普氏分析法

A. 测量岩石质量等级用什么分析法好一点

不太明白你的意思，岩石级别的划分是根据其坚固性系数划分的(如普氏岩石分级法)，当然也有其他的划分标准， 比如可以按岩石的物理力学性质，可钻性、可爆性、可采掘性，或是根据岩石的结构特性进行分类，我国岩石开挖等级表把岩石分为松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石和特坚石七大类。
不知道对你有没有用，欢迎赐教!

B. 给你2000积分，你帮我分析一下我该怎么做选择困难户啊！

我给你2500积分，麻烦你讲清楚事项！大家也可以对事解答问题啊！！！

C. 含溶洞岩石地基稳定性分析

对含溶洞岩石地基的失稳评价，可认为是溶洞上部的岩土体整体往下塌陷，即为整体破坏形式。通过溶洞发育规律及溶洞塌陷体的形状分析还发现，其破坏机制除整体破坏形式以外还有溶洞洞壁内部破坏的形式。

2.2.1 含溶洞岩石地基整体破坏形式的稳定性分析

假定溶洞岩石地基呈整体下塌失稳，稳定性评价计算，可按下面方法综合进行。

2.2.1.1 根据溶洞顶板坍塌自行填塞洞体所需厚度进行计算^[16]

洞体顶板被裂隙切割呈块状、碎块状，顶板塌落后体积松胀，当塌落向上发展到一定高度，洞体可被松胀物自行堵塞。在没有地下水搬运的情况下，可以认为洞体空间已被支撑而不再向上扩展了。设洞体空间体积为V₀，塌落体体积V，此时塌落高度H可由下式确定。

V·m=V₀+V

即：

V₀=V(m-1)

式中：m 为顶板岩石的松胀系数，对岩石取 1.1～1.3，视坍落后块度定；对土取1.05～1.1。

设洞体顶板为中厚层灰岩，洞体截面积为 S，洞高 H₀，假定塌落前后洞体均为圆柱形。

则：

V₀=S·H₀V=S·H

那么，自行堵塞洞体所需的溶洞顶板安全厚度为：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

如高度H以上还有外荷载，则还应加以荷载所需的厚度，才是洞体顶板的安全厚度。

2.2.1.2 根据顶板裂隙分布情况，分别对其进行抗弯、抗剪验算^[15]

(1)当顶板跨中有裂缝，顶板两端支座处岩石坚固完整时，按悬臂梁计算：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

(2)若裂隙位于支座处，而顶板较完整时，按简支梁计算：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

(3)若支座和顶板岩层均较完整时，按两端固定梁计算：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

抗弯验算：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

抗剪验算：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

以上各式中：M为弯距(kN·m)；p为顶板所受总荷重p=p₁+p₂+p₃；p₁为顶板厚为H的岩体自重(kN/m)；p₂为顶板上覆土层重量(kN/m)；p₃为顶板上附加荷载(kN/m)；l为溶洞跨度(m)；σ为岩体的计算抗弯强度(石灰岩一般为允许抗压强的1/8)(kPa)；f_s为支座处的剪力(kN)；S为岩体的计算抗剪强度(石灰岩一般为允许抗压强度的1/12)(kPa)；b为梁板的宽度(m)；H为顶板岩层厚度(m)。

适用范围：顶板岩层比较完整，强度较高，层理厚，而且已知顶板厚度和裂隙切割情况。

2.2.1.3 根据极限平衡条件，按顶板能抵抗受荷载剪切的厚度计算^[15]

F+G=UHS

式中：F为上部荷载传至顶板的竖向力(kN)；G为顶板岩土自重(kN)；U为洞体平面的周长(m)；S为顶板岩体的抗剪强度，对灰岩一般取抗压强度的1/12。

2.2.1.4 成拱分析法^[32]

当顶板岩体被密集裂隙切割呈块状或碎块状时，可认为顶板将成拱状塌落，而其上荷载及岩体则由拱自身承担，如图2-1。

图2-1 成拱分析法示意图

A—天然拱；B—压力拱；C—破裂拱

Fig.2-1 Diagram for analysis method of formation arch

A—natural arch；B—pressure arch；C—break arch

此时破裂拱高h为：

h=B/f

B=b+h₀tg(90°-φ)

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

式中：h为破裂拱高(安全临界高度，m)；h₀为洞隙高度(m)；b 为洞隙宽度之半(m)；c为黏聚力(kPa)；φ为内摩擦角(°)；f为坚固系数(普氏系数)；σ_n为岩体剪切面上的正压力。

破裂拱高加上部荷载作用所需的岩体厚度才是洞顶板的安全厚度。若洞的顶板呈拱形，拱角以下岩体完整稳定且无横向扩展的可能。也可近似地用石砌拱圈厚度加足够安全储备类比确定拱顶的安全厚度。

2.2.1.5 递线交会法

在剖面上从基础边缘按30°～ 45°扩散角向下作应力传递线，当洞体位于该线所确定的应力扩散范围之外时，可认为洞体不会危及基础的稳定。由定性评价中的洞体顶板厚跨比(H/L)可知，当集中荷载作用于洞体中轴线，H/L为0.5时，应力扩散线为顶板与洞壁交点的连线，它与水平面夹角相当于混凝土的应力扩散角45°；当H/L为0.87时，相当于松散介质的应力扩散角30°。

2.2.2 含溶洞岩石地基局部破坏形式稳定性分析^[17]

本书2.2.1所述岩溶地基的稳定性评价计算方法，都是假定含溶洞地基产生整体破坏为前提，且它们没有考虑溶洞断面形态、地下水等的影响。在工程实践中发现，许多含溶洞地基的破坏往往是由局部破坏进而发展到整体破坏，由溶洞内部破坏再发展到外部塌陷失稳。从弹塑性理论出发，分析含溶洞地基的应力状态，对其进行稳定性判别，能够克服以上不足。

2.2.2.1 含溶洞岩石地基弹性理论应力分析

2.2.2.1.1 圆形溶洞中产生的次生应力

设距基岩面以下有一半径为a的圆形溶洞。设基岩岩石是均质的，各向同性的弹性体，为此，可把在地基中的溶洞围岩应力分布问题视作一个双向受压无限板孔的应力分布问题(图2-2)，采用极坐标求解围岩应力。此问题在弹性理论中已有现成的平面问题的齐尔西解，其求解应力的公式为：

图2-2 圆形溶洞围岩上的应力

Fig.2-2 Stress distribution on round cave

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

式中：σ_r、σ_θ、σ_rθ分别为围岩中的径向应力、切向应力、剪切应力；p、q分别为作用在岩体上的垂直应力、水平应力；θ为与水平轴的夹角。

圆形断面溶洞周边(r=a)处的应力，根据(2-1)式，可得：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

2.2.2.1.2 椭圆形溶洞断面所产生的次生应力

若溶洞为椭圆形断面，其水平轴为a，竖直轴为b，作用在溶洞围岩上的垂直应力为p，水平应力为q。巷道周边上任一点的切向应力σ_θ、径向应力σ_r和剪应力τ_rθ值的大小，可根据弹性理论，按椭圆孔复变函数解得。

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

式中：m为椭圆轴比，

；θ为溶洞周边计算点的偏心角。

从判断溶洞围岩稳定性的观点出发，只要找到溶洞周边极值点处的应力大小，看其是否超过岩体的强度，即可判断其稳定程度。从研究圆形断面溶洞周边应力得知，椭圆形溶洞周边应力的两个应力极值仍然在水平轴(θ=0、π)和垂直轴(θ=π/2、3π/2)上。

2.2.2.1.3 齐尔西解答在含溶洞岩石地基中的运用

齐尔西解答是弹性力学中关于“圆孔孔边应力集中”的经典解，它设有一矩形薄板，在离开边界较远处有半径为a的小圆孔，在四边受均布拉力，集度为p，如图2-3，通过弹性力学分析，原来的问题变换为一个新问题：内半径为a，而外半径为b的圆环或圆筒，在外边界上受均布拉力p，并得到薄板的应力为：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

图2-3 矩形薄板受力分析

Fig.2-3 Analysis of stress in rectangle thin board

由(2-4)式可看出，薄板内径向应力σ_r和切向应力σ_θ都随径向距离r及薄板尺寸参数b而变化，其变化结果及趋势见表2-1。

表2-1 不同边界条件下矩形薄板的应力分布Table2-1 Stress distribution of rectangle thin board in different boundary condtion

由表2-1可看出：r越大，σ_r、σ_θ越趋向于作用在岩石上的原岩应力p，当b=5a及r=5a时，σ_r=1p，σ_θ=1.08p，与原始应力误差仅为8%；而当b≫a，r=5a 时，σ_r=0.96p，σ_θ=1.04p，与原始应力误差仅为4%，从工程角度上来说，可满足要求，故可认为其影响半径为R=5a，即在弹性体中，对存在一孔洞，圆孔周边产生应力集中的区域为5a半径范围，其余范围可不考虑其影响，仍可按弹性体考虑其应力状态。因此，只要基础底面至溶洞中心的距离h大于5a(a为溶洞半径)，就可以用齐尔西解答来解决溶洞围岩中的应力分布问题。

由于基础底面尺寸并不是无限大，即基底压力作用的范围有限，此时可以这样处理：在溶洞中心5a以外范围，仍采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答，即常规的地基中附加应力计算方法，分别计算出距溶洞中心距离5a处A点附加应力α_Ap₀、B点的附加应力α_Bp₀(图2-4)，用基础对A、B点处所产生的附加应力α_Ap₀、α_Bp₀，分别作为A 点的水平面和B点的竖直面处的附加应力(也可分别取A点水平面上若干个点的附加应力平均值及B点竖直面上若干个点的附加应力平均值，但这样相对复杂)。

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

式中：α_A、α_B为基底至A、B点处的附加应力系数；p₀为基底附加应力；σ_CA、σ_CA为A、B点处岩土体自重应力；λ为岩体侧压力系数。

图2-4 溶洞地基应力计算示意图

Fig.2-4 Stress calculation draw for cave foundation

当基础底面压力为大面积荷载作用时，α_A≈1，α_B≈1；则：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

2.2.2.2 溶洞稳定性分析评价

2.2.2.2.1 格里菲斯准则判别

由前述分析，可以得到地基中溶洞周边所产生的次生应力，并且可知洞体周边所产生的次生应力将随洞体形状不同而出现较大差异，在不同的部位，次生应力也不同，甚至可以产生数倍于基底压力p的次生应力，对地基的稳定性将产生不利的影响。此时，可应用格里菲斯破裂准则对岩石地基进行判别。

格里菲斯破坏准则表达为：

岩溶区溶洞及土洞对建筑地基的影响

式中：σ₁、σ₃为最大、最小主应力，以压应力为正号；R_t为岩石单轴抗拉强度，本身带负号。

对于求得的溶洞周边次生应力，切向应力σ_θ最大，径向应力σ_r=0，剪应力τ_rθ=0，所以σ_θ为主应力，即σ₁=σ_θ，σ₃=σ_r=0；并代入(2-7)式进行判别。

2.2.2.2.2 应用举例

某框架结构大楼，拟采用φ1500mm钻孔灌注桩基础，以基岩作为桩端持力层，基岩为泥盆系上统融县组微风化石灰岩，隐晶质块状结构。其中的一钻孔桩基地层为：石灰岩面埋深11m，基岩面以上为可塑、软塑粘土，其重度γ=19kN/m³，灰岩重度γ=25kN/m³。石灰岩桩端承载力标准值q_pk=4000kPa，设计桩底压力为3930kPa，钻孔桩嵌入微风化完整灰岩0.5m，桩底以下1.95m 处有一洞高 0.60m 的空溶洞(图2-5)。石灰岩单轴饱和抗压强度f_r=30MPa，单轴抗拉强度R_t=1900kPa。

图2-5 基桩下溶洞地基应力计算图

Fig.2-5 Stress calculation for cave foundation under the pile

为求得距溶洞中心5a处的垂直及水平应力p、q，经计算得到式(2-5)所需的计算参数：

α_A=0.646，α_B=0.066；

p₀=3930-(11×19+0.5×25)=3709(kPa)；

σ_CA=11×19+1.25×25=240(kPa)；

σ_CB=11×19+2.75×25=278(kPa)；

λ=0.25(石灰岩μ取0.2)；

由(2-5)式计算得到：

p=2637(kPa)、q=131(kPa)，并将其代入(2-2)式，得到溶洞周边的应力σ_θ(其中σ_r=0，τ_rθ=0)，见表2-2。

表2-2 圆形溶洞周边应力σ_θ值Table2-2 The values of σ_θ in round cave periphery

现用格里菲斯准则对溶洞周边应力进行稳定性判别：

(1)在洞体两帮(θ=0、180°)：σ₁=σ_θ=7780kPa，σ₃=σ_r=0；并 代入(2-7)式得：

(安全)]]

3=σ_θ=-2244kPa，σ₁=σ_r=0，因为σ₁+3σ₃＜0时，所以用(2-7)式判别：

｜ σ_r｜=2244kPa＞ ｜ R_t｜=1900kPa(产生拉裂破坏)

因此，须变更原基桩设计方案，才能保证建筑物安全。

2.2.2.3 溶洞稳定性影响因数分析

2.2.2.3.1 基础底面尺寸对溶洞稳定性的影响

为研究基础尺寸对溶洞稳定性的影响，现假设桩径由1.5m 变为1.0m，其余条件(包括基底压力p等)均不变，经计算得到：α_A=0.424，α_B=0.030；

而p₀、σ_CA、λ、σ_CB不变

由式(2-5)计算得：p=1813kPa、q=97kPa，并将其代入(2-2)式得：

溶洞两帮(θ=0°、180°)，σ_θ=5342kPa；

溶洞顶底板(θ=90°、270°)，σ_θ=-1522kPa；

即洞体两帮的 σ_θ由原来的 7780kPa 减为 5342kPa，溶洞顶底板的拉力 σ_θ也由-2244kPa减为-1522kPa。(负号表示拉力)，用式(2-7)进行判别：

溶洞顶底板：｜σ_θ｜=1522kPa＜ ｜ R_t｜=1900kPa(安全)

因此，桩径由1.5m变为1.0m，其余条件不变，溶洞顶底板由原来的拉裂破坏变为安全，说明基础底面的尺寸对溶洞稳定性影响较大。基础底面尺寸越小，越有利于地基的稳定。

2.2.2.3.2 基础底面到溶洞顶板的距离对溶洞稳定性的影响

为研究基础底面到溶洞顶板的距离这一影响因数，现仅假设桩底到溶洞顶板的距离增加0.25m，其余条件均不变，经计算得到：

α_Α=0.488；α_B=0.056；代入式(2-5)得到：

p=2063kPa、q=124kPa，并将其代入(2-2)式得：

溶洞两帮(θ=0°、180°)，σ_θ=6065kPa；

溶洞顶底板(θ=90°、270°)，σ_θ=-1691kPa；

即洞体两帮的 σ_θ由原来的 7780kPa 减为 6065kPa，溶洞顶底板的拉力 σ_θ也由-2244kPa减为-1691kPa。(负号表示拉力)，用式(2-7)判别得：

溶洞顶底板：｜ σ_θ｜=1691kPa＜ ｜ R_t｜=1900kPa(安全)

仅将桩底到溶洞顶板的距离增加0.25m，其余条件不变，溶洞顶底板即由原来的拉裂破坏变为安全，说明基础底面到溶洞顶板的距离对溶洞稳定性的影响很大。

2.2.2.3.3 溶洞洞体形状对溶洞稳定性的影响

为研究洞体形状对溶洞稳定性的影响，在此工程中，其他条件均不变，将圆形溶洞变成水平向椭圆形溶洞(水平轴为a，竖直轴为b)，而溶洞高仍为0.60m。

则由式(2-3)计算的溶洞周边应力σ_θ(其中σ_r=0，τ_rθ=0)，见表2-3。

表2-3 椭圆形溶洞周边应力σ_θ值(kPa)Table2-3 The values of σ_θ in elliptic cave periphery(kPa)

用格里菲斯准则判别可知：当m=1/3时，溶洞不仅顶底板出现拉裂破坏，而且在两帮也由于出现了高达18328kPa的次生应力，也将出现破坏。并且椭圆的竖直轴b与水平轴a之比越小，溶洞越不稳定。

2.2.2.3.4 地下水对溶洞稳定性的影响

若其余条件不变，洞内有地下水，当地下水位大幅度下降至溶洞底面以下时，设洞体周围土体密闭，溶洞内形成相对真空，即产生所谓的岩溶“真空吸蚀作用”。此时，由于洞内真空的影响，将会改变溶洞周围的应力状态，溶洞内的真空作用，相当于在地基表面施加1个大气压的附加应力(近似100kPa)，即施加近似100kPa的大面积附加荷载，溶洞周围的应力计算如下：

由(2-6)式计算得到：p=2737kPa、q=156kPa；并将其代入(2-2)式得：

溶洞两帮(θ=0°、180°)，σ_θ=8055kPa

溶洞顶底部(θ=90°、270°)，σ_θ=-2269kPa

由此可见，由于“真空吸蚀作用”，溶洞两帮的σ_θ由原来的7780kPa变为8055kPa，变化率3.5%；溶洞顶底板σ_θ由-2244kPa变为-2269kPa，变化率仅1.1%，应力变化较小。因此，岩溶“真空吸蚀作用”并不是引起含溶洞岩石地基破坏的主要因素。对于地下水的作用，其本身对溶洞周围的应力改变不大，其对溶洞稳定性的影响主要是对岩石裂隙结构面强度的降低，岩石的软化等。

2.2.2.3.5 洞内充填物对溶洞稳定性的影响

现假设洞内充填有粘土(粘土承载力设计值为300kPa)，其余条件不变，此时，可近似地认为粘土最大能够向洞壁提供300kPa的径向应力(实际应更小)，则由于洞内粘土的存在，溶洞周边的应力状态由表2-2变为如表2-4：

表2-4 洞内有充填物时溶洞周边应力分布Table2-4 The stress distribution on cave periphery when cave is filled with materials

由表2-4可知：改变后溶洞的应力状态趋向有利于洞体的稳定，但总体说来，关键点处(θ=0°、90°)应力状态变化不大，用(2-7)式进行稳定性判别，溶洞稳定性的性质也未发生变化。由此可见，洞内有充填物(粘土)，对溶洞地基的稳定性有一定的作用，但作用并不显著。

从以上分析可以看出，岩溶区含溶洞岩石地基的稳定性，除与基础底面的压力有关外，还与基础尺寸，基础底面至溶洞顶板的距离，溶洞的断面尺寸形状等密切相关。有些工程即使符合《岩土工程勘察规范》GB50021—2001的第5.1.10条第二款或《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002的第6.5.4条的有关规定，但地基也未必是稳定，如前述举例分析，即符合上述规范规定可不考虑岩溶稳定性的不利影响，但通过计算发现，溶洞周边将产生较高的次生应力，仍将导致溶洞周边破坏失稳。此外，有些工程一律地按当地经验要求溶洞顶板的最小厚度，有时造成较大浪费。

2.2.2.4 结论

在岩溶区，当利用含溶洞岩石地基作为建(构)筑物持力层时，其稳定性评价宜采用工程地质定性分析与理论计算相结合的方法：

(1)工程地质定性分析宜重点分析含溶洞地基的地质构造、结构面、岩层、洞体形态、地下水等因素。

(2)稳定性理论计算可利用本文推导的有关公式进行分析评价。减小基础底面尺寸、增大基底至溶洞顶板的距离，可增加地基的稳定性；洞体直径(跨度)及洞体形状对地基稳定性影响很大，溶洞直径(跨度)越小，对稳定性越有利；椭圆形溶洞的竖直轴与水平轴之比越小，溶洞越不稳定。

(3)地下水产生的“真空吸蚀作用”对溶洞地基稳定性影响很小；洞内有充填物时，有利于溶洞的稳定，但作用不是很显著。

(4)有些工程即使符合《岩土工程勘察规范》GB50021—2001第5.1.10条第二款或《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002的第6.5.4条的有关规定，认为可不考虑溶洞不利影响的地基，也还应该定量计算判别溶洞地基的稳定性。并建议对规范中该部分内容进一步研究并进行修订。此外，有些工程一律按当地经验来要求溶洞顶板的最小厚度进行基础设计，有时造成较大浪费。

D. 岩溶地区岩土工程勘察现状

我国的可溶性碳酸盐岩分布面积达3.44 ×10⁶ km ²，占国土面积的1/3以上，其中碳酸盐岩出露面积约91 ×10⁴ km ²，为岩溶的发育提供了根本条件。贵州、云南、广西、湖南、湖北、四川、西藏、新疆、青海、河北、山西、内蒙古等省区均有大面积出露。

1.1.1岩溶岩土工程勘察方法手段

随着社会经济的发展和西部大开发政策的落实，岩溶地区的工程建设项目越来越多，岩溶地区的岩土工程勘察技术和水平也不断地提高。在岩溶地区，岩土工程勘察分析方法及岩溶探测技术，目前常用的方法或手段有：

（1）工程地质钻探：是岩溶区岩土工程勘察中最直接、最可靠的方法手段，也是用得最广泛的勘察方法，对查明岩溶场地岩土工程条件，具有不可替代的地位。

（2）工程地质调查与测绘：包括岩溶地形地貌调查、地层岩性、水文地质调查、测量及试验等内容的野外调查，能够从宏观上把握岩溶发育的分布和特点，并据此可进一步进行工程地质勘探工作。该方法简单，方便实用，能获得直观的野外工程地质资料。主要用于大型工程场地选择，以及公路、边坡等工程。

（3）地球物理勘探：适用于对岩体中复杂的岩溶洞穴进行探测，除了电阻率（电剖面和电测深）法、高密度电法、无线电波透射法、地面地震反射波法、声波透射法、微重力法、射气测量等以外^[1],20世纪80年代以后发展起来的探地雷达GPR（地质雷达）、层析成像（CT）技术等在岩溶工程地质勘察中得到了广泛的应用，尤其是在确定岩溶溶洞、土洞及塌陷等的分布、形态和充填情况时，发挥了很大的作用。在查明大范围的区域岩溶发育和深部岩溶的分布规律方面，地球物理勘探是最理想的方法之一，但探测的准确程度受场地的干扰、技术人员的解译水平等因素影响。

（4）工程地质原位测试技术：主要采用原位标准贯入试验、动力触探试验等测定溶洞和土洞中充填物、岩溶塌陷堆积物的工程地质性质和地基土承载力。该技术在各岩溶地区有较成熟的应用经验，施工简单，成本较低，应用广泛。

（5）插钎：用一定长度钢钎（筋）按一定的间距插入上覆土层，用来查明土层中是否发育有岩溶土洞。例如广西桂林岩溶地区，在地基基坑开挖后，一般采用插钎来进一步查明土层中是否存在土洞或塌陷软弱层，实践证明该法效果显著。该方法还具有施工简单、经济实用的特点。

1.1.2岩溶地基稳定性评价

岩溶地基稳定性的评价，是岩溶地区岩土工程勘察的重要内容，直接关系到地基基础方案的选择确定，目前常用的岩溶稳定性评价方法如下。

1.1.2.1定性评价方法

主要根据已查明的地质条件，对影响溶洞稳定性的各种因素（地质构造、岩层产状、岩性和层厚、洞体形态及埋藏条件、顶板情况、充填情况、地下水等），并结合基底荷载情况，进行分析比较，作出稳定性评价，它是一种经验比拟方法，仅适合一般工程。

1.1.2.2定量评价方法

主要是根据一些公式对溶洞或土洞的稳定性进行分析，目前有以下几种方法[2～7]:

（1）根据溶洞顶板坍塌自行填塞洞体所需厚度进行计算；

（2）根据顶板裂隙分布情况，分别对其进行抗弯、抗剪验算；

（3）根据极限平衡条件，按顶板能抵抗受荷载剪切的厚度计算；

（4）普氏压力拱理论分析法；

（5）坍塌平衡法；

（6）溶洞局部破坏型式稳定性分析法；

（7）有限元数值分析法；

（8）多元逐步回归分析和模糊综合分析法。

总体说来，目前对岩溶地基稳定性的评价，大多是采用《工程地质手册》（ 第四版）^[2]。或《岩土工程手册》^[3]中所推荐的计算方法，或者是依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）和《建筑地基基础设计规范》（ GB 50007—2002）中有关规定^[8,9]。由于评价计算方法较单一，由溶洞及土洞对建筑地基所产生的影响的评价分析，往往与实际情况有出入。

目前常用的岩溶地基稳定性评价方法，都是在一定的条件下得到的，具有其自身的特点和适用性，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）或《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）所建议的方法，仅仅是根据基础底面以下土层厚度的大小来判别地基的稳定性，而没有考虑以下几个因素对岩溶地基稳定性的影响：下伏溶洞或土洞的规模尺寸及形状、地下水的存在及水位的高低、地基土层的组成、土洞内的充填物等。

1.1.3岩溶地基承载力和沉降

1.1.3.1岩溶地基承载力

岩溶地基承载力的确定和地基沉降验算，是地基基础设计的重要内容。当地基中存在溶洞、土洞或塌陷时，它们对地基承载力和沉降的影响，国内很少进行过系统研究，也没有可供工程实践使用的成熟的计算公式。更多的是关于岩溶桩基础施工的经验报道。

地基中溶洞或土洞的存在，将影响地基的承载能力。其实我们可以通过分析地基中溶洞周围应力状态，在保证溶洞地基稳定的前提下，进行反算求得地基的承载能力。含溶洞岩石地基承载力，除与溶洞跨度、顶板厚度等因素有关外，还与洞顶覆盖层厚度（重量）、地基荷载、基础尺寸大小、岩石的泊松比（侧压力系数）等诸因素有关。

1.1.3.2岩溶地基的沉降变形

在岩溶地基勘察时发现土洞，一般都会进行地基处理，如换填、灌浆等，在进行地基处理后，地基的沉降变形与正常的地基同样考虑，并无特别之处。但有些岩溶地区在岩土工程勘察中没有发现土洞，在建筑物建成后，由于地基中有地下水，且地下水位经常波动，地下水（或地表水）产生的潜蚀作用或崩解作用，往往会形成土洞。起初土洞的规模尺寸不大，若不采取有关处理措施，土洞则会继续扩大，产生地基土体变形，继而引起建筑物开裂。在岩溶地区，有许多建筑物在建成后，由于地下水或地表水的活动，形成土洞继而产生地面变形而引发建筑物墙体开裂，这一点往往被工程技术人员忽略。文献[10]根据弹塑性理论，推导了岩溶地基发育的土洞对地基变形影响的计算公式，并且发现，地下水位的下降，仅仅是由于存在土洞，引起土洞应力状态的改变而产生附加的沉降，就足以导致某些敏感结构建筑（如框架结构）的开裂。

对于已经产生塌陷的岩溶地基的变形计算，文献[11]指出塌陷土层中的应力及沉降不能按常规方法来计算，并利用散体极限平衡条件，推导了单层或多层地基塌陷土层的应力计算公式，并用推导的附加应力来进行塌陷土体的沉降计算。

对于含溶洞岩石地基的沉降变形，一般情况下其变形可忽略不计。

E. 如何借助“六西格玛设计”流程确保产品创新成功

众所周知，产品首先是设计出来的，实践表明，至少80%的产品问题是在早期设计阶段决定的。开发出满足客户需求的新产品是决定企业竞争力的核心因素。但新产品开发却是许多企业的薄弱环节。新产品的成功率低、新产品技术问题解决速度仍不够快、变更过于频繁、设计成本高等是普遍存在的问题。而许多优秀公司的实践表明，新产品成功并不仅仅靠机遇或运气。新产品的成功是能够预测、控制的。这些成功的经验表明，对于新产品导入的研发程序，研发质量的管理，研发资源的管理，需要一套科学的管理方法。

六西格玛设计（Design For Six Sigma，DFSS），是一种实现无缺陷的产品和过程设计的方法，面向产品的全生命周期，采用系统的问题解决方法，把关键顾客需求融入产品设计过程中，从而确保产品的开发速度和质量，降低产品生命周期成本，为企业解决产品和过程设计问题提供有效的方法。六西格玛设计作为六西格玛管理核心方法系统之一，虽然和业务流程重组（Business Process Reengineering，BPR）一样是一个面向流程再造的管理方法和思想。然而不同的是，DFSS的应用绝不仅仅局限于对现有业务流程的再造，而且还广泛应用于新的产品或服务流程的设计，它包容的一揽子方法适用于引入新产品和新服务，适用于应付DMAIC（DMAIC是指定义Define、测量Measure、分析Analyze、改进Improve、控制Control五个阶段构成的过程改进方法，一般用于对现有流程的改进，包括制造过程、服务过程以及工作过程等等。）六西格玛模型的内在局限,是六西格玛管理战略实施的最高境界。

六西格玛设计从六西格玛改进自然演变而来，是六西格玛改进的外延。更准确地说，六西格玛设计是综合考虑所要实现的六西格玛全部意图以及在新产品设计和商业投放中遭遇的各种挫折的产物，没有任何一个单独的六西格玛设计模型足以应付所有问题，而各自对六西格玛做这样或那样的调整又存在非常现实的危险——很可能遗漏顾客的根本需求。六西格玛改进可以显著地降低过程缺陷和差错率，使之达到一般商业组织普遍接受的水平。这种改进的极限是相当于最坏差错率的最大回报率。随着组织逐渐地向“每百万3.4个缺陷”的六西格玛目标推进，从世界水平来看得到的回报将逐渐减少，转而支持柔性效益，例如，为更好的顾客满意度和更高昂的雇员积极性而拼搏。这种柔性效益将使他们在新产品和新服务领域里感受到好得多的回报，并且得到这些回报。

六西格玛设计有自己的流程，迄今研究者已提出的DFSS流程有13种，但是到目前为止还没有形成完全统一的模式。DFSS两种典型方法流程DMADV和IDDOV如图4-4所示。

图4-4 六西格玛设计两种典型方法流程

1. DMADV流程

即定义(Define),测量(Measure)、分析(Analyze)、设计(Design),验证(Verify)，这种模式可以更好地利用DMAIC[张乐飞1] 流程的基础，但一般只适用于现有产品或流程的局部重新设计。

l定义（Define）。对项目进行清洗的描述，明确顾客需求，并根据顾客需求说明产品要求和目标，创建项目管理计划，同时明确整个项目开展中所需的资源和受限条件。

l测量（Measure）。选择调研方法获取客户需求，收集“客户的声音”（VOC），并将VOC转化为实际的要求，识别关键质量特性（CTQ），如果需要，展开多阶段的项目计划。

l分析（Analyze）。利用创造性的方法确定可行的概念，使用符合逻辑的、客观的方法来评估可选的方案，确认并消除产品或服务失效的潜在可能。

l设计（Design）。展开概要和详细设计、制定具体的产品研发计划，尽量减少产品或流程的差异性（稳健性优化），调整输出信息，使其达到可测量的指标。

l验证（Verify）。实现设计，实施试点调试样机（品、模型），验证生产过程的能力，建立、测试并固化原型。

2. IDDOV流程

即识别(identify)、界定(define)、研发(develop)、优化(optimize),验证(verify)，是由美国ASI的总裁乔杜里先生提出的，它更适合新产品和新流程的开发要求，但乔杜里未给出该流程可操作的详细工作内容。

l识别（Identify）。识别阶段的目的是确认项目并说明存在的机会，主要任务是收集和确定待开发产品的顾客需求，并论证即将开展的DFSS 项目的可行性。

l定义（Define）。定义阶段是DFSS实施的核心过程，此阶段的任务是要清晰地说明对产品的要求。前阶段确定了谁是我们的客户，然后了解客户需求。接下来，就是进一步细化展开顾客的需求，即通过质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD[即“质量屋”，将在下一章重点讲解]）将VOC 逐层展开为设计要求、工艺要求、生产要求，并提炼出顾客的关键需求，准确地识别、量化顾客需求。

l展开（Develop）。展开阶段的目标是利用创造性的方法确定可行的产品概念，使用符合逻辑的、客观的方法来评估可选的方案。这一阶段可运用头脑风暴法、创造性问题解决理论（TRIZ）、普氏方法、失效模式和效应分析(FMEA)等方法工具。

l优化（Optimize）。此阶段是对产品和过程设计参数的优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化，主要方法是实验设计（DOE）。

l验证（Verify）。验证阶段的任务是对产品设计是否满足顾客要求、是否达到期望的质量水平的确认过程。

能否成功推出新产品或新服务将左右着企业未来的发展，资料表明，无任什么产业，所有推出的新产品中，只有大约50%会成功。同时，投入开发与商业化新产品的资源，大约有45%会被浪费掉，或者无法带来适当的财务报酬。企业将新产品失败的主要原因归纳为：

Ø 不正确的市场分析24%；

Ø 产品问题或瑕疵16%；

Ø 缺乏有效的营销14%；

Ø 成本过高10%；

Ø 竞争激烈或对手的反应9%；

Ø 上市时机不好8%；

Ø 技术或生产问题6%。

如果在新产品开发时即导入六西格玛设计，应用其卓越的各项指标和工具寻找和识别顾客的需求，确定顾客满意的标准和规范，将设计流程提升到六西格玛水平。即项目团队会在开发阶段的一开始时，即整合DFSS的特点，并运用相关的工具以达成六西格玛的水平——百万机会缺陷数(DPMO)仅为3.4。从而达到满足顾客的需求和期望，避免非符合性成本和减少不增值的符合性成本的目标，实现经济性管理的目的。[张乐飞]

F. 广州企业实施六西格玛设计DFSS培训它是遵循什么路径改善的

广州企业在六西格玛设计DFSS培训实施进程，实施六西格玛设计可保证六西格玛工作组或个人之间进行畅通无阻的信息交流和知识共享，更加便于分散的工作组成员间进行协同工作，使企业能不断提升质量管理水平，最终达到六西格玛设管理的目标。改善企业现状超越目前所有的水平。

六西格玛设计不是企业管理模式，他只是一种系统理念或管理工具；六西格玛设计是果，六西格玛管理是根。所以，企业发展过程中遇见自身无法解决的问题，可以找六西格玛设计公司辅导。

一、六西格玛设计DFSS的含义

六西格玛设计(DesignForSixSigma，简写为DFSS)是对新产品和新服务进行六西格玛设计，使新产品和新服务完美地投放市场。

二、六西格玛设计流程介绍：

跟六西格玛改进中的DMAIC流程一样，六西格玛设计（DFSS）也有自己的流程，但目前还没有统一模式。

迄今为止，六西格玛设计改善流程路径主要有以下几种：

1、识别(Identify)：

六西格玛设计（DFSS）在识别阶段的目的是确认项目并说明存在的机会，主要任务是收集和确定待开发产品的顾客需求，并论证即将开展的DFSS项目的可行性。DFSS在产品设计之初就充分考虑顾客的需求，聆听客户的声音(VOC)。这一阶段对整个DFSS项目是非常重要的，若此阶段不能充分收集和分析顾客的需求，客观评价项目的可行性，将给项目带来致命的打击。

2、定义(Define)：

定义阶段是六西格玛设计（DFSS）实施的核心过程，此阶段的任务是要清晰地说明对产品的要求。前阶段确定了谁是我们的客户，然后了解客户需求，在收集客户需求时可以卡诺模型为指导，注意区分不同层次的需求。接下来，就是进一步细化展开顾客的需求．即通过质量功能展开(QFD，QualityFunctionDeployment)将VOC逐层展开为设计要求，工艺要求、生产要求，并提炼出顾客的关键需求，准确地识别、量化顾客需求。

3、研发(Develop)：

六西格玛设计（DFSS）研发阶段的目标是利用创造性的方法确定可行的产品概念，使用符合逻辑的，客观的方法来评估可选的方案。这一阶段可运用头脑风暴法，创造性问题解决理论(TRIZ)、普氏方法，失效模式和效应分析(FMEA)等工具和方法。首先运用TRIZ来解决产生失效的冲突，给团队指出清楚的创新方向和重点，产生创新性的解决方案。接下来就是从中选择出最好的解决方案。其次，设计应尽量消除产品或服务失效的潜在可能，通过FMEA分析潜在的失效模式和功能变异性，从而在设计阶段就尽量减少产品和过程失效的可能。

4、优化(Optimize)：

此阶段是对产品和过程设计参数的优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化，主要方法是实验设计(DOE)。首先利用稳健设计尽量减少产品或流程的差异性，优化设计性能，以便从中得出最佳概念；然后按照目标值调整输出，以确定是否所有要求都得到了满足。

5、验证(Vefify)：

六西格玛设计（DFSS）的验证阶段的任务是对产品设计是否满足顾客要求、是否达到期望的质量水平的确认过程。验证的三个步骤是：验证生产过程的能力，以确定能够以最低成本交付无缺陷产品，建立、测试并固定原型，测试设计的能力、稳健性和可靠性。进行试生产，以证明制造出来的产品和流程符合早期制定的要求。

G. 六西格玛设计咨询管理模式有哪些什么含义什么作用

DMAIC流程对产品的质量优化仍具有局限性。众所周知，质量首先是设计出来的，实践表明，至少80%的产品质量是在早期设计阶段决定的，所以没有六西格玛设计，仅采用DMAIC流程来提高产品的质量，其成效是有限的。若想真正实现六西格玛的质量水准，就必须考虑六西格玛管理战略实施的另外一种途径——六西格玛设计(DFSS)。六西格玛设计是一种实现无缺陷的产品和过程设计的方法。它基于并行工程和DFx (designfor X)的思想，而向产品的全生产周期，采用系统的问题解决方法，把关键顾客需求融入产品设计过程中，从而确保产品的开发速度和质量，降低产品生产周期成本，为企业解决产品和过程设计问题提供有效的方法。

随着六西格玛研究的进一步深入，经验表明一旦流程的能力达到了4σ到4.5σ的时候，对流程的进一步改善很难取得突破，只有通过对流程或产品的重新设计才能达到更高的能力。因此一套应用于新产品设计和流程设计的六西格玛方法论DFSS应运而生，其相对应的就是美国质量管理专家乔杜里(Subir Chowdhury)提出的IDDOV流程，即识别(identify)、界定 (define)、开发(develop)、优化(optimize)、验证(verify)。

1、识别(identify)
DFSS在识别阶段的主要任务是收集和确定待开发产品的顾客需求，并论证即将开展的DFSS项目的可行性。DFSS的特点之一在于产品设计之初就充分考虑顾客的需求，聆听客户的声音，利用一些评价工具对顾客需求进行识别和优先级排序，以保证设计出的产品满足客户的需要。在此基础上系统地考虑外部环境、市场和企业内部满足此项目开发所需的资源等，如市场上的竞争对手的产品状况、企业的工艺水平、人员情况、开发费用等，以确定项目的可行性。这一阶段对整个DFSS项目是非常重要的，所谓“差之毫厘，谬以千里”，若此阶段不能充分收集和分析顾客的需求、客观评价项目的可行性，将给项目带来致命的打击。在此阶段的成果一般包括：顾客的需求分析报告、项目的成本

2、界定(Define)
定义阶段是DFSS实施的核心过程，此阶段的任务是要清晰地说明对产品的要求。前阶段确定了谁是我们的客户，然后了解客户需求，在收集客户需求时可以卡诺模型为指导，注意区分不同层次的需求。接下来，就是进一步细化展开顾客的需求，即通过质量功能展开(QFD，Quality Function Deployment)将VOC逐层展开为设计要求，工艺要求、生产要求，并提炼出顾客的关键需求，准确地识别、量化顾客需求。

3、开发(Develop)
DFSS研发阶段的目标是利用创造性的方法确定可行的产品概念，使用符合逻辑的，客观的方法来评估可选的方案。这一阶段可运用头脑风暴法，创造性问题解决理论(TRIZ)、普氏方法，失效模式和效应分析(FMEA)等工具和方法。首先运用TRIZ来解决产生失效的冲突，给团队指出清楚的创新方向和重点，产生创新性的解决方案。接下来就是从中选择出最好的解决方案。其次，设计应尽量消除产品或服务失效的潜在可能，通过FMEA分析潜在的失效模式和功能变异性，从而在设计阶段就尽量减少产品和过程失效的可能。

4、优化(Optimize)
此阶段是对产品和过程设计参数的优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化，主要方法是实验设计(DOE)。首先利用稳健设计尽量减少产品或流程的差异性，优化设计性能，以便从中得出最佳概念；然后按照目标值调整输出，以确定是否所有要求都得到了满足。

5、验证(Vefify)
DFSS的验证阶段的任务是对产品设计是否满足顾客要求、是否达到期望的质量水平的确认过程。验证的三个步骤是：验证生产过程的能力，以确定能够以最低成本交付无缺陷产品，建立、测试并固定原型，测试设计的能力、稳健性和可靠性。进行试生产，以证明制造出来的产品和流程符合早期制定的要求。

H. 天然平衡拱法围岩应力的普氏fk法的基本假定是什么

M. M. 普罗托齐雅科诺夫基于实际工程观察和模型试验结果，提出了天然平衡拱法分析围岩应力。此法在我国简称为普氏fk法，得到了普遍的应用。此法认为，洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和两侧砂体，处于新的平衡状态而稳定。塌落边界轮廓呈拱形。若洞室侧围砂体沿斜面滑动，洞顶仍塌落后呈拱形。若有支撑或衬砌，作用在支撑或衬砌上的压力，便是拱圈以内塌落的砂体重量，而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。这个拱便称为“天然平衡拱”。
设洞壁铅直，把侧围三角形滑塌体内最大主应力方向视为铅直的，则天然条件下滑塌斜面就会与侧壁呈45°－φ/2的夹角。由此，对散粒土体根据静力平衡的平面问题做出假定条件后，便可求出拱圈(塌落体)高度。
普氏将此方法推广到岩体上，认为被许多裂隙切割的岩体也可以视为具一定凝聚力的松散体，并认为坚固系数为岩石抗压强度的1／100；对fk＜4的岩土，按上述方法计算洞顶和洞壁的围岩压力；对fk＞4的岩石，则只有洞顶出现围岩压力，一般没有侧壁围岩压力。fk反映了岩土强度特性。软弱岩石fk值均小于4，土的fk值均小于1.0。对于4＝0的浮砂及饱水淤泥，一般可按静水压力原则计算围岩压力。

I. 土体力学分析理论

目前进行土体力学分析时，一般都采用连续介质力学方法，多数情况下这是对的。可是在有一些情况下就不对，如在边坡和地下洞室中，常常见到块体塌方和黄土直立边坡崩塌破坏，这就不能用连续介质力学模型能处理的。它们是属于块裂介质力学，因此在进行土体力学分析时必须根据土体结构和土体赋存环境条件分析其力学介质，结合土体工程特点，给出合适的力学模型进行分析才能取得符合实际结果，不能千篇一律地都采用连续介质力学方法进行分析。根据土体结构及土体在环境应力改变时，其力学作用方式和规律类型的不同，可将土体划分为若干土体力学介质类型。根据作者的经验和认识，目前可将土体划分为三种力学介质：①连续介质；②楔形体块裂介质；③柱状体块裂介质。划分条件及其力学作用规律示于表4-3，这是土体力学分析的基本依据。

表4-3 土体力学介质划分

1.土体地基工程变形分析方法

地基工程变形是土力学讨论十分深入的一个问题。一般来说，地基变形可用下面方法估算。这个方法不论对均质土体或者是不均质土体地基都适用，这个方法称为分层总合法。具体方法如下：

（1）将变形土体分成适当数目的水平层，对多层结构土体来说，可对应土层界面及应力变化点来分层（图4-8）。

图4-8 固结沉降计算示意图

（2）计算每一水平层的有效附加应力。为实用起见，每层值可取在该层中心深度处。

（3）计算每一水平层的附加垂直应力平均值。如果每层厚度与地基宽比较起来很小的话，Δσ_z的平均值可以取分层的中心深度应力值。因为应力分布与土体特性无关，故均质土体和多层土体内应力计算可用同样方法。

（4）计算由于附加垂直应力引起的每一水平层厚度的压缩量ΔH：

地质工程学原理

或

地质工程学原理

（5）基础下任一深度处沉降变形一等于这一点以上各水平层沉降变量为之和，即

地质工程学原理

这个方法把不均匀性影响考虑进去了，是目前估算地基工程变形比较通用的方法。

2.土体边坡工程稳定性分析方法

目前土体边坡稳定性分析方法有许多种，最常用的是圆弧滑动面法。1958～1960年，著者在西北黄土区进行渠道地质工程建设研究过程中，曾对西北黄土边坡力学问题进行过一系列的调查研究，收集了大量的边坡破坏资料。对所收集的资料进行分析后得到了一个重要认识，即西北黄土边坡产生滑坡的力学过程是：上部土体塌落，边坡部分土体受挤压而产生滑落。这一过程的力学机理可用图4-9来说明，上部为塌落应力区，下部为滑落应力区，中间为过渡区。塌落区内应力σ₁ 方向大致与地面垂直，滑落区内应力σ₁ 方向大致与边坡面平行。根据土体平衡理论，塌落应力区破裂面与σ₁ 方向成45－ψ/2角，ψ为抗剪角；滑落应力区破裂面与σ₁ 成45-ψ/2角，在边坡情况下则与边坡面成45-ψ/2角；过渡区为共轭破裂面交角，即（45-ψ/2）＋（45-ψ/2）＝90-ψ。据此可以绘制出土体边坡理论破裂面轮廓。在理论上，土体内理论破裂面不是一条，而是一组（图4-10）。当土体某一个或几个理论破裂面失稳时便产生滑坡，边坡产生破坏。图4-11是这个理论的一个例证。该边坡内同时有三个破裂面达到破坏条件，因此产生了三个台阶状破坏。由此可知，在进行边坡稳定性分析时，不能仅核算通过坡脚的理论破裂而产生边坡破坏可能性问题，而且应该对如图4-10所示的各个理论破裂面破坏可能性进行核算，找出最危险或者说稳定性最低的破裂面，给出稳定性系数，评价边坡稳定性。下面具体谈一下理论破裂面图解法绘制方法。如图4-12所示：

图4-9 边坡土体滑坡作用的力学机理草图

图4-10 黄土边坡的理论破裂面组合

图4-11 宝鸡瞿家台黄土边坡的破坏（坡高18m）

图4-12 宝鸡瞿家台黄土边坡稳定性核算结果

（1）按比例作出边坡几何外形AOD。

（2）利用抗剪试验结果，求出不同深度处抗剪角，注于高程坐标尺上，抗剪角ψ既可以利用公式

地质工程学原理

计算，亦可以用图解法求得。

（3）利用高度坐标尺上注的抗剪角ψ，分段作理论破裂面AB，OC及DC，OB、AB段理论破裂面与边坡面成45－ψ/2，OC，DC段理论破裂面与垂直方向成45－ψ/2角。将BC间划分为若干等份并与O点联线，由B点向上依次作90－ψ包线，交OC线于C点再由C点向上作DC线。至此即完成一条理论破裂面曲线。

图4-12为瞿家台黄土边坡稳定性核算绘制的理论破裂面，绘制的理论破裂面与图4-11所示的实测结果基本一致。绘制的理论破裂面上部为90°，迅速转变为80°，中部为65°，下部为45°；图4-11所示的实测剖面的上部为80°～90°，中部为65°，下部为45°。显然，上述方法是可信的。有了上述的理论破裂面，就可以利用图解法或代数法求各个理论破裂面的稳定性，核算边坡稳定性。上面介绍的是完整结构土体边坡稳定性分析方法。对完整土体来说这个方法是可信的，当土体内发育有软弱层面或节理面的情况下就不行了。常见的受软弱层面和节理面控制下的破坏有如下两种情况：

（1）如图4-13a所示的受软弱层面和节理面控制下破坏；

（2）如图4-13b所示受垂直节理或裂缝控制下的塌落。

图4-13 黄土土体破坏示意图

这两种边坡破坏类型不仅见于黄土区，而在许多黏性土地区也常见到。受构造节理和软弱层面控制产生的破坏系沿弱面下滑。它完全符合库仑定律，可以很简单地利用斜面滑动极限平衡原理分析边坡稳定性。问题在于在野外就要鉴别出这种地质模型。有了地质模型，就可以很容易转化为力学模型，力学计算是很简单的，可用公式（4-34）进行。

图4-13b所示的垂直裂缝控制下的边坡塌落条件，可以通过坡脚土体压致拉裂破坏判据来分析其稳定性，即

地质工程学原理

式中：σ_c为土体单轴抗压强度；γ_i，h_i 为各分层土体重度及分层厚度。

土体边坡稳定性分析的关键是搞清地质模型，合理的抽象出力学模型，选定合理的力学参数，计算工作并不复杂。而目前一种偏向是计算理论研究得很深，选用的力学模型和力学参数并不符合土体的地质实际，所取得的结果常常不符合实际。

3.土体中洞室稳定性分析方法

土体中修建地下洞室，如隧道、土库等稳定性问题很早就进行过研究。这些研究出发点都是以洞顶塌落土体作为支护的外载，从而形成了地下工程建筑中的荷载支护体系的观念。好像地下工程建筑中的主要土体力学问题，就是寻求给出洞顶土体塌落高度。因此，很多人都在研究洞顶土体塌落高度计算公式。这些研究结果中最有名的要算普氏塌落拱理论，它曾控制达半个世纪之久。现将普氏理论主要内容介绍如下。

普氏塌落拱模型如图4-14所示，他的理论的基本点如下：

图4-14 普氏塌落拱力学模型

（1）普氏定义土体抗剪角为土体强度系数，通常称为普氏系数，即

地质工程学原理

（2）设洞室宽度为2b₁，洞室高度为h，塌落拱宽度为2b₂，支持拱脚的土体与洞壁成

角，则塌落拱半宽为b₂：

地质工程学原理

（3）塌落拱力学平衡条件为

地质工程学原理

地质工程学原理

地质工程学原理

式中：T为水平反力；F为附加抗剪力。

地质工程学原理

（4）当时x＝b₂ 时y＝h_g，则式（4-41）变为

地质工程学原理

将上列结果代入式（4-43）得

地质工程学原理

（5）对h_g取极值得

地质工程学原理

（6）由式（4-47）得知，任一点土压力为

地质工程学原理

而最大土压力为

地质工程学原理

在地下工程设计时，则取σ_vmax作为土压力，设计衬砌厚度。

这个理论有什么优缺点？在地下工程设计中可否应用？著者认为，首先应该肯定一下，这个理论有可取之处。因为在土体中修建地下洞室，不管是人工的，还是自然的，其稳定的洞形的洞顶都是呈拱形。这就为塌落拱理论提供了实际依据。这证明在地下洞室稳定性核算时，用普氏理论是可行的，但是普氏理论在岩体力学中的应用是不符合实际的。另外，仅有这一点还是不够的。地下洞室埋深较大时，在施工过程中常常出现有流动变形，即不停止的变形。这是为什么，普氏理论就回答不了这个问题。这个问题与土体中应力有关，下面讨论一下这个问题。

应力极限平衡理论如图4-15所示，P₀ 为土体中垂直应力，λP₀ 为土体中水平应力，地下洞室周围土体内应力分布遵循下列规律：

图4-15 在环境应力作用下隧洞周围土体内应力分布计算草图

地质工程学原理

地质工程学原理

地质工程学原理

土体稳定性最低部位位于洞壁处，即r＝a处。如此，求得洞壁土体内应力为

地质工程学原理

地质工程学原理

当θ＝90°时有极值，则

地质工程学原理

地质工程学原理

土体内部变形破坏基本上处于塑性状态，其破坏判据为

地质工程学原理

洞壁处σ₁＝σ_t，σ₃＝σ_r＝0，如此，极限平衡条件为

地质工程学原理

即当实际地应力大于P₀ 时将出现破坏和流动变形。如果P₀＝γh，则洞壁不产生破坏的最大深度为

地质工程学原理

上述表明，地下洞室稳定性受两个条件控制：①受塌落拱高度形成的土压力控制；②受洞壁土体极限条件控制。第一个条件可用普氏理论计算，第二个条件可用上面推导的极限深度公式估算。

上面讨论的是完整土体中地下洞室建筑问题。当土体内发育有软弱层面和构造节理时，深埋地下的土体开挖暴露风化后，洞壁土体将沿软弱层面和节理面产生塌落（图4-16），在这种情况下仅用上面方法分析洞室稳定性是不够的。因为在未开挖前土体处于潮湿状态下，节理面不起作用，可作为连续介质看待，可利用上述理论分析洞室稳定性；如果土体失水处于干硬状态，节理面将起作用，这种情况下，可利用岩体结构力学中块体介质力学理论和方法分析。土体力学有时也受结构控制，这一点在实际工作中应该重视。

图4-16 腰岘河隧道DK613＋350下导洞开挖面素描图

（据钟世航，1984）

J. 六西格玛设计DFSS培训哪家好点儿，六西格玛管理的设计模式应该是什么样

1、识别(identify)
DFSS在识别阶段的主要任务是收集和确定待开发产品的顾客需求，并论证即将开展的DFSS项目的可行性。DFSS的特点之一在于产品设计之初就充分考虑顾客的需求，聆听客户的声音，利用一些评价工具对顾客需求进行识别和优先级排序，以保证设计出的产品满足客户的需要。在此基础上系统地考虑外部环境、市场和企业内部满足此项目开发所需的资源等，如市场上的竞争对手的产品状况、企业的工艺水平、人员情况、开发费用等，以确定项目的可行性。这一阶段对整个DFSS项目是非常重要的，所谓“差之毫厘，谬以千里”，若此阶段不能充分收集和分析顾客的需求、客观评价项目的可行性，将给项目带来致命的打击。在此阶段的成果一般包括：顾客的需求分析报告、项目的成本

2、界定(Define)
定义阶段是DFSS实施的核心过程，此阶段的任务是要清晰地说明对产品的要求。前阶段确定了谁是我们的客户，然后了解客户需求，在收集客户需求时可以卡诺模型为指导，注意区分不同层次的需求。接下来，就是进一步细化展开顾客的需求，即通过质量功能展开(QFD，Quality Function Deployment)将VOC逐层展开为设计要求，工艺要求、生产要求，并提炼出顾客的关键需求，准确地识别、量化顾客需求。

3、开发(Develop)
DFSS研发阶段的目标是利用创造性的方法确定可行的产品概念，使用符合逻辑的，客观的方法来评估可选的方案。这一阶段可运用头脑风暴法，创造性问题解决理论(TRIZ)、普氏方法，失效模式和效应分析(FMEA)等工具和方法。首先运用TRIZ来解决产生失效的冲突，给团队指出清楚的创新方向和重点，产生创新性的解决方案。接下来就是从中选择出最好的解决方案。其次，设计应尽量消除产品或服务失效的潜在可能，通过FMEA分析潜在的失效模式和功能变异性，从而在设计阶段就尽量减少产品和过程失效的可能。

4、优化(Optimize)
此阶段是对产品和过程设计参数的优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化，主要方法是实验设计(DOE)。首先利用稳健设计尽量减少产品或流程的差异性，优化设计性能，以便从中得出最佳概念；然后按照目标值调整输出，以确定是否所有要求都得到了满足。

5、验证(Vefify)
DFSS的验证阶段的任务是对产品设计是否满足顾客要求、是否达到期望的质量水平的确认过程。验证的三个步骤是：验证生产过程的能力，以确定能够以最低成本交付无缺陷产品，建立、测试并固定原型，测试设计的能力、稳健性和可靠性。进行试生产，以证明制造出来的产品和流程符合早期制定的要求。

六西格玛设计DFSS培训哪家好？
天行健咨询提供专业全面的六西格玛管理和精益生产咨询与培训服务。