壹、巖土工程設計的基本要求和設計原則
巖土工程設計最基本的原則是以最少的投資和最短的工期，保證工程的安全運行和使用期內所有預定功能的正常發揮。包含三個基本要求:①預定功能正常播放；②安全性和耐久性；③建設周期和投資的經濟性。
工程設計中應考慮的因素包括:(1)項目使用期內的預定功能；②場地條件、巖土性質及其可能的變化；(3)工程結構類型和特點及荷載組合；(4)施工環境和相鄰工程的影響；⑤施工技術條件和設計實施的可行性；⑥當地工程建材資源。
巖土工程設計中應註意以下問題:
(1)註意現場情況，考慮防災措施。充分收集場地的地形、地質、水文、水文地質等資料作為設計依據。場地可能發生的自然災害包括:暴雨、洪水、地震、滑坡、崩塌、泥石流等。工程建設引發的災害有:采空塌陷、抽水塌陷、邊坡失穩、管湧、突水等。應對這些災害采取有效的預防和控制措施。
(2)合理選擇巖土參數。在選擇巖土參數時，應註意巖土體的非均質性和各向異性，考慮參數確定的方法和條件，註意參數隨時間和環境的變化以及工程建設對巖土參數的影響。
(3)定性分析與定量分析相結合。定性分析是巖土工程分析的第壹步，也是定量分析的基礎。定性分析的內容包括:項目選址和場地適宜性評價；場地的地質背景和地質穩定性評價；巖土特性的直觀識別。定量分析可采用解析法、圖解法或數值法，並考慮適當的安全儲備。無論是定性分析還是定量分析，都要以詳實的資料為基礎，運用成熟的理論和類似的工程經驗進行論證，提出多種方案進行比較。
(4)註意巖土與結構設計的協調。在巖土工程設計中，應充分考慮巖土體與人工結構之間的協調，以保證整個工程的正常功能。
二、巖土工程設計的基礎資料
巖土工程設計的基礎數據因具體工程需要而異。總的來說，主要的基礎數據如下:
(1)地形、水文、氣象資料，包括地形圖和平面高程控制；水位、流量、洪峰、淹沒、沖淤等。；溫度、降水、冰凍深度、暴雨、風暴潮等。
(2)巖土工程勘察資料，包括巖土工程的類型、時代、成因、產狀、性質和分布；巖土的工程特性和可變性；斷層構造的性質、分布及其對工程的影響；不良地質現象的類型、特征、趨勢及其對工程的影響；人為地質現象的類型、特征、趨勢及其對工程的影響；地震烈度、場地土類型、場地類別、地震動參數、液化試驗和評價；地下水類型、水位、動態、地層滲透率及補排條件；土壤和水對建築材料的腐蝕；特殊巖土的測試與評價。
(3)建築結構資料，包括工程安全等級、建築面積、層數、高度、基礎開挖深度、可能的基礎類型等。；結構類型、剛度、荷載及分布、加載速率、沈降要求等。；擋土結構的可能類型。
(4)其他資料，包括毗鄰工程設施及其與擬建工程的關系；施工排水和排汙情況；施工噪音和振動的限制；巖土工程勘察、設計和施工的本地經驗；項目建設的計劃進度和項目分包的配合情況；當地建築能力、建築材料和勞動力價格等。
三、巖土工程設計的理論和方法
1.巖土工程設計的理論基礎
巖土工程設計的對象是各種工程中與巖土體的利用、更新和改造有關的部分。雖然各種工程對巖土體的利用、整治和改造所涉及的程度、規模和方法不盡相同，但巖土工程設計必須面對同壹個問題，即要盡量使巖土體的工程特性滿足工程建築的功能要求。對巖土工程最基本的要求可以概括為強度和變形，所以巖土工程設計中最基本的任務就是根據具體工程建築的功能要求和荷載分布來校核巖土工程的強度和變形。可見，巖土工程設計中最基礎的理論是巖土力學。
當天然巖土的強度和變形不能滿足工程建築的要求時，需要在設計中對巖土提出適當的處理或改造方案，以提高工程巖土的強度和變形，滿足工程建築的要求。巖土的更新改造必然涉及到巖土以外的其他材料和人工結構的使用。因此，光有巖土工程設計理論是不夠的，還必須包括巖土力學之外的其他材料的力學和結構力學，如鋼筋、混凝土等，才能使巖土工程設計勝任巖土的利用、更新和改造的任務。
巖土工程設計除了考慮局部工程巖土的力學特性外，還必須考慮工程場地的地質結構穩定性。因為，壹個巖土工程在機械上是固若金湯的，但工程場地在地質構造上卻處於不穩定狀態。如果不采取預防措施，工程遲早會出問題，工程損失往往會更重。因此，地質基礎也是巖土工程設計中最重要的基礎理論之壹，這是從國內外巖土工程實踐的血的教訓中得出的認識。
巖土工程設計還必須考慮設計方案的實施，因此，巖土工程施工技術也是決定巖土工程設計方案的重要技術因素。
2.巖土工程設計方法
巖土工程設計應有足夠的安全儲備，保證巖土工程能承受正常施工和正常使用過程中可能出現的各種功能；在正常使用過程中，項目各部分功能具有良好的工作性能；正常維護下足夠的耐久性；在發生意外事件或局部故障時，它仍能保持必要的整體穩定性。
巖土工程設計的傳統方法是基於經驗的許用應力法。隨著設計理論和方法的發展，有轉向基於概率的極限狀態法的趨勢。
許用應力法是在工程正常使用的前提下，比較巖土體的荷載S和抗力R，要求有壹定的強度安全儲備，且變形不要太大，安全的取值靠經驗。
極限狀態法是將巖土體及相關結構物置於極限狀態進行分析，尋求達到某壹極限狀態來檢驗土體的抗力。極限狀態方程的通式是:
液壓環的研究現狀及趨勢
其中z = g()是功能函數；Xi(i=1，2，…)是基本變量，包括各種荷載、巖土性質、材料和幾何參數。當只有兩個綜合參數，即荷載S和巖土阻力R時，有:
液壓環的研究現狀及趨勢
當z > 0時，項目處於可靠狀態；當Z=0時，項目處於極限狀態；當z < 0時，項目處於失敗狀態。
定值設計法將設計變量視為非隨機變量，其設計準則可用下式表示:
液壓環的研究現狀及趨勢
其中K和[K]分別為安全系數和目標安全系數，目標安全系數由經驗確定。例如，某工程目標安全系數[K]=2.5，巖土體抗力R=1500kN，作用荷載S=500kN，則安全系數K=3.0，滿足K≥[K]的判據。
概率設計法將設計變量視為隨機變量，對巖土的抗力R、荷載作用S和安全度進行概率分析。根據失效概率或可靠度來衡量項目的可靠性，在概率分析的基礎上建立項目的安全儲備。壹個工程在規定時間和規定條件下具有預定功能的概率稱為可靠度，所以基於概率法的極限狀態設計也稱為可靠度設計法。根據設計變量的處理水平，概率設計方法分為半概率方法、近似概率方法和全概率方法。
半概率法是最簡單的統計方法。在設計中，阻力和載荷的平均值用來計算安全系數，即
液壓環的研究現狀及趨勢
式中，稱為中心安全系數。它可以進壹步發展為“標準安全系數法”:
Kb=Rb/Sb (5)
公式中Kb稱為標準安全系數，Rb和Sb分別由若幹次的和加(減)均方差得到，壹定程度上考慮了參數的變異性。
近似概率法是用可靠指標β來衡量工程的可靠度，目前我國結構設計都采用這種方法。安全系數Kβ的計算方法如下:
液壓環的研究現狀及趨勢
其中，，，σR和σS分別為電阻和負載的標準差。
例如，對於壹級工程，延性破壞類型的目標可靠指標[β]為3.7。如果某工程的計算可靠指標β為4.1，則該工程處於安全狀態。
全概率法考慮了所有基本變量(巖土參數、荷載、幾何比例、計算精度等。)作為隨機變量，用失效概率直接衡量安全性，設計準則用失效概率Pf表示:
Pf=P(R≤S)≤[Pf] (7)
其中[Pf]是目標故障概率。比如[Pf]=1.0×10-4，那麽Pf≤1.0×10-4是安全的。可靠性指標和失效概率之間的關系為:
pf =φ(-β)(8)
其中φ (-β)是標準正態分布函數。
定值法的安全度用壹個總安全系數k來表示；概率法的安全度用失效概率Pf或可靠性指標β來表示，其依據是概率統計。但要求每個工程都計算可靠度是不現實的，實際工程的極限狀態設計可以采用分項系數設計。分項系數的表達可以基於概率分析或經驗。巖土工程設計的分項系數設計準則可用下列公式表示:
液壓環的研究現狀及趨勢
其中s()是動作效果函數；r()是阻力函數；Vn和vθ分別為工程重要性系數和作用效應分項系數；VSd和vRd是反映所用效應函數和阻力函數計算方式不確定性的系數；Ak是幾何參數；Qk和fk分別為作用效應和巖土參數的標準值；VA和vR分別是巖土參數的作用效應和抗力分項系數。φc為作用效應的組合系數；c是閾值。
目前，巖土工程設計的安全系數和分項系數沒有統壹的標準值。表9-5和表9-6中列出的值僅供參考。
表9-5巖土參數分項系數
表9-6各項目的安全系數