)中一高压缩性地基，持力层底面或相邻基底标高的坡度大于10％；
2)中一高压缩性地基，持力层及其下卧层在基础宽度方向上的厚度差值大于0.05b(b为基础宽度)。

3.地基承载力评价
高程建筑物的地基承载力应同时满足极限稳定和不超过容许变形为原则，根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004) 以及《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)可计算地基极限承载力及承载力设计值。
在确定地基承载力时，应根据土质条件选择现场载荷试验、室内试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验等原位测试方法，结合理论计算和设计需要进行综合评价。岩石地基应根据现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021划分和评定岩石坚硬程度、岩体完整程度、风化程度和岩体基本质量等级，其承载力特征值应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007有关规定确定。
4．地基土强度验算
地基承载力的计算应符合下列要求：
a.持力层及软弱下卧层的地基承载力验算；
b.当高层建筑周边的附属建筑基础处于超补偿状态，且其与高层建筑不能形成刚性整体结构时，应考虑由此造成高层建筑基础侧限力的永久性削弱及其对地基承载力的影响；
c.拟提高附属建筑部分基底压力，以加大其地基沉降、减小高低层建筑之间的差异沉降时，应同时验算地基承载力特征值及地基极限承载力，保证建议的地基承载力满足强度控制要求。
除应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定确定地基承载力特征值fak和修正后的地基承载力特征值fa外，还可按附录A估算地基极限承载力fu，除以安全系数 K 以确定实际基础下地基承载力特征值fa，K 值应根据建筑安全等级和土性参数的可靠性在2～3之间选取。计算fa时，应根据基底下的地层组合条件并结合地区经验综合确定地基持力层的代表性内摩擦角标准值φk和代表性黏聚力标准值Ck。
当场地、地基整体稳定且持力层为完整、较完整的中等风化、微风化岩体时，可不进行地基变形验算。其余地基的最终沉降应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007规定的方法，亦可按本规程规定的其他方法计算分析。在地基沉降预测中的地基应力计算宜考虑地基土层渗透性的影响，沉降预测应考虑后期地面填方和相邻建设工程的影响。
(1)依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)5.2.4公式，计算经深宽修正后的地基承载力特征值，即：
fa＝fak+ηbγ(b－3)+ηdγm(d－0.5)
式中：
fa：修正后的地基承载力特征值；
fak：地基承载力特征值；
γ：基础底面以下土的重度；
γm：基础底面以上土的加权平均重度；
ηb、ηd：基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；
b：基础底面宽度，大于6m按6m取值；
d：基础埋置深度。
（2）依据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72－2004)附录A第A.0.1公式估算天然地基极限承载力ƒu，即：
ƒu=1/2Nrξrbγ+Nqξqγ0d+Ncξcck
式中：
Nr、Nq、Nc：承载力系数，根据地基持力层代表性内摩擦角标准值 φk 查表取值
ξr、ξq、ξc：基础形状系数，查表计算取值
ck：；
安全系数K。
(3) 采用《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002第5.2.5公式计算地基承载力特征值：
fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck
Mb、Md、Mc：承载力系数，用φk值按表5.2.5查得
γ：基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；
γm：基础底面以上土的加权平均重度；
ck、φk：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力、内摩擦角标准值，按附录E计算；
5.地基土的变形评价
（1）由于基坑开挖深度不大，根据有关规范及当地建筑经验地基土的回弹变形较小，可忽略不计，地基土的变形主要表现在沉降变形上。
（2）沉降变形验算
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)公式，采用分层总和法计算地基最终变形量，即：
S=ΨsS＇=Ψs
式中：
S：地基最终变形量（mm）；
S＇：按分层总和法计算出的地基变形量；
ψs：沉降计算经验系数；
p0：对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力；
Esi：第i层土的压缩模量，按土的自重应力至土的自重应力与土的附加应力之和段取值；
zi、zi-1：基础底面至第i层、第i-1层土底面的距离；
i、i-1：基础底面计算点至第i层、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
地基变形计算深度Zn=21—23m，满足下式要求：
Δsn＇≤0.025Δsi＇
式中　Δsi＇：在计算深度范围内，第i层土的计算变形值；
Δsn＇：在由计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值。
5 腐蚀性评价表
水、土的腐蚀性按《岩土工程勘察规程》(GB50021-2001)进行。
6. 基坑边坡稳定性评价部分
（1）基坑工程安全等级划分
按《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72—2004第8.7.2条，基坑工程安全等级划分有关规定，来确定。
（2）基坑边坡稳定性
粘性土基坑侧壁允许自立高度根据《工程地质手册》的计算粘性土的侧壁允许自立高度，即：z0=tan(45º+)
式中：C：侧壁土体粘聚力（kPa）；
γ：侧壁土体天然重度，取（KN／m3）；
φ：侧壁土体的内摩擦角（0）。
7 膨胀性评价

关于卓越周期的一些问题
1.卓越周期的定义
地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动，由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。这种周期即为该岩土体的特征周期，也叫做卓越周期。由多层土组成的厚度很大的沉积层，当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射，由于波的叠加而增强，使长周期的波尤为卓越。卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。巨厚冲积层上低加速度的远震，可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。
2. 几种周期及相关概念
自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，与结构的高度H、宽度B有关。
基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型：任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。而对建筑结构而言，有时又称为主振型，一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。
高阶振型：相对于低阶振型而言。一般来说，低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。对一般较规则的建筑物，选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数（大多数情况下为楼层数），若质点数较多时，根据计算结果可以只取前几个振型（即低阶振型）进行叠加。
特征周期Tg：即建筑场地自身的周期，是建筑物场地的地震动参数，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别等。
在抗震设计规范中，设计特征周期Tg与场地类别有关：场地类别越高（场地越软），Tg越大；地震震级越大、震中距离越远，Tg越大。Tg越大，地震影响系数α的平台越宽，对于高层建筑或大跨度结构，基本周期较大，计算的地震作用越大。
图 地震影响系数曲线
场地卓越周期Ts：地震波在某场地土中传播时，由于不同性质界面多次反射的结果，某一周期的地震波强度得到增强，而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。场地卓越周期只反映场地的固有特征，不等同于设计特征周期。
其由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求的。
场地脉动周期Tm：应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。测试应在环境十分安静的情况下进行，场地的震动类似人体的脉搏，所以称为“脉动”。场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征，与强地震作用下场地的动力特性既有关联，又不完全相同。
3.几种周期的计算方法
3.1特征周期的计算
特征周期值Tg是根据设计地震分组及场地类别据建筑抗震设计规范中表 5.1.4-2查取值。
3.2场地卓越周期的计算
根据日本学者对土层剪切波速vs与地脉动测试对比研究，提出对于单一土层的地基，场地卓越周期可由表土层剪切波速计算得出：其计算公式如下：
T= ∑4hi/vsi，
式中：
hi——第i层土的厚度(m)；
vsi第i层土的剪切波速(m／s)；
n ——土层数
对于多层土的卓越周期根据国外有关规范按下式计算：
Ts= 32∑(hi（Hi-1+Hi）)/vsi
式中：
Hi——天然地面至第i层土地面的深度，计算地基卓越周期时，从基础底面算起。
vsi——第i层实测剪切波速
Hi-1——建筑物基地至i-1层底面的距离
hi——第i层的厚度
显然，表土层愈厚，其剪切波速度愈低(即土层愈松软)，则卓越周期愈长。
3.3场地脉动周期Tm的计算
是地脉动测试所获得的波群波形，通过傅里叶谱分析，在频谱图中幅值最大的那一根谱线所对应的频率即为所测场地微振动信号的卓越频率，并由此计算出卓越周期即脉动卓越周期。
地脉动是由随机振源(包括自然因素，如地震、风振、火山活动、海洋波浪等；人为因素，如交通、动力机器、工程施工等)激发并经场地不同性质的岩土层界面多次反射和折射后传播到场地地面的振动川，是地面的一种稳定的非重复性随机波动。同时，地脉动不同的频幅变化和作用历程，会引起岩土体的不同响应。
地脉动测试场地卓越周期计算公式如下：
T=1/f
式中：
Tm——场地卓越周期（s）
ƒ——卓越频率（HZ）。
国内的相关研究表明：地脉动是一种以剪切波为主的体波，剪切波在覆盖层中的传播时间与地脉动卓越周期密切相关，能够较的反应地脉动卓越周期大小，覆盖层厚度，剪切波在覆盖层中的等效剪切波速，剪切波在软土层中的等效剪切波速和软土层的厚度是影响地脉动卓越周期的重要因素，其中最主要的影响因素是剪切波在覆盖层中的等效剪切波速。在场地条件条件较好，波速测试较为理想的情况下脉动卓越周期与通过剪切波速数据计算的场地卓越周期基本一致，但在场地条件较差，覆盖层土质不均的及其它因素的影响，脉动卓越周期与通过剪切波速计算的场地卓越周期存在较大差异。一般认为对于重要工程，最好通过地脉动测试来确定场地脉动卓越周期。
4.场地卓越周期、特征周期对构（建）筑物的影响
自振周期避开特征周期可以减小地震作用。当结构的自振周期超过设计特征周期时，地震作用就会随其自振周期的增大而减小。当结构的自振周期小于0.1s时，地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期，但一般不大于6.0s。
自振周期与场地的卓越周期相等或接近时地震时可能发生共振，震害比较严重，反之震害就小，国内外根据震害研究表明，在大地震时，由于土壤发生大变形或液化，土的应力——应变关系为非线性，导致土层剪切波速Vs发生变化。因此，在同一地点，地震时场地的卓越周期将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。
如果仅从数值上比较，场地脉动周期Tm最短，卓越周期Ts其次，特征周期Tg最长
参考资料：
岩土工程勘察规范（GB50021-2001）
建筑抗震设计规范(GB50011-2001)
地基动力特性测试规范（GB/T50269-97）
工程地质手册（第四版）
工程地质学基础（唐辉明）
地脉动产生机理和传播特性的研究（许建聪、简文彬、尚岳全）

参考文献
1. 地下水腐蚀性评价：《岩土工程勘察规范》2009版，12条，第122-126页
2. 地基土的物理力学性质测试：《岩土工程勘察规范》2009版，14.2条，第132-133页
3. 卵石土分类：《岩土工程勘察规范》2009版，3.3.8
4. 场地土的类型：建筑抗震设计规范GB50011-2010，4.1
5. 建筑场地类别：建筑抗震设计规范GB50011-2010，4.1
6. 场地地震效应评价：《岩土工程勘察规范》2009版，5.7；建筑抗震设计规范GB50011-2010，4.3
7. 膨胀性评价：《岩土工程勘察规范》2009版，6.7+附录D；膨胀土地区建筑技术规范，GBJ112-89，2.3.3条
8. 地基土均匀性评价：《高层建筑岩土工程勘察规程》2004,8.2.4
9. 地基承载力特征值：《建筑地基基础设计规范》2011,5.2.3；粘土按标贯，《工程地质手册》188页，卵石土按《工程地质手册》P180,181页
10. 地基土极限承载力：《高层建筑岩土工程勘察规程》，8.2.6附录A；《建筑地基基础设计规范》5.2
11. 天然地基变形评价：地基附加应力（土力学方法）；地基沉降量计算《建筑地基基础设计规范》2011，5.3，按钻孔计算；基础倾斜验算（《建筑地基基础设计规范》）

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