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的土力學(xué)是一門藝術(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，至少對于同層土是均勻分布的，其實(shí)對于同一層土，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E_t0，取壓板試驗(yàn)的最大荷載p_max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f_a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f_a對應(yīng)安全系數(shù)較大，理論上對應(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)場原位壓板試驗(yàn)反算的土的初始切線模量E_t0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.