巖土工程師繼續(xù)教育講座

1、巖土工程師繼續(xù)教育講座—土力學與巖土工程師,同濟大學 高大釗2010年11月 貴陽,引 言,在中國工程勘察信息網(wǎng)的專欄中，提出了許多疑難問題，在答疑和討論的過程中，積累了不少的資料，出版了《土力學與巖土工程師》－巖土工程疑難問題答疑筆記整理之一，協(xié)會提出圍繞這本書的主題開展講座，也是一個很好的嘗試。,內(nèi) 容,一.巖土工程師的職責與作用 二. 巖土工程師應該具備的基本素養(yǎng) 三. 巖土工程師應具備的土力學素養(yǎng)

2、,一.巖土工程師的職責與作用,1.太沙基巖土工程體制下 2. 現(xiàn)行勘察、設計體制下,1.太沙基巖土工程體制下,巖土工程體制是指在土木工程領域中，處理巖土工程問題的一種符合市場經(jīng)濟的運行機制，在業(yè)主、上部結(jié)構(gòu)設計、巖土工程咨詢之間建立相互配合協(xié)調(diào)的技術、經(jīng)濟關系的一種運行模式。,在上一個世紀中期，太沙基等在世界各地的水利工程、鐵路建設、港口工程和機場工程等土木工程的第一線解決巖土工程問題的過程中，發(fā)展了巖土工程技術，創(chuàng)造了這種符合市場經(jīng)

3、濟原則，與工程實踐緊密結(jié)合的巖土工程咨詢業(yè)。,后來許多市場經(jīng)濟國家大多按照這種模式建立起巖土工程的體制，其服務對象不分行業(yè)、其工作內(nèi)容將地質(zhì)調(diào)查和設計融為一體，且其技術人員具有地質(zhì)和工程兩方面的素養(yǎng)，是一種一攬子服務、全過程服務的技術咨詢工作，成為巖土工程師從業(yè)的成功模式。,當然，國外的巖土工程體制的成功有其市場大環(huán)境的有利條件，包括國家對工程建設合理的技術控制體系、對人才市場的有效管理體制和工程保險業(yè)提供的保障以及技術咨詢業(yè)的成熟發(fā)展

4、等有利條件。,巖土工程師的職責是根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師對上部結(jié)構(gòu)設計的結(jié)果，擬訂場地的勘探方案，監(jiān)督鉆探公司與試驗公司的工作質(zhì)量，進行資料的分析評價和巖土工程的設計，對巖土工程的施工過程進行質(zhì)量監(jiān)理并對工程的運行進行監(jiān)測。,巖土工程師是在結(jié)構(gòu)設計已經(jīng)確定了上部結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件尺寸和傳到基礎頂面荷載的條件下主持場地勘察和基礎工程的設計工作。因此，勘察的前提明確，場地勘察的目的性和勘察方案的針對性強，勘察成果直接為設計所需要。,在地基基礎設計中，設計

5、者對地質(zhì)條件非常清楚，不存在勘察與設計兩個階段之間信息傳遞的各種障礙。工作階段的劃分比較合理，根據(jù)巖土工程的特點，將勘察與設計整合為一個有機的整體，將場地勘察納入基礎工程設計的統(tǒng)一思路之中，設計過程中可以加深對場地巖土工程問題的認識，結(jié)論產(chǎn)生于設計的結(jié)果。,,2.現(xiàn)行勘察、設計體制下,我國從上個世紀50年代開始，建立了計劃經(jīng)濟的體制，與計劃經(jīng)濟相適應的是以行政部門所有制為特征的勘察設計體制，按行政部門進行工程項目的規(guī)劃、勘察、設計與施

6、工。,對于巖土工程問題，也按行政部門建立了分屬于勘察、設計單位的技術主管或智囊團，主導了各個行業(yè)或部門的巖土工程技術發(fā)展模式，制訂了各個行業(yè)的技術標準。,在這種體制下，巖土工程被分割在各個不同的行業(yè)中；在同一個行業(yè)中，統(tǒng)一的巖土工程技術工作又被分割在勘察和設計兩大部門；在學校教育工作中，人才也是按不同行業(yè)的特殊需要、分別按勘察和設計兩大部門的專門要求培養(yǎng)的。,在上部結(jié)構(gòu)設計以前，巖土工程師對場地進行巖土工程勘察，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)勘察報告提

7、供的資料進行巖土工程設計，在巖土工程施工和運行工程中或由其他的巖土工程師進行監(jiān)理和監(jiān)測。,,,巖土工程師在上部結(jié)構(gòu)設計之前就已經(jīng)完成了對場地的勘察，由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)勘察報告的結(jié)論進行基礎工程的設計。巖土工程師只能做一些不依賴于于上部結(jié)構(gòu)條件的巖土工程設計，如基坑工程、邊坡工程等。,將一個統(tǒng)一的技術工作過程劃分為兩個階段，勘察在設計之前進行，巖土工程勘察的條件不明確，勘察報告的結(jié)論針對性比較差，在基礎工程設計過程中，巖土工程師無法有所作為

8、。,例如，地基承載力的最終確定應當是在設計過程之中，而不是在設計之前的工程勘察過程中。確定地基承載力時，既需要掌握地質(zhì)條件和土的工程性質(zhì)指標，又必須掌握建筑物的使用要求和結(jié)構(gòu)的特點，特別是基礎的類型、平面尺寸和埋置深度。,在勘察階段，主要探明地質(zhì)條件和測定土的工程性質(zhì)指標，但尚不能確切地掌握建筑物的具體尺寸。因此在勘察階段建議的地基承載力僅是初步的估計，而不是結(jié)論。,需要在設計的過程中，在設計條件不斷明確的條件下，在反復、迭代、試算的

9、設計過程中最終才能確定比較符合實際工程條件的地基承載力。前后兩個階段的工作應當是一個完整的技術決策的統(tǒng)一過程，是相互補充而不是對立的關系。,但在目前的體制中，不恰當?shù)卣J為地基承載力應由勘察人員提供，設計人員僅是勘察成果的使用者，用勘察提供的地基承載力進行設計，設計無權(quán)改變地基承載力的數(shù)值。如果一旦發(fā)生事故，他也不對地基承載力的取值負任何的責任，應由勘察方負責。,由于勘察階段工程條件的不明確性和不確定性，勘察的評價和結(jié)論就需要在設計過程中

10、不斷完善，而這種分隔的體制是不容許技術上交叉作業(yè)，不容許在設計的過程中不斷地加深對地質(zhì)條件的理解，從而正確地選用地基承載力。,審圖究竟是一項什么工作？,我國的標準化法第三條規(guī)定 , 標準化工作的任務是制定標準、組織實施標準和對標準的實施進行監(jiān)督。,由于我國有關建設工程的強制標準的條文總數(shù)大約有15萬條之多，很難檢查執(zhí)行的情況，因此強制性標準的執(zhí)行情況實際上處于失控的狀態(tài)。因此，建設部于世紀之交組織編制了強制性條文，實施對強制性條文的施

11、工圖審查。,2000年5月，建設部俞正聲部長在強制性條文首發(fā)式上說，世界上大多數(shù)國家對建設市場的技術控制，采取的是技術法規(guī)與技術標準相結(jié)合的管理體制，技術法規(guī)是強制性的，不執(zhí)行技術法規(guī)就是違法，就要受到處罰。,而技術標準除了被技術法規(guī)引用部分以外，都是自愿采用的，可由雙方在合同中約定采用。與國際接軌，其中很重要的方面是工程建設標準管理體制的接軌，建立起技術法規(guī)與技術標準相結(jié)合的技術控制體制，已經(jīng)是十分迫切的了。,世界上大多數(shù)國家對建設市

12、場的技術控制，采取的是技術法規(guī)與技術標準相結(jié)合的管理體制。 技術法規(guī)是強制性的，嚴格貫徹在工程建設工作中，不執(zhí)行技術法規(guī)就是違法，就要受到處罰。,技術標準除了被技術法規(guī)引用部分以外，都是自愿采用的，可由雙方在合同中約定采用。世界上經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)，多已在建筑（建設）領域較完整地實行了這種體制。,技術法規(guī)Technical regulation，是一種法定權(quán)力機構(gòu)所接受的約束性文件，它由技術性規(guī)定組成，或涉及技術性規(guī)定，其中包括

13、適用的管理條款。,對直接涉及公眾基本利益的安全、衛(wèi)生等技術要求和直接涉及國家長遠利益的環(huán)保、節(jié)能等技術要求，按照指令性模式制定建筑技術法規(guī)。它是強制性技術文件，必須遵照執(zhí)行。,技術標準Technical standard，是基于協(xié)商一致，由公認的標準化機構(gòu)批準，為重復和連續(xù)應用而制訂的技術規(guī)定。,2.對不直接涉及公眾基本利益和國家長遠利益的技術要求，以及為保證實現(xiàn)強制性技術要求而采取的途徑和方法等，按照陳述性模式制訂技術標準。它是非強制

14、性技術文件，自愿采用。,3.為了鼓勵生產(chǎn)者根據(jù)市場需要發(fā)揮主動創(chuàng)造性，促進技術進步，只要建筑產(chǎn)品和技術能滿足強制性技術法規(guī)，允許不執(zhí)行非強制性的技術標準。,經(jīng)過近百年的發(fā)展，當前各經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)，不論其國家政體如何和市場經(jīng)濟的發(fā)展程度如何，在建筑技術制約體制方面盡管有不同的表現(xiàn)形式，但實質(zhì)上都已實行建筑技術法規(guī)與技術標準緊密結(jié)合的體制。,參考國外的普遍做法，國務院標準化行政管理部門對我國標準化體制改革，提出了三步走的設想。即首先實

15、行條文強制與條文自愿采用的形式、適時實行強制性條文與標準自愿采用形式、最終實現(xiàn)強制性的技術法規(guī)與自愿采用的技術標準體制。,我國在修訂標準化法以前沒沒有建筑法規(guī)，作為替代品是強制性條文。因此，施工圖審查的依據(jù)是強制性條文，違反強制性條文是作為違法行為而受到處罰的。要從執(zhí)行法規(guī)的高度來理解施工圖審查。,將施工圖審查的范圍擴大到非強制性的技術標準的做法，不符合政府關于實施施工圖審查的規(guī)定。不利于正確理解與執(zhí)行技術標準，也不利于技術的進步。

16、要區(qū)分施工圖審查與對項目的專家審查。區(qū)分施工圖審查與經(jīng)驗的傳授。要防止由審圖機構(gòu)編制地區(qū)性技術規(guī)定或解釋技術標準。,二.巖土工程師應該具備的基本素養(yǎng),,巖土工程師主要由地學教育背景和工程教育背景的畢業(yè)生組成，兩類畢業(yè)生都有其所長，也有其所短，需要通過繼續(xù)教育填平補齊。,通過研究生階段培養(yǎng)的人才，有單科型和復合型兩種，單科型的指本科、碩士和博士階段都是單一的地學或工程學的，復合型是指地學和工程學交叉學習。顯然，復合型的人才優(yōu)于單科型的。

17、,巖土工程技術是處理土木工程中有關巖土的工程技術問題的一個分支領域，因此從事巖土工程工作的工程師，應當是既具備地質(zhì)學的知識和技能，又通曉土木工程學的知識和技能的跨學科的復合人才。,這樣的人才不可能在學校的一個本科專業(yè)中培養(yǎng)出來，也不可能在學校中能培養(yǎng)出來的。巖土工程師是在學校培養(yǎng)的基礎上，通過工作實踐的鍛煉，通過繼續(xù)教育的培養(yǎng)，填平補齊，全面發(fā)展而成長起來的。,在30年前，同濟大學俞調(diào)梅教授就對于巖土工程人才培養(yǎng)問題，提出了精辟的見解，

18、30年的實踐證明了這個見解的正確性。,,在前言中說道：“《工程勘察》雜志上發(fā)表了幾篇關于工程地質(zhì)、工程勘察和巖土工程的文章，引起了對巖土工程、巖土工程體制的重視。,為此，我們查閱了多年來的國際上具有代表性、權(quán)威性的文章，并向國內(nèi)外專家請教。根據(jù)我們的體會寫出了一些初步的認識，請關心這一問題的同志們批評指教?！?在文章結(jié)束時，提出“根據(jù)我們廿多年來的實踐，對于如何更有效地培養(yǎng)巖土工程師的途徑，我們設想：（1）可辦多樣化的業(yè)余教學，包括短訓

19、班、函授、電化教學等，這是主要的。,（2）可以為大學本科的土木工程專業(yè)、工程地質(zhì)專業(yè)試辦巖土工程專門化（其中以土木工程為主）；不主張辦巖土工程專業(yè)，因為三十年來的經(jīng)驗證明了，專業(yè)分工太細是不好的。（3）還可以培養(yǎng)一些研究生。”,這篇論文系統(tǒng)地總結(jié)了同濟大學在1960年代試辦地基基礎專業(yè)的經(jīng)驗與教訓，提出了培養(yǎng)巖土工程人才的途徑和方法。為了配合巖土工程體制改革的需要，80年代國家建筑工程總局委托同濟大學辦了十一期巖土工程師進修班。,著重于

20、對在職工程師的培訓，加強土力學的基礎知識和工程結(jié)構(gòu)的專業(yè)知識。后來，很多進修班的學員都成為了各個單位的技術骨干，成為巖土工程體制改革的積極推動者，但是現(xiàn)在大多已經(jīng)退休。,,,,,根據(jù)我們從1970年代開始辦班，80年代為建設部系統(tǒng)大量辦班到90年代為長江水利委員會辦班的學員教育背景大多是地質(zhì)學院系，專門針對地質(zhì)教育背景設計了課程體系主要補土力學和基礎工程兩大門課。,向上延伸補力學和結(jié)構(gòu)的課程，向下延伸補近代發(fā)展的課程。學習時間為半年到

21、一年。前后跨越了20多年的時間，各種班大概培訓了700～800位工程師。在哪個年代發(fā)揮了一定的作用，積累了繼續(xù)教育的經(jīng)驗。,,注冊巖土工程師考試的內(nèi)容，在一定程度上吸取了當年培訓的經(jīng)驗，認為這些內(nèi)容是巖土工程師的基本要求。在新的歷史時期，在實行注冊巖土工程師的情況下，如何進行繼續(xù)教育是一個值得研究的問題。,六年來，從網(wǎng)站上答疑中所發(fā)現(xiàn)的問題來看，從注冊考試的情況來看，我國當前巖土工程師的基本情況仍然是缺乏土力學的基本素養(yǎng)，在從事巖土

22、工程勘察工作是如此，如果實行太沙基巖土工程體制，對巖土工程師的要求更高，矛盾更為突出。,工程師的繼續(xù)教育,被動繼續(xù)教育與主動繼續(xù)教育－與注冊工程師繼續(xù)教育的異同。繼續(xù)教育是一種終身教育，自我教育。誰來為你做繼續(xù)教育的計劃？成才之路的計劃只能依靠自己－自我設計。,工程師的人生舞臺－工程實踐,人類的工程活動是創(chuàng)造性活動。 人們追求最優(yōu)解，但實現(xiàn)的僅是可用解，而可用解是多解的。不同的工程師得到不同的結(jié)果是非常正常的，是值得鼓勵的。工

23、程師追求的理想是在工程實踐的舞臺上施展才華。,工程師的才華,善于思考和提出問題－敏捷的才思。從紛爭的意見中提出自己的主見－歸納和自信。將工程事故或挫折作為一面鏡子－面對失敗的從容。,從平靜中預見可能的事故苗子，技術洞察力，需要工程經(jīng)驗的積累。畢生研究豈能窮，一生是一卷書。,自信是什么？,自信是對于自己的專長、技能和能力的信心。 自信是一種感覺，一個人成長，然后成功，往往靠這種感覺。,這種感覺引導了你的判斷。一個正確的判斷不僅決

24、定你在一件事情上的成敗，更重要的是它是你走向哪個方向的分界線。,洞察力從何而來？,學校工程教育所賦予的基礎。在工程實踐中得到加強。由工程經(jīng)驗的理性總結(jié)所不斷地驗證與豐富。,工程師與學校教育,工程師的一生應該是一卷書，從學校開卷到社會，學校對工程師一生的影響是深遠的。離開學校以后的發(fā)展又是五彩繽紛的。,學校是工程師的搖籃，但同一個搖籃里可以出不同的工程師。學校教育目的是為培養(yǎng)工程師奠定基礎。培養(yǎng)工程師不是單純靠學校教育能夠完成的

25、。,學校是工程師的搖籃,學校培養(yǎng)工程師的雛形－僅僅是工程師的搖籃。畢業(yè)生不完全適應工作崗位的要求－是常態(tài)還是缺陷？通過工作中的再學習才能成為合格的工程師。,學校教育與聯(lián)系實際,教育培養(yǎng)通才還是專才？教育歷史上的教訓－對口培養(yǎng)，工地上有什么教什么，以任務帶學科。學校里讀的書有沒有用？－厚積薄發(fā)。,繼續(xù)教育－成才之路,書讀得越多越愚蠢？－不同的起跑線。在學校里學到了什么？－釣魚桿的啟示。怎樣做自我設計？,在工程實踐中學習什么和

26、怎樣學習？,什么是實現(xiàn)自我設計的有效步驟？如何掌握機會？－千里之行始于足下。兩種不同的事業(yè)觀和學習觀。,什么是工程經(jīng)驗？ 怎樣評價工程的成敗得失？ 以理性的思維指導解決工程技術問題。作過的事是否就是經(jīng)驗？做了沒有發(fā)現(xiàn)問題的工程是否就是經(jīng)驗？,做了發(fā)生事故的工程是否就是經(jīng)驗？經(jīng)驗不同于經(jīng)歷，經(jīng)驗是理性的積累。不論是成功的或者是失敗工程都需要經(jīng)過理性的分析才能成為真正的經(jīng)驗。,經(jīng)驗和理性思維,理論能不能解決工程問題？

27、規(guī)范能不能解決所有的工程問題？ 解決工程問題需要理性的思維和廣博的知識。,技術標準的理論背景和理論對技術標準的支撐作用。理論和知識來源于勤奮讀書。通讀與精讀。,學海茫無際，畢生研究豈能窮？ 工程師離開工程實踐將一事無成，但只有實踐而不學習理論，只能得到一知半解的實踐知識，同樣也是一事無成的。,在我的第一本書中，主要講了巖土工程體制和巖土工程師的土力學素養(yǎng)問題，在第二本書《巖土工程勘察與設計》中，討論了在現(xiàn)行體制下，在土力學和

28、基礎工程方面，在設計原則和設計方法方面，巖土工程師應該具備哪些基本概念和基本能力。,由于這兩本書都是答疑筆記的整理，是回答網(wǎng)絡上提出的問題，不是系統(tǒng)地講解土力學和基礎工程，因此內(nèi)容并不系統(tǒng)，也不全面。,三. 巖土工程師應具備的土力學素養(yǎng),根據(jù)協(xié)會領導的安排，我這一次是講《土力學與巖土工程師》。主要講書中第8個問題到第16個問題，共九個問題：,1. 土力學對巖土工程師有用嗎？2. 為什么土可以有不同的抗剪強度指標？3. 什么是地基承

29、載力？4.地基承載力的深度效應和埋深修正,5. 樁端阻力與地基承載力孰大孰小？6. 土的變形特性指標7.怎樣計算差異沉降？ 8. 土中應力分布與計算9. 有效應力原理的應用,1.土力學對巖土工程師有用嗎？,20多年前，俞調(diào)梅教授提出了“土力學信心危機”的問題，他在“巖土工程學報”創(chuàng)刊十周年的紀念文章“巖土工程反思”中，嚴肅地提出了這個問題。[1],20多年過去了，俞先生也已仙逝，但他提出的這個問題還是非常嚴肅地擺在我們的面

30、前。在新的歷史條件下，“土力學的信心危機”比之于20多年前是更加需要我們來嚴肅地面對的問題。,俞先生在上世紀90年代初撰寫的“學習與寫稿的回憶”文中說道：“對土力學信心危機的產(chǎn)生是由于對某些比較重要的理論的發(fā)展和延伸，其中難免會有繁瑣的、強詞奪理的和錯誤的；這些可能被列入教科書、手冊和規(guī)范中，因而具有‘權(quán)威性’。,總要經(jīng)過時間的考驗，才能刪繁就簡和去偽存真。為什么本文提到的都是淺的、陳舊的問題？這是限于作者的知識面，也是希望對從事這方面

31、教學工作的青年教師有所幫助，也是相信新的、尖端的研究工作中也會出現(xiàn)繁瑣的、強詞奪理的和錯誤的成果?！?8.1 怎樣鑒別技術標準之間的差別？8.2土力學能解決工程問題嗎？8.3怎樣通過實例分析來學習和理解正確的工程概念？,8.1怎樣鑒別技術標準之間的差別？,高老師，您在討論巖土工程技術標準問題時，曾經(jīng)引文提到“在我國，由于20世紀50年代全面學習蘇聯(lián)，實行計劃經(jīng)濟，形成了“條條專政”的體系。這一體系的后遺癥之一就是我國不同行業(yè)的一些巖

32、土工程技術人員互相隔絕，缺少共同語言。,在巖土工程規(guī)范標準方面則表現(xiàn)為種類繁多，各自為政，出現(xiàn)了高度的不統(tǒng)一性。甚至同一行業(yè)，由同一單位主編的規(guī)范之間也無法銜接?！蹦俏覀冇檬裁崔k法來鑒別這些技術標準之間的差別與是非呢？,技術標準之間出現(xiàn)差別的主要表現(xiàn)在如下的幾個方面： 第一是設計原則的多元化，目前巖土工程的設計原則是容許應力法、安全系數(shù)法和概率極限狀態(tài)法并存，在不同的技術標準中采用不同的設計原則，甚至在一本技術標準中采用不同的設

33、計原則。,如果用詞嚴格，還不致于使讀者產(chǎn)生誤解，但有的技術標準采用的卻不是標準化的名詞術語，也不是約定俗成的術語，或者是不嚴密的杜撰術語，這樣使人根據(jù)一般規(guī)則無法正確判斷其設計原則是什么，從而極易造成誤判、誤用；,第二是計算參數(shù)的取值，土力學的眾多技術參數(shù)如何試驗、如何取值、如何在工程中應用本來已經(jīng)是比較復雜的技術問題，有很多的工程經(jīng)驗在起作用，有比較多的彈性空間，再加上地區(qū)經(jīng)驗的差別，往往是多解的。,但這種經(jīng)驗一旦進入了技術標準之后就

34、有了很強的排他性和壟斷性，使本來是學術性的問題變成了是否執(zhí)行標準的是非問題。各本規(guī)范在作經(jīng)驗規(guī)定時都有其一定的依據(jù)，但問題是當每本規(guī)范的這種經(jīng)驗規(guī)則都帶有排他性和壟斷性的時候，就變成互不相容，而使讀者無所適從了。,第三如何對待經(jīng)驗規(guī)則，工程經(jīng)驗本來是可貴的，但經(jīng)驗總是有一定的適用范圍和局限性的。一旦將經(jīng)驗的規(guī)則絕對化、普遍化之后，正確的也可能會變成繆誤了。何況，智者千慮必有一失，在技術標準中也難免會存在一些瑕疵。,如何發(fā)現(xiàn)技術標準中存在

35、的瑕疵？如何對待這些瑕疵？是技術標準的編制者和使用者需要以很好的心態(tài)來處理的問題。最近幾年，在學術刊物上發(fā)表了許多對技術標準的批評，這應該是一件好事，有助于讀者正確地鑒別技術標準之間的差別與是非。,面對技術標準的現(xiàn)狀，讀者如何發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)以后如何鑒別其性質(zhì)和原因，又如何在執(zhí)行中避免造成工程的損失呢？這就需要運用土力學的基本原理來梳理技術標準中眾多經(jīng)常變化的設計原則和名詞術語，不為表面的文字所迷惑，掌握技術標準內(nèi)含的土力學概念、設計概念

36、和地質(zhì)學的概念，正確地做好巖土工程的勘察、設計工作。,葉書麟教授四十多年前在回答什么是基礎工程時，說過一句名言。他說：“土力學加鋼筋混凝土就是基礎工程”。這個定義雖然簡單，但的確切中要害?；A工程設計離不開鋼筋混凝土，也離不開土力學。,土力學是組成巖土工程的基本學科之一，是研究巖土工程性質(zhì)和力學行為的理論基礎，是巖土工程師必不可少的看家本領。比方說，當不同版本的規(guī)范所用的地基承載力術語或單樁承載力術語出現(xiàn)變化時，我們應該鑒別的是這本規(guī)范

37、的設計原則變了沒有？還是設計原則沒有變化而僅僅的術語的改變。,怎么鑒別呢？很有效的方法是從土力學的基本概念上去分析，去判別規(guī)范所采用的承載力究竟是極限承載力還是容許承載力，如果這個概念清楚，許多問題就迎刃而解了。,8.2土力學能解決工程問題嗎？,土力學有那么大的作用？不是說巖土工程中的許多問題單靠計算是不行的嗎？土力學能解決工程問題嗎？請高老師舉一些例子給我們說說。,土力學是一門特殊材料的力學，是用力學的方法來研究土的力學行為的科學，由

38、于土是特殊的材料，它的性質(zhì)不僅與其成因、成份有關，而且與土的應力歷史有關，而這些因素都與地質(zhì)條件有著密切的關系。因此，土力學并不是一門純力學，不能單靠計算解決問題。,但既是力學的一門分支，又必然要進行一定的計算。在計算的同時，必須用土力學的基本概念對工程問題進行判斷。計算與判斷的正確關系應當是計算是為判斷服務的，結(jié)論主要建立在工程判斷的基礎上，而不是單純依賴于計算的結(jié)果。,對土力學計算的結(jié)果應有怎樣的期待？能否希望它百分之一百地正確？有

39、可能百分之一百正確嗎？還在我做學生的時候，俞調(diào)梅先生給我們講課，他的名言是“沉降計算如果有50％的準確性已經(jīng)很好了”，,當時我們聽了哄堂大笑，但并不理解先生此話的深刻含義。畢業(yè)后經(jīng)過了幾十年來的工程實踐，反復證明了俞先生的這句話，這是他基于對土力學這門特殊力學的深刻理解的基礎上提出來的至理名言。,今天來回憶俞先生的這段經(jīng)典故事，更具有其特殊的現(xiàn)實意義，因為今天依然存在兩個極端。要么對地基基礎方面的計算結(jié)果有太高的期望，例如將沉降控制理

40、解為是一個嚴格的不等式，一旦計算沉降量超過了一點允許沉降量，似乎天就要塌了。要么認為只要有經(jīng)驗，計算不計算無所謂，對土力學理論不屑一顧。,下面的一些工程案例說明，只依靠計算而沒有正確的土力學概念判斷是不行的，不做必要的計算也是不行的。要在正確的概念基礎上進行計算，在得到了計算結(jié)果以后還要經(jīng)過工程判斷的審視。,如果能采用放坡的方法開挖基坑，那是比較經(jīng)濟的。按照一般的概念是坡面越平緩，土坡就越穩(wěn)定。在軟土地區(qū)，將坡度放到1:3或1:2，認為

41、是比較安全的，這樣的概念對不對？這樣的看法是沒有錯，但不全面，不是完整的概念。,例如，有一個開挖深度為10m的基坑，在10m以下為深厚的淤泥質(zhì)粘土。邊坡從上而下的坡度分別是1:1.5、1:2和1:3，變坡處設1m的馬道。這樣的放坡開挖安全不安全？我相信是經(jīng)過了圓弧滑動法的計算，安全系數(shù)也是允許的。,但事實上這個土坡發(fā)生了大滑坡，近5000m3的土滑向基坑，坑底隆起了6m，發(fā)生了很大的傷亡事故。[2] 類似這樣的緩坡滑動的事故還不止這一個

42、，為什么放了那么平緩的坡度還會發(fā)生滑動呢？計算為什么不起作用？,,其實，在土力學中很早就注意到了這種現(xiàn)象，并且作出了判斷。泰勒曾經(jīng)說過，當土坡的傾角大于53?時，土坡的滑動可能是坡面圓，即土坡坡面下滑。但當傾角小于53?時，土坡滑動的形式與深層土的性質(zhì)有關，很可能是以中點圓的形式破壞，即深層滑動破壞。,我們上面所舉的例子，正符合第二種情況，果然是以深層滑動的形式發(fā)生了大滑坡，造成了很大的工程事故。如果對滑動計算的結(jié)果用土力學的基本原理進

43、行了判斷，考慮到了深層滑動的可能性，就可能會采取措施來防范事故的發(fā)生。,由于盲目地相信計算的結(jié)果，這個工程連最簡單的邊樁位移觀測都沒有布置，可見一點預警的思想都沒有，最終成為突發(fā)事件。而且類似的事故曾經(jīng)一而再，再而三地發(fā)生過，可見對土力學基本概念的漠視程度。,軟土地基挖方與填方的穩(wěn)定性分析有什么原則的區(qū)別，這又是土力學的一個基本概念。分析填方的穩(wěn)定性時，最危險的時刻是在填方結(jié)束時，此時的穩(wěn)定安全系數(shù)最小，如果此時不發(fā)生滑動，那么隨著時間

44、的推移，穩(wěn)定安全系數(shù)越來越大，土坡越來越安全。,但挖方卻正好相反，基坑開挖到底的時候，如果土坡沒有發(fā)生滑動，并不說明土坡就一定是不會滑動了。如果挖方土坡是不穩(wěn)定的，那它的滑動時間不是在挖方完成之時，而是在挖方完成以后經(jīng)歷一定的時間才發(fā)生。,為什么會滯后一定時間？這是因為挖方是一種卸載，卸載使土體產(chǎn)生負的孔隙水壓力。根據(jù)有效應力原理，土的抗剪強度可以下式表示：,當土體中產(chǎn)生了負的孔隙水壓力時，即使在總應力不變的條件下有效應力也得到了提高，

45、從而提高了土的抗剪強度，其結(jié)果是提高了土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。但這種提高抗剪強度的效應是暫時的，在卸載結(jié)束時達到最高值，隨后因負的孔隙水壓力的消散，,這部分提高了的抗剪強度逐漸消失，如果抗力不足以抵抗滑動力，滑動雖然滯后，但終于還是發(fā)生了。軟土地基中開挖產(chǎn)生的滯后滑坡，驗證了土力學這一原理的正確性，也說明了土力學所提供的工程判斷原理是很管用的。,,8.3怎樣通過實例分析來學習和理解正確的工程概念？,為什么工程事故的案例總會具有很大的震撼力

46、？我們怎樣通過實例分析來學習和理解正確的工程概念？,俞調(diào)梅先生在世時經(jīng)常通過工程實錄，特別是總結(jié)工程事故的教訓來教育人，但他常感到失望。俞先生說：“幾十年前，在基礎工程專書上總有很多工程事例的報道；但是后來就少了，似乎是有了土力學理論就可以解決一切問題了。,而且在雜志及刊物上報道的多數(shù)是成功的事例。在我國，由于種種社會歷史原因，在教本上講的失敗事例總是外國的。這一切會使人盲目相信理論?！盵3]工程事故是人類的不幸，人民的生命、財產(chǎn)受到

47、損失，對工程的責任人既有過失也蒙受損失。,所以，人們回避工程事故也是人之常情。過去一段時間里，由于報喜不報憂的風氣，更由于怕給社會主義“抹黑”，不敢報道和討論工程事故，俞先生說的就是這種情況，沒有工程事故的警示，使人盲目相信理論。,工程事故案例具有警示作用，工程事故就是原型的極限狀態(tài)“試驗”，為人們劃出了“可行”與“不可行”的界線，也無情地揭開了人們技術上的瘡疤與管理上的昏庸，這些都能給后人以深刻的教益。,工程事故案例是一本活的教材，是

48、一面鏡子，在工程教育中有重要的作用，我們應該充分利用工程事故案例的資料，從中總結(jié)出教訓。,一個土層錨桿的深基坑發(fā)生了整體破壞的事故，三層錨桿全部破壞，許多錨桿被拔出、折斷。事故的原因是設計的錯誤，設計者將計算的土壓力合力分配給３根錨桿作為作用于每根錨桿的拔力。,設計者犯了一個最基本的錯誤，他不清楚按照平面應變條件計算得到的僅是１延米上的土壓力合力，而豎向的３根錨桿共同承受的是長度方向２m范圍內(nèi)的土壓力合力。因此，他設計用的拔力僅為極限拔

49、力的一半，這個基坑就成了群錨的原型破壞試驗。說到底，還是在土壓力計算理論的基本概念上出了毛病。,,,,,1990年代初，在一個采用地下連續(xù)墻的深基坑事故分析時，采用老的混凝土規(guī)范進行校核，發(fā)現(xiàn)安全系數(shù)不足。設計者對此感到茫然不解，他將用土壓力理論計算的結(jié)果作為作用在地下連續(xù)墻上的荷載，計算圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力配筋，兩本都是現(xiàn)行規(guī)范，何錯之有？,他不清楚按照土的抗剪強度指標計算得到的是土壓力的標準值，而按照混凝土規(guī)范取用的鋼筋混凝土材料強度卻是

50、設計值，設計表達式的兩端的設計變量不匹配，對于基坑工程圍護結(jié)構(gòu)的設計，安全度就降低了。,,兩類設計表達式,按設計值計算按標準值計算,類似上述的這些基本概念，設計者也不是沒有學習過，但用的時候就容易出錯。通過工程事故的分析，更深刻地揭示了反映基本概念的客觀規(guī)律的不可抗拒性，我們應該本著敬威的態(tài)度來對待自然規(guī)律。,工程事故警示作用并不是自然顯示的，事故的現(xiàn)場是一片狼藉，事故的現(xiàn)象是雜亂無章的，不通過客觀地、科學地分析，不可能得到對事

51、故原因的深刻認識。,9.為什么土可以有不同的抗剪強度指標？,9.1 不同的抗剪強度指標有何區(qū)別？9.2 非飽和的硬塑、堅硬狀態(tài)的試樣能飽和后再試驗嗎？9.3 為什么不固結(jié)不排水剪試驗的內(nèi)摩擦角不等于零？9.4 對非飽和土的試樣進行預飽和符合土的實際工程條件嗎？,9.5 軟土地基基坑圍護結(jié)構(gòu)設計時，能用不固結(jié)不排水抗剪強度計算土壓力嗎？9.6 多層土如何處理抗剪強度指標？9.7 為什么要對試樣預固結(jié)？怎樣預固結(jié)？ 9.8

52、 對抗剪強度試驗的規(guī)定，各本主要規(guī)范有什么不同？9.9 三軸試驗同時存在兩個破裂角嗎？,9.1 不同的抗剪強度指標有何區(qū)別？,三軸試驗有三種試驗條件，可以分別得到有效應力和總應力六組強度指標c、?，為什么同一種土可以得到六組指標？如何判定所獲得的這些指標？在工程實際中如何運用這些指標？,土的三軸試驗確有三種方法，不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪和排水剪。但其中不固結(jié)不排水剪的試驗結(jié)果只能用總應力法表示，不存在有效指標的問題。而排水剪的試驗

53、結(jié)果，其實就是有效強度指標，?d＝? ?，沒有總應力指標的問題。,只有固結(jié)不排水剪試驗結(jié)果才可以用總應力法或有效應力法分別整理出總應力指標和有效應力指標來。因此并不能得到你所說的六組的強度指標，你的這個說法不對。,太沙基1932年的三軸試驗結(jié)果,,如果保持試樣的含水量不變，對飽和土而言，含水量不變就意味著試樣的密實度不變，試驗結(jié)果顯示不管周圍壓力多大，摩爾圓的半徑不變，包線水平，表示剪切面上的強度不隨法向應力的變化而變化，這種試驗是通過

54、控制試樣的不排水條件來達到含水量不變的目的，故名不固結(jié)不排水剪，簡稱不排水剪。,如果讓試樣在荷載作用下充分排水固結(jié)，則摩爾圓的半徑隨周圍壓力的增大而增大，從力學概念上說是剪切面上的強度隨法向應力的增大而增大，而其物理機制則是飽和土的排水固結(jié)意味著試樣被壓密，由于試樣密實度的提高，土的抗剪強度就隨之提高。,對同一種土，用上述不同的試驗方法得到的抗剪強度指標是不同的，這種指標并不是唯一反映土的工程性質(zhì)的指標，而是反映土在一定的排水條件下，抗

55、剪強度隨法向應力變化的規(guī)律性，當排水條件變化了，指標值就隨之而變化，因此這些抗剪強度指標并不是土所固有的一種性質(zhì)。,用有效應力表示的有效強度指標是土的固有性質(zhì)，不隨排水條件而變化。這是有效指標的最大優(yōu)點，但用于工程計算時需要已知土層中的有效應力，在一般情況下是比較困難的，因此應用就受到了限制。,不固結(jié)不排水剪強度是在完全不排水條件下試驗得到的，它表示土體在某個應力狀態(tài)下的總強度，如果這個應力狀態(tài)是天然應力狀態(tài)，則這個強度就是天然強度。如

56、果是在某種條件下預壓固結(jié)后再取土做的不固結(jié)不排水試驗強度，,那么這個強度就表示預壓結(jié)束時的總強度，與天然強度之差就是土的強度隨固結(jié)度的增長或者隨固結(jié)壓力而增長的增量。用不固結(jié)不排水強度計算的地基極限承載力就等于5.14 c，界限荷載（用《建筑地基基礎設計規(guī)范》的公式計算的結(jié)果）就等于3.14 c。,計算得到的地基承載力，不論是極限承載力或容許承載力，與基礎的埋置深度以及寬度都沒有關系。如果用這個總強度代入朗肯土壓力公式來計算土壓力，

57、將會得到非常不合理的結(jié)果。,9.2 非飽和的硬塑、堅硬狀態(tài)的試樣能飽和后再試驗嗎？,我們這里做三軸不固結(jié)不排水試驗都是先讓試樣飽和，然后再進行試驗，結(jié)果是硬塑至堅硬的土，其抗剪強度也很低（內(nèi)聚力c小于30kPa，內(nèi)摩擦角?小于10度）。不知道是否合理,請指導。,傳統(tǒng)的土力學是在飽和土的基礎上發(fā)展起來的，但自然界的土不全部都是飽和土。工程實踐中遇到的有些土，其性狀并不符合經(jīng)典飽和土力學的原理與概念。不能用經(jīng)典的飽和土力學描述的土，絕大部分

58、是非飽和土。,土工試驗試樣預處理最基本的一個原則是要使試樣的狀態(tài)盡可能符合土的實際狀態(tài)。對飽和土而言，天然的埋藏條件是飽和的，但取土的過程對土樣的作用是卸荷膨脹，氣泡進入土樣，降低了試樣的飽和度。,因此，在做不固結(jié)不排水試驗之前需要對試樣進行飽和，對試樣飽和的目的就是為了恢復到土的實際狀態(tài)。對非飽和土，其實際狀態(tài)是不飽和的，將試樣飽和顯然是不符合上述原則的。,9.3 為什么不固結(jié)不排水剪試驗的內(nèi)摩擦角不等于零？,即使在天然狀態(tài)是完全

59、飽和的土層。在取土樣的過程中，對土樣是一種卸荷的作用，土樣體積產(chǎn)生膨脹，氣泡進入土樣，因此試樣的飽和度一般小于100％。為了克服試樣的飽和度與實際不符的缺點，在裝置試樣時，要求對試樣進行充分飽和。,,,所注入的水中也不能有氣泡，這是要求很高的一項試樣制備技術。由于不固結(jié)不排水試驗時試樣沒有固結(jié)排水，試樣保持了原始狀態(tài)，因此不固結(jié)不排水試樣測得的強度是土的天然強度，即在原生應力狀態(tài)下完成了相應固結(jié)度的土的強度。,正常固結(jié)土，固結(jié)不排水試

60、驗的粘聚力為零，這一現(xiàn)象反映了上覆有效壓力為零時，土的抗剪強度為零的客觀事實。但應注意通常的土樣是從鉆孔中取出來的，土樣已經(jīng)受過歷史荷載的作用，如果試驗施加的周圍壓力小于歷史荷載，試樣處于超壓密狀態(tài)。,只有當超過歷史荷載以后，試樣才是正常壓密狀態(tài)，土的強度以天然強度為起始點，隨著周圍壓力的增長，強度沿摩爾－庫侖包線增長。壓縮主枝反映了土的孔隙比隨有效應力增長而減小的規(guī)律，對應于土層中某點的上覆有效壓力的孔隙比即是其原生應力狀態(tài)下的孔隙

61、比。,將土樣從鉆孔中取出時，土樣的孔隙比從原生應力狀態(tài)下的孔隙比減小到土樣的孔隙比，這個孔隙比通常稱為“天然孔隙比e0”，但并不是土在原生應力條件下的孔隙比。在正常壓密土的剪切主枝上，當上覆有效壓力為零時，內(nèi)聚力為零；但在超壓密階段，當有效覆蓋壓力為零時，內(nèi)聚力不為零。,因此試驗時，最小的一個應力圓，應力狀態(tài)必須大于上覆有效壓力，否則試驗結(jié)果就不是一條直線。小于上覆有效壓力的應力圓處于超壓密狀態(tài)，超過上覆覆蓋壓力以后的應力圓才處于正常壓

62、密狀態(tài)。,如果最小的一個應力圓，應力狀態(tài)小于上覆有效壓力，則幾個土樣的應力圓處于不同的壓密狀態(tài)，就連不成一條直線的強度包線。,9.4對非飽和土的試樣進行預飽和符合土的實際工程條件嗎？,《建筑地基基礎設計規(guī)范》要求土的剪切指標用三軸壓縮試驗中的不固結(jié)不排水試驗確定，對于非飽和土，在試驗前先進行飽和再試驗，其試驗結(jié)果還能代表實際地層的力學性質(zhì)嗎？如果不進行飽和就試驗，?怎么能等于0？,《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定：“土的抗剪強度指標，可采

63、用原狀土室內(nèi)試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、現(xiàn)場剪切試驗、十字板剪切試驗等方法測定。當采用室內(nèi)剪切試驗時，應選擇三軸壓縮試驗中的不固結(jié)不排水試驗?！?“鑒于多數(shù)工程施工速度快，較接近于不固結(jié)不排水剪條件，故本規(guī)范推薦UU試驗，而且用UU試驗計算，一般比較安全?！?這個規(guī)范對于抗剪強度試驗的規(guī)定有3個特點。一是不區(qū)分土類，二是不區(qū)分工程類型，三是不區(qū)分應力歷史。,全國的情況是極其復雜的，土類非常之多，存在著大量的非飽和土；有的工程即使是飽和

64、土，也可能有相當好的排水條件；有的工程施工速度不一定很快。如果出現(xiàn)這種情況，那就不能執(zhí)行這條規(guī)定了，或者是錯誤地采用了不合適的方法以致低估了土的抗剪強度。,對非飽和土，飽和以后的土樣已經(jīng)不能代表天然狀態(tài)土的性狀，再做三軸不固結(jié)不排水試驗的結(jié)果就沒有任何的實際意義。,如果對不飽和的天然試樣直接做三軸不排水試驗，在周圍壓力作用下孔隙中的氣體會產(chǎn)生壓縮或溶于水中，使孔隙體積壓縮，則得到如圖9-3所示的強度包線，在強度包線起始段的傾角是由于土的

65、密度增大所引起的，其實并不是真正的內(nèi)摩擦角。,9.5軟土基坑圍護設計時，能用不固結(jié)不排水抗剪強度計算土壓力嗎？,目前地基規(guī)范、勘察規(guī)范和基坑設計規(guī)范對地下室基坑設計中飽和軟粘土抗剪強度指標的選用有不同的規(guī)定，作為勘察單位很難選擇：,按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》4.2.4和9.1.8條要求室內(nèi)抗剪強度指標應選擇三軸UU試驗，并且是自重預固結(jié)后的UU試驗， 《建筑基坑工程技術規(guī)范第3.2.4條規(guī)定和條文說明規(guī)定一般采用三軸CU試驗，有經(jīng)

66、驗的地區(qū)可以采用直剪試驗。,《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》在修訂時進行了工程試算與比較，試算結(jié)果證明了對于軟土用UU試驗結(jié)果設計基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力的計算是不行的。計算得到的主動土壓力在淺部偏小，在深部偏大。與采用固結(jié)不排水指標比較，按UU參數(shù)計算偏于不安全。,實例計算的結(jié)果,,對于基坑工程設計，不能一概地規(guī)定用不固結(jié)不排水試驗，只有整體穩(wěn)定性分析時，才應該采用軟粘土的總強度，用圓弧法計算穩(wěn)定安全系數(shù)。而作用于圍護結(jié)構(gòu)上的土壓力是不

67、能用不固結(jié)不排水試驗的結(jié)果來計算的。,做基坑工程勘察時做什么試驗,采用水土分算的方法計算土壓力，則應當提供有效強度指標；如果采用水土合算的方法，則應提供總應力指標。最好用三軸CU試驗，如果沒有條件，采用直剪固快試驗也是可以的。,深厚軟土的十字板資料利用,9.6多層土如何處理抗剪強度指標？,A《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）中公式5.2.5，在計算內(nèi)摩擦角?的標準值時，規(guī)范要求是按基底下一倍短邊寬深度內(nèi)的內(nèi)摩擦角標準值

68、取值，按此要求，如果在基底下一倍短邊寬深度內(nèi)是單層土則好辦，若存在多層土，該怎樣來確定內(nèi)摩擦角標準值。,B參照壓縮模量的確定方法，不知道是是否可以（應力系數(shù)加權(quán)平均）？C我也認為可以用B網(wǎng)友的方法，應該叫內(nèi)摩擦角的當量值吧，只是沒見任何地方這么說過，或許下次的新規(guī)范會做出這樣的規(guī)定。我想寫一篇這方面的論文，希望能拋磚引玉，大家都發(fā)表看法。只是沒時間寫。D按力的概念加權(quán)平均即可，即c值直接利用，而?值則按正切值計算。,對于多層土的抗