巖土工程中的準(zhǔn)與不準(zhǔn)
楊光華
(廣東省水利水電科學(xué)研究院) 轉(zhuǎn)載于巖土網(wǎng)
巖土工程要做到精確是困難的,但安全則是必須的。這可能就是太沙基所說(shuō)的土力學(xué)是一門(mén)藝術(shù)的一種含義吧!
土力學(xué)中地基的沉降計(jì)算中應(yīng)力分布是依據(jù)連續(xù)體彈性力學(xué)計(jì)算的,土應(yīng)該是介于連續(xù)與非連續(xù)的介質(zhì),所以這其中的計(jì)算理論就存在差異,同時(shí),巖土體是天然介質(zhì),其分布也是非均勻的,而理論計(jì)算是假設(shè)均勻分布的,至少對(duì)于同層土是均勻分布的,其實(shí)對(duì)于同一層土,由于自重或風(fēng)化的作用,不同深度位置也是有差異的,因此,要描述自然巖土的非均勻性也是比較困難的,這也導(dǎo)致土的參數(shù)的差異性的存在。眾多的不確定性,這就注定在有限科學(xué)條件下,這門(mén)學(xué)科的非精確性。
但工程建設(shè)必須要安全可靠,因此要在安全前提下提高準(zhǔn)確性、科學(xué)性。
以p-s曲線方法解決地基承載力問(wèn)題為例,探討巖土工程的準(zhǔn)與不準(zhǔn)。
楊光華等提出用實(shí)際基礎(chǔ)的荷載沉降的p-s曲線[1、2],按強(qiáng)度和變形雙控確定地基的允許承載力,如圖1,p-s曲線由切線模量法[3]計(jì)算得到。切線模量法由現(xiàn)場(chǎng)壓板載荷試驗(yàn)曲線建立,如圖2,假設(shè)壓板載荷試驗(yàn)的p-s曲線符合雙曲線,用曲線的初始斜率k0,按彈性力學(xué)公式反算土的初始切線模量Et0,取壓板試驗(yàn)的最大荷載pmax作為極限荷載反計(jì)算地基的強(qiáng)度參數(shù)c,φ 。用壓板試驗(yàn)反算得到的參數(shù),由切線模量法計(jì)算得到實(shí)際基礎(chǔ)的p-s曲線見(jiàn)圖1,實(shí)際基礎(chǔ)的極限承載力由壓板試驗(yàn)反算的c,φ,按相同的模型計(jì)算得到。
圖1 確定地基承載力的p~s曲線
圖2 壓板載荷試驗(yàn)曲線
由圖1,地基的允許承載力fa由地基強(qiáng)度安全和變形控制雙控確定:
K為地基承載力安全系數(shù),[s]為允許的基礎(chǔ)沉降。
顯然,這里存在不確定的特性:
1、極限承載力的誤差
2、雙曲線方程假設(shè)的誤差
3、按彈性力學(xué)計(jì)算的誤差
但這些誤差不影響安全,在安全保證方面有足夠的準(zhǔn)確性:
1、強(qiáng)度安全,即使極限承載力有誤差,但有安全系數(shù)K=2~3的保證,更有計(jì)算極限承載力的土體強(qiáng)度參數(shù)是利用壓板載荷試驗(yàn)的最大荷載控制,這個(gè)荷載值是小于實(shí)際極限承載力的,因此,強(qiáng)度安全的準(zhǔn)確性是可保證的。
2、沉降的準(zhǔn)確性,因允許承載力fa對(duì)應(yīng)安全系數(shù)較大,理論上對(duì)應(yīng)的沉降接近于線性段,而線性段沉降的準(zhǔn)確性取決于曲線的初始切線模量k0,而這個(gè)初始模量是由現(xiàn)場(chǎng)原位壓板試驗(yàn)反算的土的初始切線模量Et0計(jì)算的,具有較高的可靠性,從而保證了實(shí)際基礎(chǔ)沉降的準(zhǔn)確性。
3、計(jì)算模型的可靠性,切線模量法的參數(shù)是由壓板試驗(yàn)反算的,其計(jì)算所用模型是與實(shí)際基礎(chǔ)用相同的模型,參數(shù)與計(jì)算模型是配套的,從而保證計(jì)算模型的可靠性。
因此,用這種方法計(jì)算的基礎(chǔ)沉降或地基的承載力,即使在一些計(jì)算假設(shè)上存在不準(zhǔn)確性,包括上面提到的一些客觀上的不準(zhǔn)確性,但實(shí)際上,即使極限承載力不準(zhǔn)確,由于有安全系數(shù)做保障,強(qiáng)度安全是足夠可靠的,變形計(jì)算由于土的初始模量是現(xiàn)場(chǎng)反算的,反算模型和實(shí)際基礎(chǔ)計(jì)算模型相同,可以保證其可靠性,對(duì)于工程設(shè)計(jì)有足夠的準(zhǔn)確性,這個(gè)方法應(yīng)該比目前一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法有更好的準(zhǔn)確性。這是一個(gè)比較巧妙的方法,也是體現(xiàn)太沙基關(guān)于巖土工程的科學(xué)性與藝術(shù)性的方法。因此,巖土工程的不準(zhǔn)確性是客觀存在的,而保證安全性是必須的,提高準(zhǔn)確性是發(fā)展的目標(biāo)。
[1] 楊光華.確定地基承載力的p-s曲線法[J].地基處理,2022,4(02):91-98.
[2]楊光華,姜燕,張玉成,王恩麒.確定地基承載力的新方法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2014,36(04):597-603.
[3]楊光華.地基非線性沉降計(jì)算的原狀土切線模量法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006(11):1927-1931.