对与基坑工程有关的规范的几点讨论(3)

对与基坑工程有关的一些规范的讨论(3)

李广信

(清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

摘要：本文是对与基坑有关的规范的系列讨论的第三部分，指出基坑支挡结构的抗滑移、抗倾覆稳定验算，和用瑞典圆弧法进行整体稳定验算，以及进行坑底抗隆起验算时，对于饱和黏性土如果使用不固结不排水(UU)强度指标，可以使用饱和重度，也可以使用浮重度计算土自重引起的抗力（或力矩）；但当使用固结不排水强度指标时，其抗力部分中的自重应按浮重度计算，按饱和重度计算在理论上是错误的，在实践中是偏于危险的。

关键词：整体稳定；坑底隆起；饱和重度；浮重度

中图分类号：TU 47

The discussion on some codes concerned with building foundation

pit (3)

LI Guangxin

Abstract: This is the third part of a series of discussion papers, In the paper, it is proposed that in checking of stability against sliding，stability against overturning of retaining structure, overall stability by Swedish circle method and stability against heaving of pit bottom，if the CU strength parameters of saturated clay soil are adopted，the gravity of soil and wall in the calculation of resistant force has to be calculated by buoyant unit weight rather than by saturated unit weight of soil.

Key words: overall stability; stability against heaving of pit bottom; saturated unit weight; buoyant unit weight. (State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering，Tsinghua University，Beijing100084，China)

0引言

本文为对与基坑有关的规范系列讨论文章的第三部分，重点讨论了在饱和黏性土基坑的各种稳定分析中，使用的强度指标及与抗力计算时采用土的重度间的关系。

《基坑规程》[1]在条文3.1.14中指出：“土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定：对地下水位以下的黏性土、黏质粉土，可采用土压力、水压力合算方法，….土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、 cu或直剪固结快剪强度指标ccq、 cq。”

对于这一条的理解可以有两种：（1）对地下水以下的黏性土采用固结不排水强度指标和饱和重度（亦即水土合算）；适用于水土压力计算与各类稳定分析；（2）对地下水以下的黏性土采用固结不排水强度指标和饱和重度（水土合算）只适用于计算分析中的水土压力计算。从此规范的某些条文看，基本上是水土合算不仅用于压力计算，而且也用于各种稳定分析。正如此系列讨论的上一篇文章所指出，由于墙后土体接近RTC应力路径，使实际的固结不排水强度指标高于常规三轴试验的结果，所以用常规三轴试验的ccu、 cu的水土合算可能比用分算更接近于实际情况，是一种尚可接受的经验方法。但是将“合算”推广到一切饱和黏性土的稳定分析就有待商榷了，是对于土力学原理的一个重大的挑战。

1 不排水强度指标

对地下水以下的黏性土基坑采用固结不排水强度指标和饱和重度计算水土压力、抗滑移 收稿日期：2013–3–；修回日期：2013

基金项目：重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732103)

作者简介：李广信(1941–)，男(汉族)，黑龙江省宾县人，教授.

稳定分析、抗倾覆稳定分析、整体滑动稳定分析与抗坑底隆起稳定分析是符合有效应力原理

、的，分算与合算的结果也是一致的。基本是采用不排水强度指标的有：《地基规范》[2]《天

津规范》[3]、《浙江规程》[4]等。

(1) 水土压力计算

由于饱和黏性土的不排水强度指标 u=0 ,c=cu，Ka=Kp=Kw=1.0，亦即主动、被动及水压力系数都等于1.0。这样水土分算时：

pA Ka z Kw wz 2cu satz 2cu (1) pP Kp z Kw wz 2cu satz 2cu

水土合算时：

pA satz 2cu

pP satz 2cu

(2)

式中pA, pP分别为主动侧及被动侧水土合压力。可见二者的数值完全相等。这在土力学中是没有分歧与矛盾的。如果考虑到正常固结土在地面处的cu =0，其侧压力就是通过墙顶的三角形分布。

(2)各种稳定的验算

由于 u=0 , 在计算土体自重产生的抗滑力（力矩）时，由于tan u=0，无论是用饱和重度计算的总自重应力，还是由浮重度计算的有效自重应力，产生的抗滑力（力矩）都是0，所以抗力与用何种重度计算无关。

(3)坑底隆起的验算

DNq cNc

(H D) q0 Kb (3)

式中 Nq—埋深的极限承载力系数；Nc—黏聚力的极限承载力系数。 当采用不排水强度指标时， u=0 ,c=cu，则Nq=1.0，

Nc=5.14(Prandtl)或5.7(Terzaghi)。则式(3)变为式(4)[2]；

图1坑底隆起验算示意图 D 5.7cu (H D) q0 Kb (4)

式(4)中承载力（分母）与荷载（分子）中的重度 可采用饱和重度 sat。其中 satD包

含有 wD这一项。可是静水的埋深极限承载力系数Nq＝1.0，亦即为水的浮力，所以将水的承载力 wD加入抗力项是正确的。

2 整体稳定计算中土的自重

《基坑规程》在4.2.3和6.1.3给出了桩墙式支挡结构与重力式挡墙的整体稳定分析方法，

(a)

图2 支挡结构的整体稳定分析 (b)

cl (qb G)cos ul tan K(qb G)sin jjjjjjjjj

jjjjs (5)

式中式中： Ks──圆弧滑动稳定安全系数；

cj、φj──第j土条滑弧面处土的粘聚力、内摩擦角，黏性土取固结不排水(固

结快剪)强度指标；

bj──第j土条的宽度；

qj──作用在第j土条上的附加分布荷载标准值；

ΔGj──第j土条的自重，按天然重度计算；水泥土墙可按土体考虑分条；

uj──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力，对地下水位以上的各类土和地下水位

以下的黏性土，取uj＝0；

w──地下水重度；

θj──第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(°)。

从图(2)可见，这里给出的工况是基坑内外地下水位不等，值得注意的是对于黏性土采用固结不排水或固结快剪强度指标，而水下的抗滑与滑动力矩中的自重均采用天然（饱和）重度计算。这无疑是将水土合算推广到稳定分析中来。《深圳规范》[5]紧随其后，采用与其相同的方法。

对于这种圆弧稳定计算，采用固结不排水强度指标，“固结”是在原位的 z的有效应力作用下的固结，而不是在 satz下的固结。所以为土力学界所公认的方法是

（1） 在有渗流情况下，坑内水位以下土均用浮重度；内外水头之间部分滑动力矩用饱和

重度，计算抗滑力矩时法向力扣除条中的内外水头差对应的孔隙水压力u；

（2） 采用近似的“替代法”，亦即内外水头之间的土，滑动力矩用饱和重度；抗滑力矩用

浮重度。

很多其他规范都是遵照这一基本方法。《地基规范》[2]V.0.2指出：“也可采用替代重度法作简化计算。”《上海规范》[6]6.2.1指出：“坑底地下水位以下取浮重度， …..坑底地下水位与坑外地下水位范围内的土体重度在计算滑动力矩时取饱和重度，在计算抗滑力矩设计取浮重度。”《天津规范》及冶金部的《建筑基坑工程技术规范》[7]（YB 9258-97）的规定与上海规范相同。