岩土工程设计

㈠ 　岩土工程设计的内容、理论和方法

岩土工程设计的任务是根据各类工程建筑的要求和工程勘察所提供的场地资料和岩土体参数为岩土体的利用、整治或改造选择最优化的实施方案。岩土工程的设计内容、理论和方法随具体的工程不同而变化，例如基础工程设计中主要考虑的问题是地基承载力和地基变形稳定性，可能的设计内容有地基处理方案、降水方案、基坑支护方案等，设计的理论依据主要是土力学和水文地质学；而地下工程设计中所要考虑的首先是洞室围岩稳定性问题，可能的设计内容有断面开挖设计、围岩支护设计等，设计的理论依据主要是岩体力学。尽管不同的工程有其具体的设计内容和方法，但是各类岩土工程设计仍然有一些共同的基本要求和设计原则。

一、岩土工程设计的基本要求和设计原则

岩土工程设计的最基本的原则是以最少的投资、最短的工期，保证在使用期内工程的安全运行和所有预定功能的正常发挥。其中包含了三方面的基本要求：①预定功能正常发挥；②安全性和耐久性；③工期和投资的经济性。

工程设计时应考虑的因素包括：①工程使用期内预定的功能；②场地条件、岩土性质及其可能变化；③工程结构类型与特点及荷载组合情况；④施工环境和相邻工程的影响；⑤施工技术条件和设计实施的可行性；⑥当地工程建筑材料资源。

岩土工程设计时应注意以下几方面的问题：

（1）注意场地条件，考虑灾害防治措施。充分收集场地的地形、地质、水文、水文地质等资料作为设计依据。场地可能的自然灾害包括：暴雨、洪水、地震、滑坡、崩塌、泥石流等；由于工程建设引起的灾害包括：采空塌陷、抽水塌陷、边坡失稳、管涌、突水等。对于这些灾害应采取有效的防治措施。

（2）合理选取岩土参数。选取岩土参数时应注意岩土体的非均质性、各向异性，并考虑参数测定的方法、条件，注意参数随时间和环境的改变以及工程建设的实施对岩土参数的影响。

（3）定性分析与定量分析相结合。定性分析是岩土工程分析的首要步骤，是定量分析的基础。定性分析的内容包括：工程选址和场地适宜性评价；场地地质背景和地质稳定性评价；岩土性质的直观鉴定。定量分析可采用解析法、图解法或数值法，并考虑适当的安全储备。定性分析和定量分析都应在详细占有资料的基础上，运用成熟的理论和类似工程的经验进行论证，并提出多种方案进行比较。

（4）注意岩土与结构设计的配合。岩土工程设计中应充分考虑岩土体与人工构筑物之间协调一致，保证工程整体功能的正常发挥。

二、岩土工程设计的基础资料

岩土工程设计的基础资料随具体工程需要而异，一般情况主要基础资料如下：

（1）地形、水文、气象资料，包括地形图及平面高程控制；水位、流量、洪峰、淹没、冲淤等；气温、降水、冻结深度、暴雨、风暴潮等。

（2）岩土工程勘察资料，包括岩土的类型、年代、成因、产状、性质、分布；岩土的工程性质及其变异性；断裂构造的性质、展布及其对工程的影响；不良地质现象的类型、特征、动态及其对工程的影响；人为地质现象的类型、特征、动态及其对工程的影响；地震烈度、场地土类别、场地类别、地震动参数、液化测试及评价；地下水类型、水位、动态、地层渗透性和补给排泄条件；水土对建筑材料的腐蚀性；特殊岩土的测试与评价。

（3）建筑结构资料，包括工程安全等级、建筑面积、层数、高度、地基开挖深度、可能采用的基础类型等；结构类型、刚度、荷载及分布、加荷速率、对沉降的要求等；可能采用的挡土结构类型。

（4）其他资料，包括邻近工程设施及其与拟建工程的关系；施工排水、排污条件；对施工噪声、振动的限制；岩土工程勘察、设计、施工的地方经验；工程建设的计划进度及工程分包配合情况；地方施工能力、建筑材料及劳务价格等。

三、岩土工程设计的理论和方法

1.岩土工程设计的理论基础

岩土工程设计的对象是各类工程中与岩土体的利用、整治和改造有关的部分，尽管各类工程中涉及岩土体利用、整治和改造的程度、规模和方式不尽相同，但是岩土工程设计都要面对一个共同的问题，即必须设法使岩土体的工程特性能够满足工程建筑的功能要求。工程建筑对岩土体最基本的要求可以概括为强度和变形两个方面，所以岩土工程设计中最基本的任务就是根据具体工程建筑的功能要求和荷载的分布情况对工程岩土体的强度和变形进行验算，可见，岩土工程设计中最基本的理论是岩土力学。

当天然岩土体的强度和变形不能满足工程建筑的要求时，设计上就必须提出适当的岩土体整治或改造方案，以改善工程岩土体的强度和变形性能使之满足工程建筑的要求。对岩土体的整治和改造必然要涉及到岩土体以外的其他材料和人工结构的使用，因此，岩土工程设计理论仅有岩土力学是不够的，还必须包括岩土力学以外的其他材料（如钢筋、混凝土等）力学和结构力学，这样岩土工程设计才能胜任对岩土体利用、整治和改造的任务。

除局部工程岩土体的力学特性外，岩土工程设计还必须考虑工程场地的地质构造稳定性。因为，一项岩土工程从局部看在力学上即使固若金汤，但是工程场地在地质构造上处在一个不稳定状态，如果不采取防治措施，此项工程迟早会发生问题，工程损失往往会更加惨重。因此，地质学基础也是岩土工程设计中最为重要的基础理论之一，这是用国内外岩土工程实践中血的教训所换来的认识。

岩土工程设计还必须考虑设计方案的实施，因此，岩土工程施工工艺也是决定岩土工程设计方案的重要技术因素。

2.岩土工程设计的方法

岩土工程设计应有足够的安全储备，以保证岩土工程能够承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用；在正常使用期间，工程各部功能具有良好的工作性能；在正常维护下具有足够的耐久性；在发生偶然事件或局部失效时，仍能保持必须的整体稳定性。

岩土工程设计的传统方法是建立在经验基础上的容许应力法，随着设计理论和设计方法的进步，有转向以概率为基础的极限状态法的趋势。

容许应力法是在工程正常使用的前提下，比较荷载作用S和岩土体抗力R，要求强度有一定的安全储备，变形不过大，安全度的取值建立在经验的基础上。

极限状态法将岩土体及有关结构置于极限状态进行分析，寻求达到某种极限状态试验土体的抗力。极限状态方程的一般式为：

水工环研究的现状与趋势

式中，Z=g（·）为功能函数；x_i（i=1,2，…）为基本变量，包括各种荷载作用、岩土体和材料性能以及几何参数等。当只有荷载作用S和岩土体抗力R两个综合参数有：

水工环研究的现状与趋势

当Z＞0时工程处于可靠状态；当Z=0时，工程处于极限状态；当Z＜0时，工程处于失效状态。

定值设计方法将设计变量看作非随机变量，其设计准则可用下式表达：

水工环研究的现状与趋势

式中，K和[K]分别为安全系数和目标安全系数，其中目标安全系数按经验确定。例如某工程目标安全系数为[K]=2.5，岩土体抗力R=1500kN，作用荷载S=500kN，则安全系数K=3.0，满足K≥[K]的准则。

概率设计方法将设计变量看作随机变量，对岩土体抗力R、荷载作用S和安全度进行概率分析，按失效概率或可靠度量度工程的可靠性，将工程的安全储备建立在概率分析的基础上。工程在规定的时间内和规定的条件下具有预定功能的概率称为可靠度，所以，建立在概率法基础上的极限状态设计又称为可靠度设计方法。根据对设计变量的处理水平，概率设计方法分为半概率法、近似概率法和全概率法。

半概率法是最简单的统计方法，设计中采用抗力和荷载的平均值

和

计算安全系数，即

水工环研究的现状与趋势

式中，

称为中心安全系数。可以进一步发展为“标准安全系数法”：

K_b=R_b/S_b（5）

式中，K_b称为标准安全系数，R_b和S_b分别由

和

加（减）若干倍的均方差得到，在一定程度上考虑了参数的变异性。

近似概率法采用可靠指标β量度工程的可靠程度，是目前中国工程结构设计采用的方法。其安全系数K_β的计算方法如下：

水工环研究的现状与趋势

式中，

，

，

，σ_R与σ_S分别为抗力与荷载的标准差。

例如，对于一级工程，延性破坏类型的目标可靠指标[β]规定为3.7，若某工程经计算得到的可靠指标β为4.1，则工程处于安全状态。

全概率法把各种基本变量（岩土参数、荷载、几何尺度、计算精度等）均视为随机变量，用失效概率直接量度安全性，设计准则用失效概率P_f表达：

P_f=P(R≤S)≤[P_f]（7）

式中，[P_f]为目标失效概率。例如，若[P_f]=1.0×10^-4，则P_f≤1.0×10^-4时是安全的。可靠指标与失效概率的关系为：

P_f=Φ（-β）（8）

式中，Φ（-β）为标准正态分布函数。

定值法的安全度用一个总的安全系数K表示；概率法的安全度用失效概率P_f或可靠指标β表示，建立在概率统计的基础上。但是，要求每一个工程都进行可靠度计算是不现实的，实际工程的极限状态设计可采用分项系数设计。分项系数的表达式可以建立在概率分析的基础上，也可以建立在经验的基础上。岩土工程设计的分项系数设计准则可用下式表达：

水工环研究的现状与趋势

式中，S（·）为作用效应函数；R（·）为抗力函数；v_n和v_θ分别为工程重要性系数和作用效应分项系数；v_Sd和v_Rd是反映所用效应函数和抗力函数计算模式不定性的系数；a_k为几何参数；Q_k和f_k分别为作用效应标准值和岩土参数标准值；v_A和v_R分别为岩土参数的作用效应分项系数及抗力分项系数；φ_c为作用效应组合系数；c为阈限值。

目前，岩土工程设计的安全系数和分项系数尚无统一的规范值，表9-5和表9-6所列出的值供参考。

表9-5岩土参数分项系数

表9-6各类工程安全系数

㈡ 工程勘察综合甲级是否包含岩土工程设计

工程勘察综合甲级包含岩土工程设计。

工程勘察资质分为三个类别：

1、工程勘察综合资质

工程勘察综合资质是指包括全部工程勘察专业资质的工程勘察资质。

2、工程勘察专业资质

工程勘察专业资质包括：岩土工程专业资质、水文地质勘察专业资质和工程测量专业资质；其中，岩土工程专业资质包括：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程物探测试检测监测等岩土工程（分项）专业资质。

3、工程勘察劳务资质

工程勘察劳务资质包括：工程钻探和凿井。

(2)岩土工程设计扩展阅读：

一、甲级资历和信誉

1、符合企业法人条件，具有5年及以上工程勘察资历。

2、实缴注册资本不少于300万元人民币。

3、社会信誉良好，近3年未发生过一般及以上质量安全责任事故。

4、近5年内独立完成过的工程勘察项目应满足以下要求：

岩土工程专业资质：岩土工程勘察甲级项目不少于3项或乙级项目不少于5项、岩土工程设计甲级项目不少于2项或乙级项目不少于4项、岩土工程物探测试检测监测甲级项目不少于2项或乙级项目不少于4项，且质量合格。

岩土工程（分项）专业资质、水文地质勘察专业资质、工程测量专业资质：完成过所申请工程勘察专业类型甲级项目不少于3项或乙级项目不少于5项，且质量合格。

二、技术装备及管理水平

1、有完善的技术装备，满足“工程勘察主要技术装备配备表”规定的要求。

2、有满足工作需要的固定工作场所及室内试验场所。

3、有完善的质量、安全管理体系和技术、经营、设备物资、人事、财务、档案等管理制度。

㈢ 岩土工程和岩土工程设计师一样的吗

岩土工程：是一门学科
岩土工程师：主要研究岩土构成物质的工程特性的工程人员
两者是不同的

㈣ 岩土工程勘察人员和岩土工程设计人员的工作内容差别有多大

两类抄人员工作内容分别如下：袭
岩土工程勘察人员：负责现场的勘察工作，采用各类勘探设备，对场地内的地层进行勘察，出具勘察报告，供设计使用。
岩土工程设计人员：负责建设项目地下结构或基坑支撑的设计，具体设计内容与设计院对应方向以及项目特性有关。
对所学知识其实可以一样学的，大部分实际操作知识需要在工作中学，对口专业勘察人员应该是属于勘察工程，设计人员是岩土工程，不过无绝对，临近专业也可从业。

㈤ 岩土工程设计和岩土工程是一个专业吗

此说法就不对：
岩土工程包含很多专业：如岩土工程的评估、咨询、测量、设计、施工、检测及检测等；
岩土工程设计只是其中之一。

㈥ 岩土工程设计和岩土工程是一个专业吗

此说法就不对： 岩土工程包含很多专业：如岩土工程的评估、咨询、测量、设计、施工、检测及检测等； 岩土工程设计只是其中之一。

㈦ 岩土工程勘察和岩土设计有什么区别

岩土工程勘察是取样定性为主的工作。岩土设计是根据使用要求和勘察结论进行方案设计的工作。两者必须有扎实的岩土地质知识，岩土设计还要有建模计算的功底。可以说岩土设计知识面要宽些。供参考

㈧ 什么是岩土工程勘察设计

工程勘察属于建设程序的一个重要环节，一般而言，建设程序分为：
勘察－设计－专施工。岩土工程勘察就是其中属的工程勘察，简而言之，就是查明拟建场地地质条件；岩土设计就是建设工程与岩土地质密切相关的那部分设计，通常包括：地基基础设计、基坑设计、边坡设计等等。前面程序所说的设计是工程的全部设计，也包括其中的岩土设计，但由于勘察单位作了岩土勘察，对岩土地质条件的认识往往更加直接，也更加深入（岩土地质条件有的时候以资料型式交给其它的设计部门，其信息传递很难不失真或难以领会），因此，有相当数量工程，将岩土设计交给岩土勘察单位来做，这种做法，应提倡，至于很多勘察单位没有设计能力，那另当别论，不应否定这种思路。