巖土工程設計的案例
巖土工程設計與施工---導論(C1)
1 引言
《巖土工程設計與施工》的授課對象是地質工程專業的學生。“巖土工程(Geotechnical Engineering)” 這個詞一般在學術領域多指的是與土力學和地基工程相關的學科，而在工程咨詢領域，實際上巖土工程也包括了巖石工程。在一些咨詢公司，巖土工程也稱作地層工程(Ground Engineering)。由于巖土工程涉及的內容非常寬廣，在有限的學時內不可能面面俱到，因此這個課程側重講授土力學與地基工程最基礎和日常遇到的設計理論和施工技術, 每一部分都特別強調了技術, 施工與社會和經濟之間的關系。一些先進的巖土工程設計方法和論題, 例如水平載荷下樁的受力和變形(p-y分析), 機器地基(machine foundation), 土工織物材料(geotexile), 數值模擬(numerical modeling)等由于學時所限不在本課程的授課范圍之內。
《巖土工程設計與施工》與另一門為土木/道橋專業開設的專業課《基礎工程》非常相近，《基礎工程》側重于橋梁工程的樁基礎設計和施工，因此這兩門課的內容有一定程度的交叉。有興趣的同學可參考[<基礎工程>課程簡要回顧(Foundation Engineering)]獲得更多相關知識。
<基礎工程: Foundation Engineering>的幾本參考書
基礎工程---第一章: 導論 (1)
基礎工程---第一章: 導論 (2)
2 課程內容Outline
本質上來說，任何土木工程項目可以分解成三大部分：(1)巖土工程；(2) 結構工程；(3）施工技術和管理。簡言之，《巖土工程設計與施工》講授的是(1)以及(3)中涉及巖土部分的施工技術和管理。結構工程設計和施工不在本課程的范圍之內。
展開 為什么巖土工程解決方案會失敗
巖土工程設計失敗的原因有多種，通常是多種因素綜合作用的結果。
這些失效可能會導致不穩定、結構損壞和潛在的災難性后果。
巖土工程設計失敗的一些常見原因包括：
1 不充分的現場調查：對于施工現場的土壤和地質條件，進行徹底的現場調查至關重要。不完整或不準確的現場調查可能導致設計假設錯誤，進而引發失敗。
2 缺乏工程專業知識：巖土工程需要專門的知識和專長。如果設計團隊缺乏經驗或適當的培訓，他們可能無法完全理解土壤與結構相互作用的復雜性，從而導致錯誤的設計決策。
3 設計和分析不足：在設計和分析過程中，錯誤的假設、簡化或錯誤可能導致設計不能充分考慮實際場地條件。這可能會導致結構無法適應其所承受的荷載和力。
4 不可預見的地基條件：有時，在施工過程中可能會出現意外的地基條件，如隱藏的軟土層、意想不到的地下水流動或地下異常。這些條件可能挑戰設計階段所做的假設，并導致失敗。
5 不足的施工技術：即使是一個設計良好的結構，如果沒有正確施工，也可能會出現問題。不足的施工技術、質量控制不力或者未能按照設計規范進行施工都有可能影響項目的完整性。
6 環境因素：環境的變化，如地震活動、大雨或侵蝕，都會對巖土工程結構的穩定性產生重大影響。如果在設計中沒有充分考慮這些因素，可能會發生破壞。
7 施工期間的變更：在沒有進行適當工程評估的情況下進行的施工期間變更可能會破壞設計與實際施工之間的平衡。未經適當評估而進行的改動可能導致不穩定性。
8 缺乏監測和維護：巖土結構需要持續監測和維護，以確保其長期穩定性。忽視這一方面可能導致逐漸惡化和最終失效。
9 經濟壓力和時間限制：有時，經濟壓力或緊張的項目進度可能會導致設計質量或施工實踐上的妥協。為了節省時間或成本而采取捷徑可能增加失敗風險。
展開 巖土工程設計與施工---巖土工程勘察步驟和風險管理(C2)
1 引言
如前所述，由于巖土工程勘察(Site Investigation)有獨立的課程，因此這個模塊側重從技術,經濟和安全的角度來討論巖土工程勘察。在本節課中，首先討論了巖土工程勘察的目的，接著交互地討論了土的物理力學參數，鉆孔布置的宏觀考慮因素以及巖土工程勘察的整體步驟，簡要討論了凍土層在基礎設計時的考慮，最后通過一些案例強調了巖土工程勘察工作的風險管理及其對經濟和安全的影響。
2 巖土工程勘察目的
巖土工程勘察是任何土木工程或建筑項目的一個重要組成部分，結構工程師要設計一個經濟、安全、耐用、維護成本低的結構，必須事先對巖土性質有充分的了解，因此巖土工程師或工程地質學家需要為結構工程師提供詳盡的巖土工程勘察報告。總的來說，巖土工程勘察的目的是通過野外試驗和實驗室試驗來獲取巖土體的物理力學性質和地下水的性質。具體地，巖土工程勘察的主要目的是盡可能準確地確定：(1) 地層的性質和順序；(2) 地下水位及腐蝕性；(3) 土和巖石的物理力學特性，如土的強度和壓縮性。
展開 顧寶和—淺談巖土工程的專業特點
綜合判斷就得依靠工程師的理論基和豐富的工程經驗。就像一位良醫，既要深刻理解醫藥理論，又要有豐富的臨床經驗，忽視經驗當然是錯誤的，沒有經驗的人肯定解決不了復雜的工程間恩，忽視理論也是錯誤的，極易將局部經驗誤為普遍真理。犯概念性錯誤。經驗之果只有結在理論之樹上才有生命力由上可知巖土工程迄今還是一門不嚴密，不完善，不夠成熟的科學技術處在發展中的一門科學技術因而存在相當大的風險性，沈珠江院士說土力學發展到現在是從學步走向自立：巖石力學發展更晚成熟程度還要低一些，
8.巖土工程的概念設計巖土工程崇尚概念設計。
狹義的概念設計可以理解為框架設計，從總體上勾面出設計框架以備進一步細化。廣義的概念設計可以理解為一種設計思想。
概念設計大體上可以概括為：在充分了解功能要求和掌界必要資料的基礎上，通過設計條件的概化先定性分析，再定量分析，提出一個框架，從技術方法的適宜性和有效性施工的可操作性和質量的可控制性，環境限制和可能產生的負而影響，經濟性等方面進行論證從概念上選擇一個或幾個方案，進行必要的計算和驗算通過施工檢驗和監測，逐步完善設計。
廣義的概念設計，不僅在設計的初始階段是必要的而且要將概念設計的思想貫初工程的始終做概念設計，必須對原理有深刻的理解，有豐富的經驗總結有靈活的運作能力總拋全局掌影響工程成敗的關鍵，對設計的實施效果要有基本正確的估計做概念設計，必須注意符合科學原理。不能犯概念性的錯誤
。概念不清，往往只看現象，不見本質憑局部經驗處理問恩，概念錯了，可能犯原則性的錯誤。
展開 
李廣信談巖土工程教育歷史、現狀與未來
2002年，人事部和建設部發布了《注冊土木工程師（巖土）執業資格制度暫行規定》和《注冊土木工程師（巖土）執業資格考試實施辦法》，成立了考試專家組。
于2002年公布了注冊土木工程師（巖土）執業資格考試大綱，正式開始實行第一次考試，至2005年底，已考過四年和兩次考核，已經有7000多人取得注冊巖土工程師資格。執業注冊工作也將開始。
在籌備巖土工程師注冊考試的過程中，針對我國的巖土工程被分隔在各個行業領域的現狀，提出了“大巖土”的概念。強調巖土工程師不僅需要具有為某個特定行業服務的能力，而且在工作需要時，能夠適應其他行業的要求，具備解決各類巖土工程技術問題的能力，因此注冊巖土工程師考試不分行業。我國注冊土木工程師（巖土）的專業考試之所以考慮設置比較寬的專業面，也是吸取了國際上的經驗，與我國擴大專業范圍的教育改革要求相適應，同時也為了有利于國際間注冊工程師資格的互認。注冊巖土工程師的專業覆蓋面包括建筑工程、公路和鐵路工程、水利工程、橋梁工程、港口和海洋工程、隧道和地下工程、礦冶工程等不同的行業。包括勘察、設計、施工、監測和監理等不同階段的工作。
根據專業考試大綱，巖土工程師需要通過8個課目的專業考試，包括“巖土工程勘察”、“淺基礎”、“深基礎”、“地基處理”、“土工結構、邊坡與支擋結構、基坑與地下工程”、“特殊地質條件下的巖土工程”、“地震工程”和“工程經濟與管理”。2005年起，對全國注冊土木工程師（巖土）專業考試大綱進行了一次修訂，新的考試大綱將于2007年開始執行。其中增加了“巖土工程設計基本原則”、巖土工程檢測與監測，同時原“土工結構、邊坡與支擋結構、基坑與地下工程”一章分為“土工結構與邊坡防護”和“基坑工程與地下工程”兩章。
展開 Abaqus 在巖土工程的應用 附abaqus巖土工程實例詳解費康下載
ABAQUS軟件廣泛應用于巖土工程有其技術方面的必然性。概括起來，ABAQUS的優勢可以歸納為如下幾個方面：
（1）合理的材料本構模型是進行正確分析的關鍵因素，ABAQUS提供了眾多的巖土材料本構模型，能夠真實地反映土體性狀，如土體的剪脹性、屈服性等，適用于從黏土、砂土到巖石的各種巖土材料。ABAQUS擁有摩爾庫侖模型、Cam-Clay模型、Druker-Prager模型等模型，其中Cam-Clay模型是目前很多有限元軟件沒有提供的。另外，ABAQUS提供了開放、靈活的二次開發平臺，通過自定義子程序用戶可以建立特定的模型、實現特定的功能。
（2）土體是典型的三相體，其有效應力對土體的強度及變形影響較大。ABAQUS中的孔壓單元，可進行土體的固結、滲透分析，以滿足這一需求。ABAQUS中的Soil分析步，不僅提供了流固耦合的穩態滲流、瞬態固結的功能，而且提供了針對非飽和土的分析功能。
（3）ABAQUS提供了Geostatic分析步，可準確、靈活得建立濕土（考慮靜水壓力的影響）和干土（不考慮靜水壓力的影響）初始應力狀態。
（4）ABAQUS強大的接觸功能，可正確模擬土體與結構之間的脫開、滑移等現象。
（5）巖土工程往往涉及到復雜的邊界、載荷條件，因此軟件必須具有處理復雜工況的能力。ABAQUS提供了方便的單元生死功能，用于模擬建筑結構的施工過程；還提供了無限元，以模擬地基無窮遠處的邊界條件。
綜合以上特點，ABAQUS可處理巖土工程的大部分問題，在該領域具有優秀的適用性。
下載地址：abaqus巖土工程實例詳解費康
展開 Abaqus在巖土工程的應用 附ABAQUS巖土工程實例詳解電子書下載
ABAQUS軟件廣泛應用于巖土工程有其技術方面的必然性。概括起來，ABAQUS的優勢可以歸納為如下幾個方面：
（1）合理的材料本構模型是進行正確分析的關鍵因素，ABAQUS提供了眾多的巖土材料本構模型，能夠真實地反映土體性狀，如土體的剪脹性、屈服性等，適用于從黏土、砂土到巖石的各種巖土材料。ABAQUS擁有摩爾庫侖模型、Cam-Clay模型、Druker-Prager模型等模型，其中Cam-Clay模型是目前很多有限元軟件沒有提供的。另外，ABAQUS提供了開放、靈活的二次開發平臺，通過自定義子程序用戶可以建立特定的模型、實現特定的功能。
（2）土體是典型的三相體，其有效應力對土體的強度及變形影響較大。ABAQUS中的孔壓單元，可進行土體的固結、滲透分析，以滿足這一需求。ABAQUS中的Soil分析步，不僅提供了流固耦合的穩態滲流、瞬態固結的功能，而且提供了針對非飽和土的分析功能。
（3）ABAQUS提供了Geostatic分析步，可準確、靈活得建立濕土（考慮靜水壓力的影響）和干土（不考慮靜水壓力的影響）初始應力狀態。
（4）ABAQUS強大的接觸功能，可正確模擬土體與結構之間的脫開、滑移等現象。
（5）巖土工程往往涉及到復雜的邊界、載荷條件，因此軟件必須具有處理復雜工況的能力。ABAQUS提供了方便的單元生死功能，用于模擬建筑結構的施工過程；還提供了無限元，以模擬地基無窮遠處的邊界條件。
綜合以上特點，ABAQUS可處理巖土工程的大部分問題，在該領域具有優秀的適用性。
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展開 巖土工程設計與施工---天然地基上的淺基礎和基礎下的應力分布[Shallow Foundation] (C5)
1 引言
這節課討論天然地基上淺基礎的設計和基礎下的應力分布計算。對于基礎設計，由于地質工程專業比土木工程專業的要求低，因此這節課側重理解最基本的概念和方法論，著重強調從巖土工程的角度來理解地基和基礎，更詳細的討論以及思考題目參看下面為土木工程專業的授課內容:
基礎工程---第一章: 導論 (1)
基礎工程---第一章: 導論 (2)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (1)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (2)
2 地基與基礎
任何建筑物都建造在一定的地層上，建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔。一般而言，將承受建筑物各種作用的地層稱為地基，而將建筑物與地基接觸的最下部分，也就是將建筑物的各種作用傳遞至地基的結構物稱為基礎。可以認為受建筑物影響的那一部分地層稱為地基，建筑物與地基接觸的部分稱為基礎。對于巖土工程師來講，我們更關心的是地基。地基分為天然地基和人工地基，天然地基是未經過人為處理即可滿足設計要求的地基，人工地基是經過人工加固或處理后的地基。對于工業與民用建筑，地基和基礎比較容易區分，著重介紹一下橋梁工程的地基和基礎。橋梁上部結構為橋跨結構，下部結構包括橋墩、橋臺及其基礎，如下圖所示。
要求掌握下面的概念：
(1) 地基：承擔建筑物荷載的地層。
(2) 基礎：介于上部結構與地基之間的部分，即建筑物最底下的一部分。剛性基礎是不需配置受力鋼筋的基礎；柔性基礎是用鋼筋砼修建的基礎。
(3) 天然地基：自然狀態下即可滿足承擔基礎全部荷載要求，不需要人工處理的地基。
(4) 人工地基：天然地基的承載力不能承受基礎傳遞的全部荷載，需經人工處理后作為地基的土體稱為人工地基。
展開 【巖土工程pfc、3dec】案例多
主要從事巖土工程數值模擬方法。在土體宏微觀力學特性與本構關系、城市地下空間工程、人工智能機器學習在巖土工程中的應用等方面積累了豐富的經驗。
3DEC講師：雙一流大學博士、博士后，巖土工程勘察設計行業高級工程師，參與多項國家重點研發項目和國家自然科學基金面上項目，研究成果發表SCI、EI十余篇，專利7項，巖石力學與工程學會等科技進步一等獎2項，省級科技進步二等獎1項。主要從事數值模擬在巖土工程領域的應用研究，在地下空間工程、隧道工程、采礦工程等領域積累了較豐富的數值模擬分析經驗。
展開 顧寶和大師：巖土工程兩類技術工作芻議
以土工試驗為例，含水量試驗、密度試驗、固結試驗、直剪試驗、三軸試驗等等，都是成熟的、大量重復的技術工作；而某些動力性質試驗、某種本構關系的專門性試驗，就不一定是成熟的、大量重復的技術工作，有時還需做專門的試驗設計。對第一類技術工作的標準化，巖土工程師和巖土工程主管部門，認識都是一致的，沒有聽到過什么不同意見。
第一類技術工作的特點是，執行者只要嚴格按照標準操作，不會承擔多大的決策風險。鉆探、取樣、測試、檢測、監測之類工作，雖然要求由相應技術水平的 人 員 擔 任，但一般不必做推理和判斷，也不存在探索、創新之類的問題。
在第一類技術工作中，有一些涉及工程質量、人身安全、健康、環境等公眾利益、長遠利益的技術問題。由于這些問題的特殊重要性，必須由國家主管部門嚴加控制，剛性約束。國外市場經濟國家采用技術法 規 強 制 執 行，比技術標準高一個層次。我國目前尚無技術法規，用強制性條文或全文強制性標準臨時替代技術法規。這一類往往不完全是單純的技術問題，還涉及到國家的方針政策等更高層次的考慮，制訂的程序也更為嚴密。一旦發布，執行和監管的力度更大，也更穩定。
三、第二類技術工作
由于巖土工程專業的固有特點，工程中充滿著各種各樣的不確定性，有些技術工作難以制訂統一的技術標準，需由巖土工程師根據具體情況綜合判斷，因地制宜，因工程制宜，綜合決策，這就是巖土工程的第二類技術工作。
例如勘探點如何 布置，做哪些測試項目，對勘察成果如何評價，選取什么計算參數和計算模式，采用什么設計方案，做哪些檢驗和監測，以及地質災害的評估、工程事故的診斷和處 理 等 等。由于巖土工程條件千差萬別，不同條件有不同的處理方法，統一規定可能會顧此失彼，即使顧 及 了 多 數 情 況，難免仍有少數例外，制訂統一而明確的標準就難了。
展開 巖土工程【PFC、3Dec】離散元數值模擬
主要從事巖土工程數值模擬方法。在土體宏微觀力學特性與本構關系、城市地下空間工程、人工智能機器學習在巖土工程中的應用等方面積累了豐富的經驗。
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3DEC 講師
雙一流大學博士、博士后，巖土工程勘察設計行業高級工程師，參與多項國家重點研發項目和國家自然科學基金面上項目，研究成果發表SCI、EI十余篇，專利7項，巖石力學與工程學會等科技進步一等獎2項，省級科技進步二等獎1項。主要從事數值模擬在巖土工程領域的應用研究，在地下空間工程、隧道工程、采礦工程等領域積累了較豐富的數值模擬分析經驗。
展開 
Abaqus在巖土仿真分析中能干什么 附ABAQUS在巖土工程中的應用下載
下載地址：ABAQUS在巖土工程中的應用
Abaqus在巖土仿真分析中能干什么 附ABAQUS巖土工程實例詳解下載
雖然Abaqus也存在這樣的問題，但總體上還是能滿足巖土數值分析的特定需求的。本文簡單羅列了Abaqus在巖土數值分析中能實現的功能。
一、初始條件類
1）初始應力場（含孔壓場）
2）初始孔隙比
3）初始飽和度
4）初始溫度分布
5）初始場變量
二、分析步類型
1）總應力分析
2）有效應力
固結分析（飽和土、非飽和土）
3）熱-力-流耦合分析（同時考慮固結和傳熱）
4）動力分析
需要注意ABAQUS尚不能進行有效應力動力固結問題。
三、材料模型
1）線彈性（可考慮彈性模量隨某變量（如深度）的變化）
2）莫爾庫倫（常用于砂土、顆粒材料）
3）D-P（可加帽蓋）
4）修正劍橋模型（這也是ABAQUS優于其它一般通用有限元軟件的地方）
5）用戶自定義材料（非常靈活）
四、接觸功能
1）ABAQUS中提供了三種接觸算法。general contact（通用接觸）、contact pairs（接觸對）和contact elements（接觸單元）。通用接觸一般在顯式算法中使用，在顆粒流等包含大規模接觸面等問題中尤其方便。
2）可模擬不同材料界面的力學和溫度相互作用（Interaction），如樁-土接觸面等。
3）ABAQUS提供了不同的約束條件，如Embedded region可模擬土釘，加筋土等。Tie可將兩個區域綁定在一起，網格劃分不連續時也可使用這一功能。
下載地址：ABAQUS巖土工程實例詳解
展開 工程勘察中常用巖土工程參數及選用（表格整理超清晰）
樁的設計參數
對于高架敷設方式的軌道工程，一般采用樁基礎，部分地下車站設有中間柱時，一般會采用柱下樁基方案，當地下水埋深較淺時，考慮地下結構的抗浮問題，可能設置抗浮樁。
根據規范要求，高架區間線路樁的設計參數依據《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》（TB10002.5）提供樁的極限摩阻力fi、地基土的容許承載力σ、地基系數的比例系數m和m0。
高架車站、車站中柱樁、抗浮樁的設計參數依據《建筑樁技術規范》（JGJ94）提供樁的極限側阻力標準值qsik、極限端阻標準值qpk、地基土水平抗力系數的比例系數m、樁的抗拔系數λ。
地基承載力
對于地鐵工程中的地面建筑、路基工程，地基承載力是極為重要的參數，巖土工程勘察報告中要根據不同的要求提供相應的地基承載力參數。
地面建筑依據《巖土工程勘察規范》、《建筑地基基礎設計規范》及地方的房建規范標準提供地基承載力。
路基工程依據《鐵路工程地質勘察規范》等鐵路系統的規范標準提供地基承載力。
展開 ANSYS巖土工程專業功能概述 附ANSYS在土木工程中的應用下載
作為ANSYS高級土木工程應用插件，CivilFEM for ANSYS的主要專業功能可分為四個主要的應用領域：
巖土工程
橋梁工程與土木工程非線性分析
高級預應力混凝土分析與設計
NPP核電結構分析與設計。
CivilFEM for ANSYS應用于巖土工程領域的主要專業功能如下：
主要分析解決的專業問題，包括但不限于：
Earth Pressures 計算結構受到的土壓力
Retaining wall 擋土墻設計
Seepage analysis 滲流分析
Slope Stability 邊坡穩定性分析
Tunnel Design 隧道工程與地下工程
Hoek & Brown 失效準則
Terrain initial stress 巖體初始地應力計算
Foundation Pile樁/樁群基礎設計等
下載地址：ANSYS在土木工程中的應用
展開 