岩土工程若干问题(龚晓南院士广东交院讲座).ppt

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,*,岩土工程若干问题,龚晓南,浙江大学,Tel.:[phone],Email:,xngong,岩土工程数值分析的几点思考,复合地基技术规范,编制介绍,按变形控制设计,岩土工程若干问题,岩土工程数值分析的几点思考,复合地基技术规范,编制介绍,按变形控制设计,岩土工程若干问题,岩土工程数值分析的几点思考,现状调查结果分析,岩土工程分析中的关键问题,如何发展本构理论的思考,数值分析在岩土工程分析中的地位,现状调查内容,1,被调查人基本情况,年龄、岗位、从事数值计算分析经历、工作岗位省市,2,、在岩土工程分析中地位评价,(,限,1,项,),非常重要 重要 一般 不需要,3,、数值分析中的关键问题,(,限,1-2,项,),分析方法 本构模型 参数测定 边界条件模拟,计算分析技巧,4,、哪几种数值分析方法较适用于岩土工程分析（最多填,3,项）,解析法 有限单元法 有限差分法 离散单元法,边界元法 无网格法 非连续变形法,DDA,数值流形元,NMM,其它请给出,(,）,现状调查内容,5,、进一步提高岩土数值分析能力需要解决的关键问题（最多填,2,项）,发展新的分析方法 建立新的本构模型,本构模型参数测定 提髙计算机计算速度和容量,商用大型计算软件,其它请给出,(,）,6,、你完成的工程设计取值主要来自（无工程设计经历可不填）,经验公式法数值计算法解析计算法综合判断法,7,、你对岩土工程数值分析发展的建议,(,可不填也可详述,),调查结果分析,-,被调查人员结构,总数,:,139,（,截止,2010,年,10,月,25,日）,其中,:,上海,16,北京,15,南京,12,天津,3,香港,1 USA 1,台湾,5,武汉,7,杭州,26,厦门,2,福州,4,绍兴,1,广州,4,深圳,7,太原,1,沈阳,2,西安,3,重庆,2,成都,2,青岛,3,郑州,1,长沙,4,石家庄,1,兰州,3,南宁,1,包头,2,合肥2,海口,5,未明地址,3,(,不少于,28,个地区,),调查结果分析,-,被调查人员结构,调查结果分析,-,被调查人员结构,调查结果分析,-,被调查人员结构,调查结果分析,1,调查结果分析,2,调查结果分析,3,调查结果分析,4,调查结果分析,5,调查结果分析,6,部分专家对岩土工程数值分析发展的建议,刊,地基处理,2010,（,4,）,53,位同行专家对岩土工程数值分析发展的建议,编者 浙江大学 龚晓南,编者注：,在这次调查中，有,53,位同行专家对岩土工程,数值分析发展提出了建议。编者对所提建议只从挌式上,作了统一编排，除隐去了提出建议的同行专家的姓名,外，其它未作增减，原汁原味,，,供参考。,岩土工程数值分析的几点思考,调查结果分析,岩土工程分析中的关键问题,如何发展本构理论的思考,数值分析在岩土工程分析中的地位,固体力学基本方程,运动微分方程式,(,动、静）,几何方程（,小应变、大应变）,本构方程,(,力学本构方程,),边界条件和初始条件,多相连续体力学基本方程,运动微分方程式,(,动、静）,有效应力原理,几何方程（,小应变、大应变）,连续方程,本构方程,(,力学和,渗流,本构方程,),边界条件和初始条件,岩土工程分析中的关键问题,运动微分方程式,有效应力原理,几何方程,连续方程,本构方程,边界条件和初始条件,岩土工程数值分析的几点思考,现状调查结果分析,岩土工程分析中的关键问题,如何发展本构理论的思考,数值分析在岩土工程分析中的地位,什么是本构模型,反映作用,效应,(,响应,),之间的关系,(,Janbu,),虎克定律,/=E,欧姆定律,v /I=R,达西定律,q/I=K,等等,工程材料本构方程,龚晓南等，,1995,，中国建筑工业出版社,岩土工程分析建立本构模型的对象,岩土的特性,自然、历史的产物。,土体性质,区域性强,，即使同一场地同一层土，沿深度和水平方向变化也很复杂,；,初始应力场,复杂且难以测定,；,土是,多相体,，一般由固相、液相和气相三相组成。土体中的三相有时很难区分,，,而且处不同状态的土,相互之间可以转化,。,土中水的状态十分复杂；,土的本构关系,很复杂；,土体具有,结构性,，与土的矿物成分、形成历史、应力历史和环境条件等因素有关，十分复杂,强度、变形和渗透特性测定困难,。,土的应力应变关系的复杂性,弹性？粘性？塑性？粘弹性？弹塑性？粘弹塑性？,剪胀性、各向异性,-,土的应力应变关系与应力路径、加荷速率、应力水平、成份、结构、状态等有关,土的本构模型,弹性模型 损伤模型,刚塑性模型 结构性模型,非线性弹性模型,-,弹塑性模型,粘弹性模型,粘弹塑性模型,边界面模型,内时模型,多重屈服面模型,本构模型是岩土工程分析中的关键问题,避不开,岩土体特性复杂，建立通用的本构模型,难，不可能,关于岩土本构模型的思考,建立本构模型是岩土工程分析中的关键问题，,避不开,岩土体特性复杂，建立通用的本构模型,难，不可能,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,关于岩土本构模型的思考,建立本构模型是岩土工程分析中的关键问题，,避不开,岩土体特性复杂，建立通用的本构模型,难，不可能,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办怎么办,?,怎么办,?,急没用！通用不行！理想不行！完美不行！,怎么办,?,关于岩土本构模型的思考,建立本构模型是岩土工程分析中的关键问题，,避不开,岩土体特性复杂，建立通用的本构模型,难，不可能,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,怎么办,?,急没用，通用不行，理想不行，完美不行。,怎么办,?,要努力！要多想想岩土的特性。,关于岩土本构模型的思考,土的本构模型发展的思考，,怎么办？,精细模型,发现、描述规律；科学问题,。科学家,实用模型,解决工程问题；工程问题,。,工程师,既要科学家，更要工程师！,土的本构模型发展的思考，,怎么办？,精细模型 发现、描述规律；科学问题,实用模型 解决工程问题；工程问题,工程实用模型,工程特性,（基坑工程、路堤工程,.,）,区域性,（上海，杭州,.,）,土类,（,粘性土，砂性土，黄土,.),例：,适用基坑工程分析杭州粘土本构模型,适用建筑工程沉降分析的杭州粘土本构模型,适用建筑工程沉降分析的上海粘土本构模型,岩土工程数值分析的几点思考,引言,现状调查结果分析,岩土工程分析中的关键问题,如何发展本构理论的思考,数值分析在岩土工程分析中的地位,岩土工程,数值分析对象的特性,自然、历史的产物。,土体性质,区域性强,，即使同一场地同一层土，沿深度和水平方向变化也很复杂,；,初始应力场,复杂且难以测定,；,土是,多相体,，一般由固相、液相和气相三相组成。土体中的三相有时很难区分,，,而且处不同状态的土,相互之间可以转化,。,土中水的状态十分复杂；,土的,本构关系,很复杂；,土体具有,结构性,，与土的矿物成分、形成历史、应力历史和环境条件等因素有关，十分复杂,强度、变形和渗透特性测定困难,。,岩土工程,数值分析对象的特性,自然、历史的产物。土体性质区域性强，即使同一场地同一层土，沿深度和水平方向变化也很,复杂,；,初始应力场,复杂,且,难,以测定,；,土是多相体，一般由固相、液相和气相三相组成。土体中的三相有时很,难,区分,，,而且处不同状态的土相互之间可以转化。土中水的状态十分,复杂,；,土的本构关系很,复杂,；,土体具有结构性，与土的矿物成分、形成历史、应力历史和环境条件等因素有关，十分,复杂,强度、变形和渗透特性测定,困难,。,满頁充满,复杂与难！,岩土工程与结构工程数值分析,误差来源分析,结构工程,岩土工程,材料均匀性,较均匀，误差,小,不可见因素多，误差,大,几何模拟,节点模拟可能产生,较大,误差,界面模拟误差,较大,本构关系,较简单，可用线性关系,可能产生误差,不大,很复杂，所用本构模型,可能产生,较大,误差,模型参数,测定误差,较小,测定误差,较大,初始应力,一般初始应力小，影响也,小,初始应力大且测定难，影响,大,分析方法,线性分析误差,较小,非线性分析误差可能,较大,边界条件,较复杂,可能产生,较大,误差,较复杂,可能产生,较大,误差,结论,：对结构工程，处理好数值分析可用于定量分析,对岩土工程，数值分析目前只能用于定性分析,岩土工程问题分析,工程地质资料,综合判断,土的工程性质,土力学基本概念,工 程 经 验,计算、分析,岩土工程设计,经验公式法,数值计算法,解析计算法,工程经验,岩土工程问题分析,工程地质资料,工程判断,土的工程性质,土力学基本概念,工 程 经 验,计算、分析,岩土工程设计,因地制宜，抓主要矛盾,宜粗不宜细、宜简不宜繁,工程经验,数值分析在岩土工程分析中的地位,岩土工程计算分析的重要手段，并有待进一步发展、完善,岩土工程师工程判断的依据,主要用于复杂岩土工程问题定性分析,岩土工程数值分析的几点思考,复合地基技术规范,编制介绍,按变形控制设计,岩土工程若干问题,复合地基技术规范,编制介绍,概况,主要内容,几个问题,复合地基技术规范,编制介绍,概况,主要内容,几个问题,概况,立项意义,参编单位,编制进展,深层搅拌桩复合地基,高压旋喷桩复合地基,夯实水泥土桩复合地基,灰土挤密桩复合地基,二灰桩复合地基,石灰桩复合地基,挤密碎石桩复合地基,置换碎石桩复合地基,砂桩复合地基,CFG,桩复合地基,混凝土桩复合地基,钢筋混凝土桩复合地基,大直径薄壁筒桩复合地基,强夯置换墩复合地基,长,-,短桩复合地基,低强度桩复,合地基,桩网复合地基,复合地基在我国的发展,市政工程,机场工程,水利工程,堆场工程,高层建筑,住宅区工程,交通工程,复合地基在我国土木工程中得到广泛应用,Shallow Foundation Composite Foundation Pile Foundation,浅基础,复合地基 桩基础,复合地基成为基础工程学的重要内容，,促进了基础工程学的发展,立项意义,复合地基,己成为重要的地基,基础,形式之一,参编单位,(,排名不分先后,),主编单位：浙江大学建筑工程学院,浙江中南建设集团有限公司,参编单位：同济大学,天津大学,长安大学,太原理工大学,湖南大学,福建省建筑科学研究院,中国铁道科学研究院深圳研究设计院,浙江省建筑设计研究院,中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,参编单位,参编单位：广厦建设集团有限责任公司,广东省航盛建设集团有限公司,甘肃土木工程科学研究院,吉林省建筑设计院有限责任公司,湖北省建筑科学研究设计院,中国兵器工业北方勘察设计研究院,武汉谦诚岩土工程有限责任公司,浙江省东阳第三建筑工程有限公司,上海申元岩土工程有限公司,河北省建筑科学研究院,编制进展,1,、筹备会议,2009,年,9,月,2,、笫一次编委会,2009,年,10,月 编写原则，章节设置，分工，计划按排,3笫二次编委会,2010,年,5,月,征求意见稿,4,、笫三次编委会,2010,年,10,月 送审稿,5,、专家审查会,2011,年,5,月审查会议纪要,6,、形成报批稿,已上报待批,复合地基技术规范,编制介绍,概况,主要内容,几个问题,主要内容,(,目录）,1,、总则,2,、术语和符号,3,、基本规定,4,、复合地基计算分析,4.1,计算荷载,4.2,承载力,4.3,沉降,4.4,稳定分析,5,、复合地基勘察要点,主要内容,6,、深层搅拌水泥土桩复合地基,6.1,一般规定,6.2,设计,6.3,施工,6.4,质量检验,7,、高压旋喷水泥土桩复合地基,8,、灰土挤密桩复合地基,9,、夯实水泥土桩复合地基,10,、石灰桩复合地基,11,、挤密砂石桩复合地基,12,、置换砂石桩复合地基,13,、强夯置换墩复合地基,主要内容,14,、刚性桩复合地基,15,、长短桩复合地基,16,、桩网复合地基,17,、复合地基监测和检测要点,附录,A,竖向抗压载荷试验要点,本规范用词说明,引用标准名录,附,：,条文说明,复合地基技术规范,编制介绍,概况,主要内容,几个问题,几个问题,章节设置,名词统一,重要概念,有待进一步解决的问题,章节设置,1,挤密砂石桩复合地基,与,置换砂石桩复合地基,挤密砂石桩复合地基,加固机理,挤密,应用范围,适用于处理松散的砂土、粉土、粉质粘土和可液化土层，及人工填土、粉煤灰等可挤密土层。,发展趋势,置换砂石桩复合地基,加固机理,置换,应用范围,适用于处理饱和黏性土地基和饱和黄土地基,发展趋势,为桩体材料试块抗压强度平均值，桩体强度折减系数,（）,可取,0.33-0.36,，,灌注桩或长桩时用低值，预制桩取高值。,章节设置,2,刚性桩复合地基,可采用,钢筋混凝土桩、素混凝土桩、预应力管桩、,大直径薄壁筒桩、水泥粉煤灰碎石桩（,CFG,桩）、二灰混,凝土桩和钢管桩,等刚性桩。钢筋混凝土桩和素混凝土桩包,括现浇、预制，实体、空心，以及异形桩等。,章节设置,3,长短桩复合地基,由长桩和短桩组成的桩体复合地基称为长短桩复合地基。,长桩宜采用刚性桩，也可采用加筋水泥土桩，短桩宜采用低强度桩、水泥土桩、或散体材料桩。,长桩和短桩可采用同一桩型。,刚,柔性桩,复合地基是长短桩复合地基的一种型式,章节设置,4,桩网复合地基,桩网复合地基与桩承堤,本规范中桩网复合地基,覆盖,桩承堤,名词统一,深层搅拌水泥土桩复合地基,水泥土搅拌桩复合地基,深层搅拌桩复合地基,深层搅拌法,（水泥浆、石灰粉体）,（喷水泥浆、喷水泥粉）搅拌桩和粉喷桩,水泥与其它固化剂,名词统一,建筑地基基础术语标准,建筑岩土工程勘察基本术语标准,建筑地基处理技术规范,复合地基技术规范,重要概念,1,复合地基设计中应根据各类复合地基的荷载传递特性，保证复合地基中桩体和桩间土在荷载作用下能够共同承担荷载。,复合地基中桩体采用刚性桩时,应,选用摩擦型桩。,刚性基础下粘结材料桩与地基土体 形成复合地基的条件,不能形成,有条件,重要概念,复合地基中桩体采用刚性桩时,应,选用摩擦型桩,重要概念,2,复合地基设计应进行承载力和沉降计算，,其中用于填土路堤和柔性面层堆场等工程的复合地基除应进行承载力和沉降计算，还应进行,稳定分析,。对位于坡地、岸边的复合地基均应进行,稳定分析,。,重要概念,3,复合地基上,宜,设置垫层。根据不同需要设置砂石垫层、加筋碎石垫层、灰土垫层等。,复合地基的本质,是否,设置垫层,是形成复合地基的必要条件,?,是否桩体,不与基础底板连接,是形成复合地基的必要条件,?,是否只有,砂石桩,才能形成复合地基,?,桩体与桩间土是否,直接同时承担荷载,是形成复合地基的必要条件，也是,复合地基的本质,有待进一步解决的问题,复合地基沉降计算,下卧层中附加应力计算,刚性桩复合地基稳定计算,复合地基沉降计算,复合地基沉降宜按下式计算：,式中：,复合地基加固区复合土层压缩变形量（,mm,）；,加固区下卧土层压缩变形量（,mm,）。,下卧层中附加应力计算,压力扩散法,较困难的是压力扩散角的合理选用。,研究表明复合地基中压力扩散角与双层地基中压力扩散角数值是不相同的。,等效实体法,研究表明：采用等,效实体法计算作用在,加固区下卧土层上的,附加应力，误差主要,来自对侧摩阻力,值的,合理选用。,复合地基与均质地基的沉降,复合地基,均质地基,复合地基与均质地基的沉降,刚性桩复合地基稳定计算,对刚性桩复合地基，稳定分析中最危险滑动面上的总剪切力可只考虑由传至复合地基桩间土地基面上的荷载确定，最危险滑动面上的总抗剪切力计算中，只考虑复合地基加固区桩间土和未加固区天然地基土体对抗力的贡献。,上述分析方法中由于没有考虑由,刚性桩承担的荷载产生的滑动力,和,刚性桩抵抗滑动的贡献，,稳定分析安全系数应适当提髙,。,稳定分析安全系数可通过综合考虑桩体类型、复合地基置换率、工程地质条件、桩持力层情况等因素确定。,岩土工程数值分析的几点思考,复合地基技术规范,编制介绍,按变形控制设计,岩土工程若干问题,控制变形的重要性,工程建设需要：,建筑工程,事故大多源自差异沉降,机场、髙等级公路对控制沉降的要求,基坑工程对控制变形的要求,不同地基基础之间过渡段对控制,沉降,差的要求,-,控制变形的重要性,变形计算落后：,计算理论和计算,方法,概念模糊,工程地质复杂,沉降,如：,深厚软粘土地基在荷载作用下，什么是地基的,最终沉降？什么是最大沉降？什么是工后沉降？,与地基的瞬时沉降，固结沉降，次固结沉降关系如何？,上述各种沉降如何计算？它们相互间的关系如何？,你关心的是什么沉降？你计算得到的又是什么沉降？,如何确定？,按变形控制设计,基坑工程,按稳定控制设计：,围护体系不失稳，不限制变形,按变形控制设计：,围护体系不失稳，严格限制变形量,建筑工程：,按沉降控制设计,是先按沉降控制要求进行设计，然后验算地基承载力是否满足要求。,按承载力控制设计,是先按承载力要求进行设计，然后验算沉降量是否满足要求。,积极发展按变形控制设计理论,提高对发展按变形控制设计理论重要性的认识,努力发展变形计算理论,，,提高计算精度,发展按变形控制设计理论,工程博士,工程博士的培养,“,三个特殊,”,原则：,录取条件、培养方案、出口条件。,候选人基本要求：,1,、一般应具有硕士学位或相关工程领域硕士专业学位；,2,、现任国有大中型企业高层次技术和业务管理人才，央企优先考虑；,3,、所在企业须承担国家科技重大专项，候选人应参与该重大专项,2012,年,9,月份入学，于,11,月,24,日前将,推荐表,电子版发给工学部。,谢谢诸位！,敬请指正！,！,