地基工程可靠性設(shè)計原理與應(yīng)用

前言

　　在地基工程設(shè)計計算中，由于作用于土體的荷載的大小和土性參數(shù)的變異性、土層厚度的不均性以及計算模型的誤差等因素導(dǎo)致了計算結(jié)果的不確定性。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)普遍采用概率極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)表達，而地基基礎(chǔ)工程設(shè)計至今仍采用容許應(yīng)力法和單一安全系數(shù)法，因此形成了上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計原則不相同、安全控制標準不協(xié)調(diào)的局面。20世紀40年代發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計方法采用可靠度描述工程結(jié)構(gòu)的安全性，目前已經(jīng)形成一套完整的理論并在設(shè)計規(guī)范中得到了應(yīng)用。20世紀60年代以來，概率統(tǒng)計的方法開始引入巖土工程領(lǐng)域，從而開辟了一條處理巖土工程不確定性的新思路。這種方法正逐步被工程界所接受，然而，地基基礎(chǔ)工程可靠度理論的研究目前尚未達到實用化的程度，但用可靠性理論來解決地基基礎(chǔ)工程問題在很大程度上可以改善和彌補確定性方法的不足。隨著可靠度分析方法的逐步完善和研究的不斷深入，這一方法必將得到越來越廣泛的重視。　　隨著建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，所遇到的地基基礎(chǔ)工程問題日益增多、日益復(fù)雜，如何將計算機知識與地基基礎(chǔ)工程的可靠性設(shè)計和計算結(jié)合起來解決復(fù)雜的實際工程問題，是本書的主要目的之一?！　”緯狭俗髡叨嗄杲虒W(xué)、科研成果和實際工程經(jīng)驗，并采用了國家頒布的有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計的最新規(guī)范和規(guī)程。本書各章均配有相應(yīng)的程序界面和工程實例，并在章后附有源程序，地基承載力可靠性分析程序代碼采用Visual Basic 6.0（以下簡稱VB6.0）編寫，考慮到地基變形計算模型的復(fù)雜性，其可靠性分析程序采用Fortran語言編寫。本書為讀者提供了一個地基工程可靠性設(shè)計計算的平臺，讀者可以在此基礎(chǔ)上添加或引用程序中的有關(guān)窗體、模塊和子程序，形成自己特色的可靠性分析程序。

內(nèi)容概要

　　《地基工程可靠性設(shè)計原理與應(yīng)用》系統(tǒng)地介紹了地基基礎(chǔ)工程中可靠性設(shè)計的基本原理和計算方法，并提供了相應(yīng)的計算程序。全書共分八個部分，主要包括緒論、土性參數(shù)的統(tǒng)計分析、土的隨機場理論、可靠性設(shè)計的基本概念、可靠指標的計算方法、天然地基的可靠度分析、樁基的可靠度分析和復(fù)合地基的可靠度分析?！兜鼗こ炭煽啃栽O(shè)計原理與應(yīng)用》給出了典型算例及其主要程序界面和源程序代碼。地基承載力可靠度分析程序采用Visual Basic 6．0編寫，地基變形可靠度分析程序采用Fortran語言編寫?！　　兜鼗こ炭煽啃栽O(shè)計原理與應(yīng)用》可供土木工程技術(shù)人員、科學(xué)研究人員和教師參考，也可以作為土木工程專業(yè)本科生高年級和研究生的教學(xué)參考書。

作者簡介

　　丁繼輝，女，1962年生，河北大學(xué)教授，水工結(jié)構(gòu)工程碩士，工程力學(xué)博士。主要從事故障診斷、巖土工程可靠性、固流耦合失穩(wěn)理論和地基基礎(chǔ)工程等方面的研究工作。主持和參加了10余項省級和廳級研究課題，取得10余項科研成果，其中，“河北省地基承載力可靠性研究”、“地基基礎(chǔ)工程設(shè)計CAD研究與開發(fā)”、“地基基礎(chǔ)工程可靠性設(shè)計理論及應(yīng)用研究”、“復(fù)合地基可靠性設(shè)計理論及應(yīng)用研究”四項成果獲得河北省科技進步三等獎，“土木工程結(jié)構(gòu)的狀態(tài)診斷與評估”獲河北省建設(shè)廳科技進步一等獎，“固流耦合失穩(wěn)理論和穩(wěn)定性研究”獲保定市科技進步二等獎。主要著作有《基礎(chǔ)工程設(shè)計及實用程序設(shè)計》、《淺基礎(chǔ)工程及程序設(shè)計》，并參編《簡明華夏百科全書》土建類部分條目以及村鎮(zhèn)建設(shè)系列培訓(xùn)教材《高等數(shù)學(xué)》概率論部分。　　梁金國，男，1956年生，河北臨西人，1980年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院，現(xiàn)任河北建設(shè)勘察研究有限公司總經(jīng)理，教授級高級工程師。主要從事巖土工程勘察、設(shè)計、施工的理論研究與工程實踐，先后獲得國家發(fā)明金獎、國家優(yōu)秀工程勘察獎和省部級科技進步獎及優(yōu)秀工程勘察獎，以及國家發(fā)明專利獎。先后主編或參編多項地方或行業(yè)標準，在國內(nèi)外刊物上發(fā)表科技論文20余篇。先后被評為“省直十大杰出青年”、河北省“青年科技標兵”、“河北省有突出貢獻的中青年專家”?，F(xiàn)為河北大學(xué)、石家莊經(jīng)濟學(xué)院、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、石家莊鐵道學(xué)院兼職教授。河北省巖石與工程學(xué)會副理事長、河北省地基基礎(chǔ)學(xué)術(shù)委員會副主任、河北省工程勘察學(xué)術(shù)委員會主任、河北省地質(zhì)學(xué)會副會長、《工程勘察》雜志編委會委員、中國建筑學(xué)會勘察學(xué)會分理事?！　埥ㄆ?，男，吉林長春人，中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司高級工程師，1988年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)，一直從事水利工程設(shè)計、勘察、施工、監(jiān)理工作。曾任西藏自治區(qū)重點水利建設(shè)項目管理中心主任、西藏自治區(qū)水利規(guī)劃勘測設(shè)計研究院院長、中水東北公司水工處副總工等職。現(xiàn)任中水東北公司水工處副處長、西藏旁多水利樞紐工程項目經(jīng)理和設(shè)計總工程師。曾在《東北水利水電》等專業(yè)刊物上發(fā)表過論文多篇。主要編著《水利水電工程專業(yè)案例應(yīng)試輔導(dǎo)與習(xí)題集（水工結(jié)構(gòu)及地質(zhì)篇）》。主持完成的“西藏年楚河流域冰川終磧湖分析研究”獲西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進步二等獎。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 地基基礎(chǔ)工程可靠性研究的特點1.2 巖土工程可靠性的發(fā)展與研究現(xiàn)狀1.2.1 巖土工程可靠性的發(fā)展1.2.2 巖土工程可靠性的研究現(xiàn)狀第2章 土性參數(shù)的統(tǒng)計分析2.1 參數(shù)統(tǒng)計中的幾個基本問題2.1.1 幾個基本概念2.1.2 樣本數(shù)據(jù)的整理與顯示2.1.3 樣本的統(tǒng)計量和總體參數(shù)2.1.4 常見的幾種概率分布2.1.5 三大抽樣分布2.2 參數(shù)估計2.2.1 點估計2.2.2 區(qū)間估計2.2.3 推廣貝葉斯方法估計分布參數(shù)2.2.4 最（極）大似然法估計法2.3 參數(shù)的假設(shè)檢驗2.3.1 假設(shè)檢驗的基本概念2.3.2 總體均值為某定值的顯著性檢驗2.3.3 總體比例為某定值的顯著性檢驗2.4 概率分布的優(yōu)度擬合檢驗——非參數(shù)檢驗2.5 土性參數(shù)統(tǒng)計分析在工程中的應(yīng)用第3章 土的隨機場理論3.1 土性剖面的隨機場模型3.2 隨機過程3.2.1 隨機過程的基本概念3.2.2 隨機過程的數(shù)字特征3.2.3 平穩(wěn)隨機過程3.2.4 數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的檢驗3.3 自協(xié)方差函數(shù)和變異函數(shù)3.4 方差折減系數(shù)及相關(guān)范圍3.5 求解相關(guān)距離3.5.1 土性相關(guān)距離的定義3.5.2 空間遞推平均法3.5.3 曲線擬合法3.5.4 相關(guān)函數(shù)法3.5.5 曲線極限法3.5.6 試算擬合法3.5.7 平均零跨距法3.5.8 各種方法的綜合比較和評述3.6 工程應(yīng)用3.6.1 數(shù)據(jù)平穩(wěn)性、各態(tài)歷經(jīng)性的檢驗及結(jié)果分析3.6.2 石家莊市橋東區(qū)典型土層的相關(guān)距離3.7 本章 小結(jié)第4章 可靠性設(shè)計的基本概念4.1 結(jié)構(gòu)分析中的不確定性4.1.1 隨機性4.1.2 模糊性4.1.3 知識的不完善性4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的變量4.3 結(jié)構(gòu)的功能要求4.4 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)4.4.1 承載能力的極限狀態(tài)4.4.2 正常使用的極限狀態(tài)4.5 極限狀態(tài)方程4.6 結(jié)構(gòu)可靠性和可靠度4.6.1 結(jié)構(gòu)可靠性4.6.2 結(jié)構(gòu)可靠度4.6.3 結(jié)構(gòu)可靠指標4.6.4 結(jié)構(gòu)可靠指標口的幾何意義4.6.5 可靠指標β與安全系數(shù)K的關(guān)系4.6.6 可靠指標口與分項系數(shù)的關(guān)系4.7 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計方法的分類4.7.1 水準I方法4.7.2 水準Ⅱ方法4.7.3 水準Ⅲ方法4.7.4 水準Ⅳ方法4.8 本章 小結(jié)第5章 可靠指標的計算方法5.1 中心點法5.2 驗算點法5.2.1 基本原理5.2.2 當量正態(tài)化5.2.3 相關(guān)隨機變量可靠指標的計算5.3 蒙特卡洛法5.3.1 隨機數(shù)的產(chǎn)生與檢驗5.3.2 一般抽樣法5.3.3 重要抽樣法5.4 本章 小結(jié)5.5 源程序代碼5.5.1 基于斯肯普頓承載力公式的計算程序5.5.2 天然地基承載力可靠度分析程序第6章 天然地基的可靠度分析6.1 天然地基承載力的可靠度分析6.1.1 天然地基承載力極限狀態(tài)方程一般式6.1.2 天然地基極限承載力的確定方法6.1.3 天然地基承載力極限狀態(tài)方程的確定及參數(shù)分析6.2 天然地基承載力可靠度分析工程實例6.2.1 石家莊某條形基礎(chǔ)算例6.2.2 石家莊某住宅樓條形基礎(chǔ)算例6.2.3 重要抽樣法計算條形基礎(chǔ)算例6.3 天然地基變形的可靠度分析6.3.1 天然地基變形極限狀態(tài)方程的～般式6.3.2 彈性力學(xué)方法6.3.3 分層總和法6.3.4 規(guī)范推薦方法6.3.5 考慮應(yīng)力歷史的地基最終沉降計算6.3.6 基于布辛奈斯克應(yīng)力解的單向壓縮層法6.3.7 基于布辛奈斯克位移解的分層總和法6.4 天然地基變形可靠度分析算例6.4.1 天然地基沉降可靠度計算模型的比較6.4.2 JC法計算天然地基沉降可靠指標的算例6.4.3 蒙特卡洛法計算天然地基沉降可靠指標的算例6.5 本章 小結(jié)6.6 源程序代碼6.6.1 驗算點法計算天然地基沉降可靠指標程序6.6.2 蒙特卡洛法計算天然地基沉降可靠指標程序6.6.3 考慮應(yīng)力歷史的地基最終沉降計算程序第7章 樁基的可靠度分析7.1 基樁豎向承載力極限狀態(tài)方程的一般式7.2 基樁豎向承載力極限狀態(tài)方程的確定7.2.1 按靜載荷試驗法確定極限狀態(tài)方程7.2.2 按原位測試法確定極限狀態(tài)方程7.2.3 按經(jīng)驗參數(shù)法確定極限狀態(tài)方程7.2.4 鋼管樁極限狀態(tài)方程的確定7.2.5 嵌巖樁極限狀態(tài)方程的確定7.2.6 后注漿灌注樁極限狀態(tài)方程的確定7.3 極限狀態(tài)方程中的參數(shù)分析7.4 樁基變形的可靠度分析7.4.1 樁基變形極限狀態(tài)方程的一般式7.4.2 樁基變形計算的規(guī)范公式7.5 樁基可靠度分析實例7.6 本章 小結(jié)7.7 源程序代碼第8章 復(fù)合地基的可靠度分析8.1 復(fù)合地基概述8.2 復(fù)合地基極限狀態(tài)方程的建立8.2.1 復(fù)合地基承載力極限狀態(tài)方程一般式8.2.2 復(fù)合地基極限承載力的確定8.2.3 復(fù)合地基極限狀態(tài)方程的確定8.2.4 多樁型組合樁復(fù)合地基極限狀態(tài)方程的確定8.2.5 極限狀態(tài)方程中的參數(shù)分析8.3 復(fù)合地基承載力可靠度分析實例8.3.1 單一樁型復(fù)合地基算例8.3.2 碎石樁和CFG樁組合樁復(fù)合地基算例8.3.3 夯實水泥土樁和CFG樁組合樁復(fù)合地基算例8.4 復(fù)合地基變形的可靠度分析8.4.1 復(fù)合地基變形極限狀態(tài)方程的一般式8.4.2 單一樁型復(fù)合地基變形計算8.4.3 多樁型復(fù)合地基變形計算8.4.4 基于布辛奈斯克位移解的復(fù)合地基沉降計算8.4.5 復(fù)合地基變形可靠度分析實例8.5 本章 小結(jié)8.6 源程序代碼……附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

　　20世紀60年代以來，巖土工程的可靠性研究已成為許多國家迅速發(fā)展的一門學(xué)科，有些國家已經(jīng)開始應(yīng)用于工程設(shè)計。在我國，可靠性分析設(shè)計（或稱概率極限狀態(tài)設(shè)計法）已在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》（GBJ 68-84）中明確規(guī)定為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則，《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》（GB 501 53-92）也規(guī)定對于各類工程結(jié)構(gòu)要采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。土木工程問題往往是結(jié)構(gòu)工程與巖土工程的結(jié)合，前者已經(jīng)運用可靠性分析方法來進行設(shè)計，后者如果繼續(xù)在以后較長時間內(nèi)沿用傳統(tǒng)的定值設(shè)計法，顯然是不合適的。國內(nèi)外很多專家、學(xué)者都在致力于巖土工程可靠度的研究。巖土工程問題與結(jié)構(gòu)工程問題實行同步的可靠性設(shè)計是土木工程發(fā)展的國際趨勢?！　∧壳埃煽啃匝芯吭诮Y(jié)構(gòu)工程中達到了實用階段，概率極限狀態(tài)設(shè)計方法已得到了廣泛應(yīng)用。地基基礎(chǔ)作為建筑工程的一部分，在采用以概率理論為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計方法時，與上部結(jié)構(gòu)具有許多共同特點，正是基于這些共同點才將結(jié)構(gòu)可靠度分析的一些方法和原則移植過來；但同時也必須看到，地基基礎(chǔ)又具有一些與上部結(jié)構(gòu)不完全相同的特點，必須充分研究這些特點，才能得到正確的結(jié)果。

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