1、1岩土工程勘察规范讲座同济大学 高大钊2007年8月武汉引 言岩土工程勘察规范是我国岩土工程体制改革的成果，规范的变化反映了我国从前苏联勘察设计体制向国际岩土工程技术体制逐步融合的过程。新规范颁布已经6年了, 规范执行情况良好，对保证勘察质量起到了不可替代的作用，也为相关行业标准和地方标准确定了基本框架和基本准则。岩土工程勘察规范在我国岩土工程标准化体系中的地位与作用岩土工程勘察规范的性质：是岩土工程勘察的国家标准，指与行业标准、地方标准而言；是岩土工程勘察的母规范，指与勘察行业中的其他标准而言；与国际通用标准接轨的指南，引进与吸收国际通用的技术标准，为我所用。规范面临的主要问题计划体制对我国
2、标准体系的影响严重制约了标准化体系适应市场经济与全球化需要的转轨；设计与施工分割的体制制约了岩土工程咨询业的形成与发展，岩土工程咨询业的难产；与国际通用标准的磨合、接轨和本土化的问题。岩土工程勘察规范的局部修订规范执行情况良好，对保证勘察质量起到了不可替代的作用，也为相关行业标准和地方标准确定了基本框架和基本准则。由于下列原因，需对该规范局部修订：2(1) 某些条款不够严密，某些条款与现行其他标准不够协调，造成施工图审查时执行上的偏差；(2)工程建设强制性条文部分摘自本规范，少数勘察人员和审图人员未全面掌握规范条文和条文说明，孤立执行某些强制性条文，产生理解上的偏差；(3) 相关国家标准正在制
3、订或修订，如建筑抗震设计规范、混凝土结构耐久性设计规范和工业建筑防腐蚀规范，有关场地地基抗震与水和土腐蚀性评价的问题，需互相协调。(4)如何对应实施强制性条文及施工图审查以后出现的一些问题？关于强制性条文和审图(1) 强制性条文的出台背景；(2) 强制性条文的性质；(3) 怎样执行强制性条文？强调对岩土工程原理、规范条文和条文说明的全面深入理解对审图工作的看法政府为了有效地加强对工程建设的技术控制，从强制性标准的15万条条文中，摘录出一批条文，编撰了一套工程建设标准强制性条文，作为向技术法规的过渡，同时实行了一项审图的制度，即成立了一批审图公司，对强制性条文执行的情况进行审查，违规要处罚。从行
4、政管理的层面上看，这项措施有利于在事故发生后明确责任，在事故不断发生的特殊条件下，进行这种强制性的管理是需要的。从技术层面来看，这种全面审图的做法，未必能普遍提高技术水平，且不利于发挥工程师的积极性和创造性。如果估计有问题的工程师占有相当大的比例，则采用这种措施或许是需要的；但这就涉及对我国工程界的技术水平和工作责任感的正确估计问题。从审图制度执行的情况来看，防止“扩大化”和“宁左勿右”的倾向是值得注意的。所谓“扩大化”是指审图不仅审强制性条文执行的情况，而且已经扩大到审查并不是强制性的条文，似乎凡是在全国性标准（包括国家标准和行业标准）中写的条文在全国各地都必须执行，完全抹杀了地区性的特点。
5、所谓“宁左勿右”是指审图人员怕犯错误，宁可审得过头一点，“左”一点不会犯错误，不那么因地制宜，也不实事求是。3技术控制体系世界上大多数国家对建设市场的技术控制，采取的是技术法规与技术标准相结合的管理体制，技术法规是强制性的，是把那些涉及建设工程安全、人体健康、环境保护和公共利益的技术要求，用法规的形式规定下来，严格贯彻在工程建设工作中，不执行技术法规就是违法，就要受到处罚。而技术标准除了被技术法规引用部分以外，都是自愿采用的，可由双方在合同中约定采用。如何与国际惯例接轨建筑技术制约体制如何与国际惯例接轨，已成了一个非常重要且迫切需要解决的问题。建设部标准定额司组织了课题组对欧盟、英国、加拿大、
6、澳大利亚、美国、日本、俄罗斯七个地区和国家进行了重点研究，并对法国、德国、荷兰、瑞典、挪威五个国家作了一般了解，提出了研究报告。技术法规和技术标准关于技术法规和技术标准，世界贸易组织（WTO）、国际标准化组织（ISO）都从不同的角度发布了定义，联合国经济与社会发展委员会于1984年以英、法、俄三种文字发布的建筑法规术语及其定义是专门针对建筑业的。国际定义技术法规（Technical regulation）一种法定权力机构所接受的约束性文件，它由技术性规定组成，或涉及技术性规定，其中包括适用的管理条款。技术标准（Technical standard）基于协商一致，由公认的标准化机构批准，为重复和
7、连续应用而制订的技术规定。由国际建筑业协会提出，并为联合国欧洲经济委员会、欧洲联盟、国际标准化组织（ISO）和世界贸易组织（WTO）所接受的，建立了建筑技术法规和技术标准的国际通行原则。1.对直接涉及公众基本利益的安全、卫生等技术要求和直接涉及国家长远利益的环保、节能等技术要求，按照指令性模式制定建筑技术法规。它是强制性技术文件，必须遵照执行。2.对不直接涉及公众基本利益和国家长远利益的技术要求，以及为保证实现强制性技术要求而采取的途径和方法等，按照陈述性模式制订技术标准。它是非强制性技术文件，自愿采用。3.为了鼓励生产者根据市场需要发挥主动创造性，促进技术进步，只要建筑产品和技术能满足强制性
8、技术法规，允许不执行非强制性的技术标准。4规范中的一些疑难问题关于岩土分类关于勘察工作布置关于场地地基的地震效应关于不良地质作用与地质灾害关于特殊岩土关于地下水关于室内试验关于原位测试关于水和土对建筑材料的腐蚀性关于岩土工程评价关于报告编写关于岩土分类关于“硬土/软岩”与土的分类标准什么关系？关于“硬土/软岩”软硬是对工程性质的一种通俗化的标识词，但难以量化；岩和土是按其成因，特别是按成岩的程度来识别的大类定名；按一般概念，岩比土硬，但却有硬土、软岩，土比岩硬？岩石按其单轴抗压强度有硬质岩、软质岩之分；软岩在世界上分布非常广泛，仅泥岩和页岩就占地球表面所有岩石的50左右。软岩可以分为原生软岩和
9、风化软岩两大类；原生软岩主要是指在温度不高和压力不大的条件下形成的沉积岩，粘土基质含量高，胶结程度差，开挖暴露在大气中易吸水膨胀、湿化崩解，强度迅速降低；风化软岩指因风化而破碎、软化的岩石，硬质岩风化成的软岩主要是全风化带与强风化带，也包括少数中等风化。与土的分类标准什么关系？历史：在1950年代，我国各个行业都从前苏联引进了规范，细粒土的分类对地基土用塑性指数分类，作为填筑材料用粒度成分分类；液限试验76g圆锥的10mm沉入深度，塑限搓条法；塑性指数大于17为粘土，717为亚粘土，07为亚砂土，各个行业的分类界限相同，土的名称有些差别，如粘砂土、砂粘土、垆坶等；5分类方法开始变化：1970年
10、代，建筑地基规范编制时，对粘性土的分类改为现在的界限，划出了粉土一类，其他行业并没有采用这种方法，但试验标准没有变化；划分粉土的工程意义；30多年来，粉土的研究得到了发展。试验的变化：1980年代，为了将美国的统一分类法引入我国，把美国的碟式液限仪的结果等效为锥式仪，出现了两种规格，一种是76g圆锥17mm的沉入深度，另一种是100g圆锥的沉入深度20mm，都认为自己是符合美国标准的；对塑限试验，也改用圆锥沉入的方法，但这并不是美国的方法，我国出现了两种规格的联合测定仪；锥式和碟式两种方法的原则区别。用塑性平衡的观点分析锥面上的剪应力FN=t卡萨格兰德碟式仪分类方法的继续变化：1980年代，一
11、些行业的规范将土的分类方法改为塑性图方法，土的名称大幅度地变化，出现了一种土能定为好几个不同的名称，同一个名称的土可能实际上不是同一种土。塑 性 图分类A line液限含水量塑性指数粉土粘土6在1980年代中期，建筑系统曾经进行了系统的研究，在1987年，两本国标的主编统一了思想，在建筑系统不采用塑性图的分类方法。20年来，土的分类基本没有很大的变化。但存在的问题依然存在，没有人去研究解决。新的液限标准和分类方法存在的问题：研究新的方法，必须考虑和解决工程应用中产生的问题，因为这影响了这些方法在工程中的应用。除了地基承载力表之外，软土的划分也是一个不容忽视的问题。按照10mm沉入深度的标准，软
12、土的定义是液性指数大于1.0或天然含水量大于液限含水量，现在改成沉入深度17mm的液限含水量必然大于原来的标准，也就是说这一条软土的定义不能用了，那么如何修改呢？没有人提出过新的标准，也没有验证过采用新的标准是否会使软土的划分产生不允许的误判。关于勘察工作布置取样钻孔数量应多少？强制性条文4.1.20为什么规定最少取样数量？什么是“主要土层”？什么是场地？取样钻孔数量应多少？“取样钻孔”即为“技术孔”，是和“鉴别孔”相对而言的；钻孔的数量是由钻孔间距和建筑物的平面尺寸确定的；只需要在一部分钻孔中取土样就可以满足土样数量的要求，因此有一部分钻孔的作用仅在于划分土层的层面和鉴别土层的土名、状态等，
13、即鉴别孔的作用。为了满足鉴别的作用，对回次进尺作了规定。尽管如此，但鉴别层面仍有比较大的误差，有可能将虽然厚度不太厚，但比较重要的土层漏划了；20多年来，静力触探得到了推广应用，对层面的划分具有独特的优点；在可以采用静力触探试验的地区，宜采用静力触探替代鉴别孔；上海地区规定，静力触探孔数可占总数的1/31/2。静力触探贯入曲线划分层面的作用7强制性条文4.1.20为什么规定最少取样数量？关于6个土试样的规定，在30年前已经有了，那时人们对于这个规定的认识似乎比较清楚，心态也比较平和；当时的规定是作为一条底线来执行的，在一个场地上，对一个土层来说，取样的数量一般是大大地多于这个数字。对于比较均匀
14、的土层，取样可能少一些，对于比较薄的土层，取样可以少一些，对于比较小的场地，取样可以少一些，取样多少是由工程师来决定的，但再少也不能低于这个底线，大家都比较有统一的认识；自从有了强制性条文，而这6个土样作为强制性条文规定以后，情况就发生了变化，你一强制性，人们不仅注意了这个规定，而且把它放在一个很不恰当的位置上，错误地认为它是对取样的控制要求而完全忘记了取样数量是一个统计数据子样数量的要求，本来是有科学道理的规定为什么非要装扮成蛮不讲理的强制性规定呢？这是强制性条文规定的结果走向它愿望反面的一个生动的例子；于是就有了20家工厂最好出一份勘察报告的荒唐命题。本来，既然是由20家工厂独立委托勘察的
15、报告，出20份报告是天经地义的事。现在为了在6个土样上做文章，就产生了最好20个工厂出一份报告的想法，以为这样就可以在整个场地只取6个土样也符合强制性条文的规定；和还是或？岩土工程勘察规范4.1.20，第3款：每个场地每一主要土层的原状土试样或原位测试数据不应少于6件。高层建筑岩土工程勘察规程4.1.7，第1款：每幢高层建筑每一主要土层内采取不扰动土试样的数量或原位测试的次数不应少于6件（组）次。但在条文说明中却说：“需要指出的是不扰动土样和原位测试的数量要同时满足。”土样和原位测试要同时满足是很难做到的。例如一个面积不大的单体建筑物，布置6个勘探点，其中3个取土孔和3个静力触探孔，从勘探孔的
16、布置来说应当是允许的。在取土孔中，可以满足每个主要土层各取6个土样，但如果原位测试也要满足6个，那岂不要求打6个静力触探孔了？如果这条要求成立，那就要求静力触探试验要么不做，一做起码要做6个孔了，这就不合理了。什么是“主要土层”？主要土层、主要受力层都不是具有严格概念的术语；本来给岩土工程师可以权宜处置的问题，由于执行强制性条文，使这些规定都变得没有实际的意义了；甚至连“场地”这样非常明确的术语都成为有争议的名词。8什么是场地？有人问：我们做岩土工程勘察的，几乎每个工程都要用到“场地”这个词，但我做了多年的勘察后，对场地这个词越来越不明白，如一幢房子的地基是一个场地，比一幢房子地基大一些的范围
17、（指影响到这幢房子的周边环境）是一个场地，几幢房子也是一个场地，一个住宅小区也是一个场地，一个村庄或1平方公里是一个场地，那么一个省可不可算一个场地，一个中国算不算一个场地，一个地球到底算几个场地。场地是有严格的定义的，在英文中称为“site”，是工程勘察的工作对象，工作范围；从法律上说，是经过批准的工程项目的红线范围，岩土工程勘察的任务就是要把场地范围内的工程地质条件调查清楚产生这个问题的原因并不是技术上的糊涂，而是对付最少试验数量6个的一种方法，因为那是以场地为单位来计算的。关于场地地基的地震效应地震区划图与抗震规范有什么不同？卓越周期与特征周期有何不同？规范场地类别划分中的问题初判和进一
18、步判别矛盾怎么办？判别液化应按什么步骤？怎样判别液化地层？怎样理解液化判别的合理性和局限性？地震区划图与抗震规范有什么不同？中国地震动参数区划图和建筑抗震设计规范是两本由不同部门编制的技术标准。目前，新版的建筑抗震设计规范体现了抗震设防依据的“双轨制”，即一般情况采用抗震设防烈度，并将地震设防烈度和地面运动加速度建立联系，将来过渡到抗震设防区划提供的地震动参数（如地面运动加速度峰值、地震影响系数曲线和地震加速度时程曲线等）；卓越周期与特征周期有何不同？地震波以多种频率成分在岩层中传播。地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，若其中某一分量的频率正好与覆盖土层的某固有频率重合或相近，由于共振作用，地
19、表输出中该分量的幅值将得到明显放大。该分量的周期就被称为地面运动的“卓越周期”。在卓越周期较短的浅薄坚硬土层上，刚性结构物（如基本周期为0.40.5 s的五、六层房屋）的震害有所加重；在卓越周期较长的深厚软弱土层上，柔性结构物（如基本周期为1.52.5 s的高层房屋）的地震反应特别强烈，往往导致严重的破坏。9特征周期对于某一个地震输入时程记录，不同自振频率（给定阻尼比）的体系产生不同的反应将反应的最大值（包括加速度反应最大值、速度反应最大值和位移反应最大值）与体系自振周期值的对应关系在反应幅值自振周期坐标平面内用曲线表示出来，即称为地震反应谱。即加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。对于建在不
20、同场地地基上的建筑物而言，为了充分反映建筑物与地基的动力相互作用，提供场地反应谱作为简化地震反应分析的工具是必要的。将场地按土层厚度和软硬划分为几大类，对每一类场地的反应谱曲线根据趋势进行统计，给出平均化、光滑化的“设计反应谱”，供一般应用。抗震规范地震影响系数曲线 特征周期是“设计反应谱”上平台的转折点，我国建筑抗震设计规范所采用的“设计反应谱”而是对国内外215条强震记录按场地条件、震中距分类进行统计分析得出的结果，是一条归一化的曲线，分四类场地给出不同的参数，所以是对不同场地的，包络了各种地震，不是对特定地震的反应，也不是某一特定场地的反应。EkF场地类别的应用 水平地震作用标准值相应于
21、结构基本自震周期的水平地震影响系数eqEk GF 1a=max2ahag=TTg水平地震影响系数最大值 地震影响 6度 7度 8度 9度 多遇地震 0.04 0.08 0.16 0.32 罕遇地震 0.50 0.90 1.40 10衰减指数特征周期值 场地类别 设计地震分组 I II III IV 第一组 0.25 0.35 0.45 0.65 第二组 0.30 0.40 0.55 0.75 第三组 0.35 0.45 0.65 0.90 zzg55.005.09.0+=阻尼调整系数，小于0.55时，应取0.55。下降斜率调整系数zzh7.106.005.012 +=805.002.01zh
22、+=规范场地类别划分中的问题什么是覆盖层？地质学的覆盖层概念是什么？抗震规范用波速确定覆盖层厚度的原理是什么？规范的简化方法不能替代地震地质的概念。影响结构地震反应的场地因素1967年7月29日委内瑞拉加拉加斯地震的震级为6.4，加拉加斯震中距60 km 。城区位于厚度变化很大的冲积土层上。调查结果表明，在厚度为150300 m的冲积层上，924层建筑物震害最严重；在土层厚度为50 m的场地上，35层建筑物的破坏相对较多。1985年9月19日墨西哥西海岸发生8.1级地震，在400 km以外的墨西哥城第四系沉积土层厚达2001000 m，表层是剪切波速vS小于100 m/s的湖成软粘土。深厚软弱
23、的覆盖土层在远震的作用下，地面运动卓越周期长达2秒，从而使该城许多地区出现烈度异常，尤其是10层上下的柔性建筑出现集中破坏。1957年7月28日震中远离墨西哥城350 km的地震也使该城1316层的建筑物产生集中破坏。根据1957年美国旧金山地震（M =5.3）中旧金山市内不同厚度土层上获得的强震记录作为各种输入，对一幢典型的10层楼房（总重65000 kN，基本固有周期1.2s）进行反应分析。发现场地土层厚度明显影响建筑物在同一地震作用下的底部剪力值。90m以上厚度的土层上的底部剪力值是30m以下土层上的5倍。11国内也有类似的例子。1975年海城地震，震中北面110 km处的红阳煤矿二号井
24、地表覆盖层厚约110 m，地面以下1.4 m6.6 m处有一层淤泥质粉质粘土，结果高耸柔性的建筑物（55.2 m的主井井塔绞车大厅、41.7 m的副井提升机房、40 m的砖烟囱以及29.3 m的装车仓等）都发生震害，而高度在10 m 以内的刚性建筑物安然无恙。1976年唐山大地震中，位于6度区的北京市的一些中高层建筑，如北京饭店、民航大楼、民族文化宫等都遭受一定程度的破坏，而相邻的较低矮的建筑物则没有任何破坏。从上述情况可见，在确定建筑物的地震反应时，除了需要考虑建筑物本身的频率特性、震中距和地面运动加速度以外，场地覆盖土层的厚度和刚度条件的影响是必须计及的。我国建筑抗震设计规范规定，按覆盖土
25、层总厚度和表层土（20 m以内）刚度（按剪切波速计）来区分场地类别。有人问：在判别场地类型时，场地土为中软土，由于拟建场地位于山前，第四系覆盖层厚度变化较大，东部是基岩裸露，西部则有6m硬可塑状含砾粉质粘土，属冲洪积土，在计算覆盖层厚度时，是取最大值还时平均值，我们这里两位高工两种说法。可以分两个部分评价吗？我们总工的说法，一个场地就允许一种场地土类别存在，不知对或错，如对也按最大值考虑吗？1.确定场地类别的目的是为了选用特征周期，从而求得相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数，进行抗震验算时是将整个建筑物的每一层作为一个质点，是非常粗略的一种计算模式；2.地震波从基岩传播到建筑物的底部是作
26、为一维问题考虑的，相对于大地而言，整个场地是一个点，没有必要也没有可能按建筑物分别判别类型；3.在具体操作上，应从整个场地而言取代表性的厚度，也可以取平均值。各类建筑场地的覆盖层厚度 （规范表4.1.6） 场 地 类 别 土层剪切波速范围 (m/s) I II III IV v s 500 0 500vs250 140 50 vs140 80 初判和进一步判别矛盾怎么办？初判不液化不作进一步判别液化初判液化不液化初判的条件天然地基12判别液化应按什么步骤？按点判别按孔计算液化指数按场地综合评价怎样判别液化地层？原位测试经验方法标准贯入试验静力触探试验波速法试验对比方法循环三轴试验循环单剪试验共
27、振柱试验 = = niiicriiIE WdNNI11怎样理解液化判别的合理性和局限性？抗震规范的液化判别公式是在我国华北地区几次大地震之后，对液化过的和未液化的场地进行标准贯入试验，经过统计分析得出的经验公式，应当有一定的适用范围。其结果对于其他地区的砂土是否适用，对砂土的成因、颗粒形状和级配等因素的影响研究很少，也没有经过验证。周镜院士提出：“众所周知，目前我国评价饱和砂液化势的原位测试方法，即标准贯入法和静力触探法，主要是依据石英质砂地层中的经验，特别是唐山地震中的经验。有的规程中用饱和砂的相对密度来评价它的液化势。显然这些准则都不宜简单地用于长江中下游的片状砂地层。”粘土与砂夹层如何考
28、虑？淤泥夹砂如何考虑？粗中砂如何考虑？标准贯入击数与粘粒含量对液化评价对影响；地下水位对影响，用什么水位？其实，从液化判别来说，地下水位的高低对判别结果的影响并不是关键的参数，因地下水位的误差造成判别误差还不会影响到致命的误判。所以，应当是根据现有资料，提出最可能的场地年最高水位就可以了，更不是洪水位。关于不良地质作用与地质灾害土洞塌陷形成条件和原因是什么？滑坡稳定分析传递系数法有什么问题？13土洞塌陷形成条件和原因是什么？ 有覆盖土的岩溶发育区；岩面以上的土体在两种条件下产生的流失所形成的洞穴；地面水形成的土洞，地面水通过土中裂隙、孔洞渗入地下，当水流入渗处的下部存在岩溶通道时，土洞自上而下
29、地形成；地下水形成的土洞，地下水位频繁升降于岩土交界面附近，土洞自下向上地发展。传递系数法有什么问题？滑坡稳定分析传递系数法又称剩余推力法，是我国科技人员创建的滑坡稳定分析方法。用于计算稳定系数，判断滑坡处于何种状态用于计算滑坡推力，为滑坡治理设计提供依据用于反分析滑块平衡分析( ) ( ) iiiiii jaaaa tansincos 11 = KT公式下滑力均乘以安全系数K，然后得到以安全系数表示的显式解表示14R/K公式在土的抗剪强度指标项除以安全系数K，令F1/K，得剩余下滑力：两类公式的比较KT型公式的稳定系数K计算比较简单，但从力学意义来说，尚有不够明确之处；R/K型公式求解比较复
30、杂一些，但其力学概念比较明确。方法的应用岩土工程勘察规范采用下式求稳定系数：建筑边坡工程技术规范采用下式求稳定系数：建筑地基基础设计规范用于计算剩余下滑力的公式：适用于折线形滑面，推力作用点可取滑体厚度的1/2处。计算误差分析郑颖人等以圆弧滑动为例，与Morgenstem-Price法比较，认为传递系数法的显式解比隐式解误差大得多，且偏于不安全，建议采用隐式解，取消显式解在工程中的应用。陈祖煜也以圆弧滑动为例，与Bishop法比较，认为隐式解的计算结果与Bishop法十分接近，而显式解并不总是与Bishop法接近，误差随中心角的增大而增大，且安全系数总是偏大。15关于特殊岩土软土挤土桩为什么对
31、工程不利？膨胀土建筑破坏有什么特征？软土挤土桩为什么对工程不利？1. 挤土的宏观工程问题：地面隆起邻近建筑物上抬、下沉和开裂邻近管线变形、开裂拉断已沉桩的接头2. 挤土的控制性因素：入土桩的截面与建筑物底面积之比hAp/Afh5挤土非常严重h35挤土严重h+0关于报告编写及其他报告书是否必须附柱状图？统计剔除异常是否应符合三倍标准差？报告书是否必须附柱状图？1.国外的勘察报告中主要提供柱状图，很少用剖面图；2.最基础的资料是柱状图，剖面是人为用直线连出来的，尖灭都在1/2勘探孔间距处，没有比柱状图提供更多的信息；3.根据我国的习惯，剖面比柱状图似乎更重要，这可能是为了让设计人员看得懂。统计剔除异常是否应符合三倍标准差？1. 所谓异常数据，一般是有其物理因素的，首先可以通过检查和分析，找出异常的原因，作为剔除数据的依据；2.例如，试样物理指标的差别、试验条件的变化等；3.在原因确实不明的条件下，采用数学的方法，其理论基础是超过三倍标准差的小概率事件。讲座到此结束谢谢！
