岩土工程动态设计方法运用

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1动态设计法

随着我国城市基本建设的不断发展，作为基本建设重要组成部分的岩土工程遇到的诸多新问题，如复杂地质条件下施工工艺的选择问题，设计方案的可操作性问题，力学模型及设计参数的确定问题，地下水影响问题等，已使一些常规的设计方法无法适应，对于基坑支护问题尤其如此。因为基坑工程是一项临时性工程，过多考虑安全问题会导致投资过大而造成浪费，过多考虑经济问题可能会导致基坑失稳而造成事故，在这两方面已有不少经验教训。出现这些问题的主要原因是岩土工程具有复杂性和不确定性，具体表现在如下方面：

1)工程地质和水文地质条件变化复杂，勘察报告提供的数据具有较大的离散性和局限性，往往难以真实反映土层的分布情况和力学特性及地下水情况。

2)周围环境条件复杂，邻近建筑物、构筑物、道路和地下设施(管道、电缆及防空洞等)都在一定程度上制约着所采用的岩土工程措施。

岩土工程的复杂性和诸多的不确定性，使设计者在设计时不可能考虑到所有因素。为了减少工程事故，保证工程的质量和安全，提高工程效益，近年来在岩土工程中引进了动态设计方法。所谓动态设计方法，就是根据场区环境和工程地质条件的特点，提出相应的设计方案，并根据施工中出现的具体问题和监测结果不断修改方案，进行优化设计的方法，这种方法较好地实现了设计、施工和监测三者的有机统一。从现有的文献资料来看，动态设计主要指根据实测的位移情况来反演土体性态参数及结构力学参数，确保设计参数合理。目前，根据施工情况确定土体抗剪强度值的动态设计方法是反分析方法，这是一种根据支挡结构的位移情况和土压力分布模式来反演分析土体抗剪强度C，值的方法。由于相同的位移采用不同的土压力模式会反演分析出不同的抗剪强度c，妒值，因而，该方法所得到的C，值只是理论值而非实际值。这里介绍一种我们在工程实践中总结的根据滑裂面来反分析土体抗剪强度c，值的动态设计方法。由于土体发生滑动时，首先要达到极限平衡状态，其滑裂面几何参数反映了土体抗剪强度。以滑裂面为基础的动态设计方法从极限平衡的概念出发，运用工程类比的方法，通过调查滑裂面几何参数临界深度和滑裂面倾角就可以来反演分析土体抗剪强度c，值。工程经验告诉我们，基坑工程往往至少有一侧比较宽阔，可以自然放坡，并且施工场地地质条件比较单一、变化不大。在土方施工中，可以先开挖这一侧，然后根据该侧成坡情况来研究确定其土层抗剪强度C，值，从而推断出相邻侧甚至整个施工场地的土层抗剪强度C，值。由此，我们可以将此经验作进一步的推广，即先开挖基坑中部的土方，以观察土体的自然稳定情况，从而确定土层的c，9值，这一点对于采用自然放坡的支护形式和按照“逐层开挖，逐层支护”原则进行施工的喷锚支护形式尤其适用。

2土层抗剪强度c，值的确定

下面我们以上述思想来确定土层抗剪强度c，值，基坑滑裂面情况见图1。土坡滑裂面倾角，稳定坡面倾角卢，则=，由于滑裂面二即稳定坡面，故口=。所以：妒=(1)即内摩擦角值等于滑裂面倾角或稳定坡面倾角，这与砂土的内摩擦角值等于其休止角的结论一致；对于粘土而言，由于土坡滑裂面为圆弧形，土坡滑裂面倾角指圆弧弦AB倾角。C值越小、圆弧角越大，c值为0、圆弧角为180。，故砂土滑裂面可以看成粘土滑裂面的一个特例。在实际工程中，我们多用自然放坡形成的稳定坡面来代替滑裂面。由于人工放坡形成的稳定坡面倾角肯定要不大于滑裂面倾角，故用O／代替来计算土压力是偏于安全的。支护桩的实测内力与其理论值往往有很大出入的一个重要原因是参数取值与实际情况不尽相符。如沈阳市工程基坑均采用自然放坡，坡面稳定倾角在55。～58。左右，施工场地地质条件比较单一，而地质报告提供的=36。，若按妒=36。来计算其他侧支护桩内力，显然实测值与理论值会有很大的差异。下面我们来确定C值。如图1所示，土层临界开挖深度为zn，由朗肯理论可知：在根据式(1)，式(2)来确定土层c，值时，有一个问题很值。

3结语

得注意。我们所观察到的坡体稳定状态是在特定条件下的稳定，不是在任何条件下都能保证其稳定的。因此，应在充分研究地质报告的基础上，根据岩土性质的相似性、坡体稳定的诱发因素以及工程性质来对调查的成果c，值进行相应的调整。具体内容如下：

1)岩土性质的相似性：对于土层，应注意比较土层类型、厚度、成因、状态、原位测试以及土工试验成果的相似性；对于岩层，应注意比较岩石类型、矿物成分、风化程度、解理构造等的相似性。

2)坡体稳定的诱发因素：主要有水的困素(包括渗入坡体的水、坡或坑顶是否有硬覆盖以及是否有可靠的排水措施等)、地震因素和人为因素。

3)工程性质：包括工程类型(如：边坡加固工程是永久性工程，而基坑支护工程是临时性工程)和工程的重要性等级。

4)应考虑支护方式和地下水控制方式对c，‘D值的影响。注意区别注浆类(如锚杆、土钉等)和非注浆类(如内支撑、悬臂桩等)不同类型支护方式的影响。同时应注意：基坑降水时由于降水漏斗的存在，基坑开挖面以上的土层在基坑内外均处在非饱和状态；基坑止水时由于止水帷幕的存在，基坑开挖面以上的部分土层(甚至全部土层)在基坑内为非饱和状态而基坑外为饱和状态。

5)一定要认真分析地质特点，不要被开挖过程中所观察到的表面现象所迷惑。

1)岩土工程的复杂性和诸多的不确定性因素，决定其设计必须采用动态设计方法。动态设计法是指根据场区环境和工程地质条件的特点，提出相应的设计方案，并根据施工中出现的具体问题和监测结果不断修改方案，进行优化设计的方法，这种方法较好地实现了设计、施工和监测三者的有机统一。

2)本文在工程实践基础上提出的以滑裂面为基础的动态确定土层c，的方法，具有概念明确、计算简便、实用性强的特点，确定的土层参数较为接近实际，可供工程设计参考。

3)在程实际中，应注意研究岩土工程参数真实值与原位测试值之间的关系，以便于该方法的应用推广。