地基工程可靠性設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用

前言

　　在地基工程設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算模型的誤差等因素導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果的不確定性。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)普遍采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)，而地基基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)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(jì)原則不相同、安全控制標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)的局面。20世紀(jì)40年代發(fā)展起來(lái)的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范中得到了應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，概率統(tǒng)計(jì)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(dá)到實(shí)用化的程度，但用可靠性理論來(lái)解決地基基礎(chǔ)工程問(wèn)題在很大程度上可以改善和彌補(bǔ)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(lái)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(wèn)題日益增多、日益復(fù)雜，如何將計(jì)算機(jī)知識(shí)與地基基礎(chǔ)工程的可靠性設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)合起來(lái)解決復(fù)雜的實(shí)際工程問(wèn)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(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，并采用了國(guó)家頒布的有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(shí)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(jiǎn)稱VB6.0）編寫，考慮到地基變形計(jì)算模型的復(fù)雜性，其可靠性分析程序采用Fortran語(yǔ)言編寫。本書為讀者提供了一個(gè)地基工程可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算的平臺(tái)，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(jì)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(jì)的基本原理和計(jì)算方法，并提供了相應(yīng)的計(jì)算程序。全書共分八個(gè)部分，主要包括緒論、土性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析、土的隨機(jī)場(chǎng)理論、可靠性設(shè)計(jì)的基本概念、可靠指標(biāo)的計(jì)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。《地基工程可靠性設(shè)計(jì)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(yǔ)言編寫?！　　兜鼗こ炭煽啃栽O(shè)計(jì)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(jí)和研究生的教學(xué)參考書。

作者簡(jiǎn)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(xiàng)省級(jí)和廳級(jí)研究課題，取得10余項(xiàng)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(jì)CAD研究與開發(fā)”、“地基基礎(chǔ)工程可靠性設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用研究”、“復(fù)合地基可靠性設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用研究”四項(xiàng)成果獲得河北省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，“土木工程結(jié)構(gòu)的狀態(tài)診斷與評(píng)估”獲河北省建設(shè)廳科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，“固流耦合失穩(wěn)理論和穩(wěn)定性研究”獲保定市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。主要著作有《基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)及實(shí)用程序設(shè)計(jì)》、《淺基礎(chǔ)工程及程序設(shè)計(jì)》，并參編《簡(jiǎn)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?！　×航饑?guó)，男，1956年生，河北臨西人，1980年畢業(yè)于長(zhǎng)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(jí)高級(jí)工程師。主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、施工的理論研究與工程實(shí)踐，先后獲得國(guó)家發(fā)明金獎(jiǎng)、國(guó)家優(yōu)秀工程勘察獎(jiǎng)和省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)及優(yōu)秀工程勘察獎(jiǎng)，以及國(guó)家發(fā)明專利獎(jiǎng)。先后主編或參編多項(xiàng)地方或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)外刊物上發(fā)表科技論文20余篇。先后被評(píng)為“省直十大杰出青年”、河北省“青年科技標(biāo)兵”、“河北省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家”?，F(xiàn)為河北大學(xué)、石家莊經(jīng)濟(jì)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(huì)副理事長(zhǎng)、河北省地基基礎(chǔ)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任、河北省工程勘察學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、河北省地質(zhì)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、《工程勘察》雜志編委會(huì)委員、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)勘察學(xué)會(huì)分理事?！　埥ㄆ?，男，吉林長(zhǎng)春人，中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司高級(jí)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(jì)、勘察、施工、監(jiān)理工作。曾任西藏自治區(qū)重點(diǎn)水利建設(shè)項(xiàng)目管理中心主任、西藏自治區(qū)水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院院長(zhǎng)、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(zhǎng)、西藏旁多水利樞紐工程項(xiàng)目經(jīng)理和設(shè)計(jì)總工程師。曾在《東北水利水電》等專業(yè)刊物上發(fā)表過(guò)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(jìn)步二等獎(jiǎng)。

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(diǎn)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(jì)分析2.1 參數(shù)統(tǒng)計(jì)中的幾個(gè)基本問(wèn)題2.1.1 幾個(gè)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(jì)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(jì)2.2.1 點(diǎn)估計(jì)2.2.2 區(qū)間估計(jì)2.2.3 推廣貝葉斯方法估計(jì)分布參數(shù)2.2.4 最（極）大似然法估計(jì)法2.3 參數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn)2.3.1 假設(shè)檢驗(yàn)的基本概念2.3.2 總體均值為某定值的顯著性檢驗(yàn)2.3.3 總體比例為某定值的顯著性檢驗(yàn)2.4 概率分布的優(yōu)度擬合檢驗(yàn)——非參數(shù)檢驗(yàn)2.5 土性參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析在工程中的應(yīng)用第3章 土的隨機(jī)場(chǎng)理論3.1 土性剖面的隨機(jī)場(chǎng)模型3.2 隨機(jī)過(guò)程3.2.1 隨機(jī)過(guò)程的基本概念3.2.2 隨機(jī)過(guò)程的數(shù)字特征3.2.3 平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程3.2.4 數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的檢驗(yàn)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(píng)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(yàn)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(jì)的基本概念4.1 結(jié)構(gòu)分析中的不確定性4.1.1 隨機(jī)性4.1.2 模糊性4.1.3 知識(shí)的不完善性4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(biāo)4.6.4 結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)口的幾何意義4.6.5 可靠指標(biāo)β與安全系數(shù)K的關(guān)系4.6.6 可靠指標(biāo)口與分項(xiàng)系數(shù)的關(guān)系4.7 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法的分類4.7.1 水準(zhǔn)I方法4.7.2 水準(zhǔn)Ⅱ方法4.7.3 水準(zhǔn)Ⅲ方法4.7.4 水準(zhǔn)Ⅳ方法4.8 本章 小結(jié)第5章 可靠指標(biāo)的計(jì)算方法5.1 中心點(diǎn)法5.2 驗(yàn)算點(diǎn)法5.2.1 基本原理5.2.2 當(dāng)量正態(tài)化5.2.3 相關(guān)隨機(jī)變量可靠指標(biāo)的計(jì)算5.3 蒙特卡洛法5.3.1 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生與檢驗(yàn)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算模型的比較6.4.2 JC法計(jì)算天然地基沉降可靠指標(biāo)的算例6.4.3 蒙特卡洛法計(jì)算天然地基沉降可靠指標(biāo)的算例6.5 本章 小結(jié)6.6 源程序代碼6.6.1 驗(yàn)算點(diǎn)法計(jì)算天然地基沉降可靠指標(biāo)程序6.6.2 蒙特卡洛法計(jì)算天然地基沉降可靠指標(biāo)程序6.6.3 考慮應(yīng)力歷史的地基最終沉降計(jì)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(yàn)法確定極限狀態(tài)方程7.2.2 按原位測(cè)試法確定極限狀態(tài)方程7.2.3 按經(jīng)驗(yàn)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(jì)算的規(guī)范公式7.5 樁基可靠度分析實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)算8.4.3 多樁型復(fù)合地基變形計(jì)算8.4.4 基于布辛奈斯克位移解的復(fù)合地基沉降計(jì)算8.4.5 復(fù)合地基變形可靠度分析實(shí)例8.5 本章 小結(jié)8.6 源程序代碼……附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)60年代以來(lái)，巖土工程的可靠性研究已成為許多國(guó)家迅速發(fā)展的一門學(xué)科，有些國(guó)家已經(jīng)開始應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。在我國(guó)，可靠性分析設(shè)計(jì)（或稱概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法）已在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 68-84）中明確規(guī)定為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 501 53-92）也規(guī)定對(duì)于各類工程結(jié)構(gòu)要采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。土木工程問(wèn)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(yùn)用可靠性分析方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，后者如果繼續(xù)在以后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沿用傳統(tǒng)的定值設(shè)計(jì)法，顯然是不合適的。國(guó)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(wèn)題與結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題實(shí)行同步的可靠性設(shè)計(jì)是土木工程發(fā)展的國(guó)際趨勢(shì)?！　∧壳?，可靠性研究在結(jié)構(gòu)工程中達(dá)到了實(shí)用階段，概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(jì)方法時(shí)，與上部結(jié)構(gòu)具有許多共同特點(diǎn)，正是基于這些共同點(diǎn)才將結(jié)構(gòu)可靠度分析的一些方法和原則移植過(guò)來(lái)；但同時(shí)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(diǎn)，必須充分研究這些特點(diǎn)，才能得到正確的結(jié)果。

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