基础工程---第一章: 导论 (2)

1 引言

这个笔记接着<基础工程---第一章: 导论 (1)>总结了导论后半部分[授课日期: 3/8/2021至3/21/2021(Week 1 & 2)]的教材内容, 供课后学习参考.  内容本身没什么创新之处, 仅作为教学使用. 

2 地基承载力确定方法

2.1 容许承载力设计方法

建筑物荷载通过基础传递到地基上，对于刚性扩大基础而言，作用在基础底面单位面积上的压力称为基底压力。设计中要求基底压力不能超过地基极限承载力，而且要有足够的安全度；同时所引起的地基变形不能超过建筑物容许变形值。满足这两项要求，地基单位面积上所能承受的最大压力就称为地基容许承载力。如果地基容许承载力确定了，则要求的基础底面积A就可用下式计算：

有了地基容许承载力，地基基础设计就很容易进行。地基容许承载力设计方法是我国20世纪最常用的方法，并集累了丰富的工程经验，目前还有一些规范使用此种方法，如《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB 10002.5-2005)。然而，由于地基容许承载力设计方法本身的局限性，安全度有多大，很难给出比较准确的答案。因此，这种方法需要改进。

2.2 极限状态设计方法

地基承载力和变形容许是对地基的两种不同要求，要充分发挥地基承载作用，并不能简单地用一个容许承载力所能概括。更好的做法应该是分别验算，了解控制的因素，对薄弱环节采取必要的工程措施，才能真正充分发挥地基的承载能力，在保证安全可靠的前提下达到最为经济的目的，这也就是极限状态设计方法的本质。按极限状态设计方法，地基必须满足如下两种极限状态的要求:

(1) 承载能力极限状态或稳定极限状态

其意是让地基土最大限度地发挥承载能力，荷载超过此种限度时，地基土即发生强度破坏而丧失稳定或发生其他任何形式的危及建筑物安全的破坏。表达式为

(2) 正常使用极限状态或变形极限状态

其意是地基受载后的变形应该小于建筑物地基变形的允许值，表达式为

表面上看，地基的极限状态设计与结构的极限状态完全相同。首先满足承载力极限状态，保证地基稳定；然后满足正常使用极限状态，符合变形要求。但是，从已有大量地基工程事故资料表明，绝大多数地基事故都是由于变形过大而且不均匀造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，随着荷载的增加，地基先产生压密，再产生局部剪切，最后产生整体剪切破坏。临塑荷载p_cr远小于整体剪切破坏时的极限荷载p_u。这就是说，地基在充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物正常使用，即地基设计实质上受变形控制。

(3) 可靠度设计方法

前面所讲的两种设计方法，都是把荷载和抗力当成一个确定量；当然，衡量建筑物安全度的安全系数也是一个确定值。其实，无论是荷载或者抗力，都存在很大的不确定性，很难确定其准确地数值。土的工程特性指标是这样；推而广之，其他材料的特性指标以至于作用在建筑物上的荷载以及很多的事物和现象也都是这样。另一方面，工程上对安全系数数值的确定，仅是根据以往的工程经验，比较粗糙，而且不同方法之间，要求也不尽相同。说明这种用确定数量的荷载和抗力以单一安全系数所表征的设计方法有不够科学之处。于是另一种新的分析方法，即可靠度分析方法就逐渐发展起来。

可靠度设计方法也称以概率理论为基础的极限状态设计方法。可靠度的的研究早在20世纪30年代就已开始，当时是围绕飞机失效所进行的研究。大约20世纪40年代已应用于结构设计中。1983年我国颁布《建筑结构设计统一标准》（草案）就完全按国际上发展推行的建筑结构可靠度设计的基本原则，采用以概率统计理论为基础的极限状态设计方法。

由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自然的产物，其性质十分复杂，所以地基土具有比任何人工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控制，而且要清楚地认识它也很不容易。地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行概率统计分析，是基础工程最重要的问题。

3 基础工程学科发展概况

国外在18世纪产业革命以后，城建、水利、道路建筑规模的扩大促使人们对基础工程的重视与研究，对有关问题开始寻求理论上的解答。此阶段在作为本学科的理论基础的土力学方面，如土压力理论、土的渗透理论等有局部的突破，基础工程也随着工业技术的发展而得到新的发展，如19世纪中叶利用气压沉箱法修建深水基础。20世纪20年代，基础工程有比较系统、比较完整的专著问世，1936年召开第一届国际土力学与基础工程会议后，土力学与基础工程作为一门独立的学科取得不断的发展。20世纪50年代起，现代科学新成就的渗入，使基础工程技术与理论得到更进一步的发展与充实，成为一门较成熟的独立的现代学科。

我国是一个具有悠久历史的文明古国，我国古代劳动人民在基础工程方面，也早就表现出高超的技艺和创造才能，许多宏伟壮丽的中国古代建筑逾千百年仍留存至今安然无恙的事实就充分说明了这一点。如隋代李春于公元595～605年建造的河北赵州安济桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥。其净跨为37.02m，宽9m，矢高7.23m，采用扩大基础，基础平面尺寸为5.5m×10m，高4.4m，建在较浅的密实粗砂地基上。反算拱的最大推力为24MN，即使按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧的被动土压力均能满足设计要求。

相关文章，在仿真秀官网搜索：

结构按极限状态法设计计算的方法 (1)

极限状态设计(Limit State Design)的基本概念

基础工程---第一章: 导论 (1)

<基础工程: Foundation Engineering>的几本参考书

结构可靠性计算的EXCEL过程