地基极限承载力的变分法研究

本文用变分法解土体滑裂面及士压力的基本理论,以研究地基极限承载力.不仅给出解答且同时给出上、下限极限承载力的范围,能把太沙基等方法的计算结果包括在这范围以内.     

临坡抗拔条形锚板破坏模式及 极限承载力上限分析与试验验证

考虑土体材料的非线性特征,用非线性强度准则及其关联流动法则构造临坡条形锚板上拔时的机动许可速度场,并基于上限定理导出其曲线型破坏模式及抗拔承载力上限解.此后,借助DIC图像关联技术开展了一系列临近砂土边坡条形锚板的室内抗拔模型试验,得到了不同边坡角度及不同临坡比情况下条形锚板的抗拔承载力及上方土体破裂面发展模式.对比结果表明,临坡条形锚板的抗拔承载力与本文上限解计算结果误差在13％以内,土体破裂面模式也基本吻合,从而验证了本文理论解的合理性.最后,对抗拔条形锚板的临界临坡比进行了探讨,分析结果表明临界临坡比随埋置深度和初始黏聚力的增大而增大,随单轴抗拉强度的增大而减小.     

条形基础下砂黏土双层地基极限承载力预测模型的不确定性分析

实际工程中常见砂—黏土双层地基,在这种分层地基的极限承载力问题上传统的太沙基承载力公式不再适用.工程中常用的条形基础下,砂—黏土双层地基极限承载力半经验计算方法可能会提供不可靠的预测.文中采用一种基于极限分析上限解的方法——不连续布局优化(DLO)对砂—黏土双层地基的极限承载力进行了计算.在传统地基承载力公式的基础上引入了承载力折减系数,给出了不同工况下该系数的设计图表.基于DLO的计算结果,提出了一个可适用于取值范围广泛的几何和土体强度参数的多项式回归公式.基于文献中条形基础下,砂—黏土双层地基极限承载力计算结果对所提出的简化公式进行了验证和不确定性分析.     

陆地风电空心锥形基础地震响应特性分析

空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。为了丰富陆地风电基础抗震性能研究并将空心锥形基础推广至实际工程中,数值模拟研究了砂土地基中质量相等的空心锥形基础和圆形基础的地震响应特性,讨论了基础尺寸、上部荷载、地震动峰值加速度和地下水埋深等因素对基础加速度和位移响应的影响。研究表明：地震作用下空心锥形基础和圆形基础顶板中心处的加速度峰值差距较小,约为5%;锥形基础的沉降量始终低于圆形基础,降幅在4%～31.8%;空心锥形基础前侧的土体变形范围大于圆形基础,而土体隆起量最大值小于圆形基础,最大减少66%,地震作用下空心锥形基础调动了更多土体抵抗荷载,具有更高的承载力。增加锥形基础的径高比(基础顶面直径与高度之比)能够有效减少基础沉降和前侧土体变形。基础上部荷载与输入地震峰值加速度增大,基础沉降量显著增大,基础前侧土体的变形范围和隆起量也随之增大。基础顶板中心处的加速度放大系数随上部荷载与地震动峰值加速度的增大而减小,随地下水位埋深增加而增大。     

砂土中带裙板防沉板基础水平向承载力的上限解

作为深海油气工程中水下生产系统的重要基础形式,防沉板具有埋深浅、水下施工方便等优点.为了满足基础抗滑移的要求,可在防沉板底部设置裙板,裙板的存在增加了防沉板水平向承载力计算的难度.本文将带裙板防沉板基础简化为带裙板条形基础进行研究,通过开展砂土地基上防沉板基础水平向地基承载力模型试验,研究了防沉板基础在水平荷载下的承载规律.提出了一个能够反映裙板与基础内部土体共同作用的经验参数——水平向土体破坏率η,建立了适用于防沉板基础的水平向极限承载力分析的破坏机动场.通过极限分析上限定理推导了砂土地基上带裙板条形基础的水平向地基承载力的上限解,确定了η与H/B的拟合关系.     

方形浅基础地基极限承载力的理论解

根据刚塑性体的静力平衡条件 ,推导了方形浅基础地基承载力的理论解 .该理论解主要由 3方面组成 :粘聚力c、均布超载 q、土体重度γ .与Vesic的半经验分析结果进行了对比 ,二者相似 ,从而给出了一种新的方形浅基础地基承载力的计算方法     

剪胀角对粗糙条形基础地基极限承载力的影响

基于平移滑动模式多块体上限方法求解地基极限承载力问题的特点,分析了非关联流动法则条件下多块体上限方法在地基承载力计算中的应用。研究了剪胀角对粗糙条形基础地基承载力的影响。结果表明,剪胀角对地基极限承载力的影响程度与土体内摩擦角有关。当土体内摩擦角较小时,剪胀角的影响较小。随着土体内摩擦角的增大,剪胀角的影响越来越大。     

设置加筋垫层条形基础极限承载力分析

依据加筋地基理论和现有试验的结果,提出设置加筋垫层条形基础的地基破坏模式,运用极限分析的上限原理推导设置加筋垫层条形基础的地基极限承载力的上限解.结合工程实例,得出与目前已有计算方法基本一致的计算结果,验证了该上限解的合理性.     

考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.     

含水率对花岗岩残积土承载力影响的试验研究

花岗岩残积土具有遇水软化的特性,其工程力学特性受含水率变化影响显著,如考虑不周会对基础设计造成不利影响。为了定量分析含水率变化对花岗岩残积土地基承载力的影响,采用室内试验与标准贯入试验,对比浸水前后的地基承载力,分析含水率对地基承载力的影响机制。结果表明:浸水条件显著增大了土体的含水率,含水率增量随深度的增加而显著减小,浸水对花岗岩残积土含水率的影响深度不超过2 m,含水率的增加降低了花岗岩残积土的抗剪强度及地基承载力,造成地基承载力损失率最高可达28.7%,地基承载力损失率随深度增加而减小。在基础设计时,应考虑含水率变化对地基承载力的影响,并根据工程要求确定合理的基础埋深。     

考虑中主应力及三向应力状态影响的地基承载力分析

基于推广的SMP准则,建立了平面应变条件下和三轴压缩条件下土的抗剪强度参数关系的简单解析表达式．基于这一关系,采用各自应力状态下土的强度参数,用滑移线方法分析了条形基础、圆形基础承载力系数及圆形基础承载力形状修正系数．计算结果表明,若忽略应力状态对土的强度参数的影响而简单地用三轴压缩试验下土的强度参数,由此计算得到的条形基础承载力系数具有较大的误差,且这种误差随着土的内摩擦角的增大而增大．针对圆形基础,将计算结果与Terzaghi经验关系对比分析发现。Terzaghi的经验系数在多数情况下是合适的,但当基底光滑时,由土自重所引起的承载力系数所对应的形状修正系数取0．6是偏于不安全的,根据计算结果建议取为0．4．     

浅基础地基承载力与变形特性离心模型试验研究

采用土工离心模型试验方法,对装样、饱和、加载等试验技术进行研究,以保证试验重复性与可靠性,并分别从承载力与变形两个方面对浅基础地基问题进行试验研究.研究结果表明:对圆形和方形浅基础而言,密砂地基的竖向荷载-位移曲线具有明显的拐点,竖向荷载在曲线出现拐点以后的变化不明显;分析地基承载力系数时,达到地基承载力qu时的基础沉降对地基承载力系数Nq的影响不明显,对Nr的影响比较显著;基础形状的变化对于Nq的影响不明显,对Nr的影响比较显著.     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

扩底桩及浅基础的界定与计算分析

为了解决扩底桩深基础与普通桩基及浅基础的区分及设计计算,根据均布荷载下的Boussinesq与Mindlin解,结合现有文献对"扩底桩"或"扩底墩"等扩底深基础进行界定,对其承载能力特性进行计算分析.结果表明:扩底深基础与普通桩基的区别是扩大头因素的存在.通过对不同形式基础底部附加应力的计算可知,若以两者差异δ=0.2为基准对扩底基础的深浅进行界定,则埋深与扩底直径之比宜取0.62,并将其作为深浅基础的划分界限,而且实际工程亦验证了此界限的可靠性.     

等质量圆形基础与风电空心锥形基础承载特性

空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。通过开展数值模拟,研究了在钢筋混凝土用量相等情况下,空心锥形基础与传统重力式圆形基础在水平荷载、竖向荷载及弯矩作用下的承载特性和基础周围土体变形规律,探讨了基础尺寸、比尺效应对基础承载力和土体变形的影响。研究表明:相较于圆形基础,空心锥形基础水平承载力提高幅度为202%～456%,并能有效控制基础位移;弯矩承载力大幅提升5.1～7.9倍;竖向承载力最大提高35.5%。空心锥形基础水平极限承载力随径高比(基础顶面直径与高度之比)的增大逐渐减小,竖向与弯矩极限承载力随径高比的增大而增大。随锥形基础径高比增加,在水平荷载和弯矩作用极限状态下,基础周围土体隆起量逐渐减小;竖向载作用下,土体变形范围逐渐增大。对基础极限承载力进行无量纲化处理,研究比尺效应对其影响,发现比尺效应对基础竖向承载力影响较大,对水平和弯矩承载力影响较小。     

基础承载力分析中土体流动机制的细观分析

介绍了颗粒体非连续变形分析方法的基本原理.采用自行研制的颗粒体非连续变形分析程序对基础(浅基础与深基础)极限承载力分析中的土体流动机制进行了细观上的数值模拟.并与模型试验以及经典滑移线法的结果进行了比较,数值模拟的结果再现了模型试验中的土体极限状态下的流动机制,为研究土体极限状态下的细观分析提供了一条途径.     

给排水管底土层的承载力分析

管道是公路工程和城市建设的重要组成部分,合理的管底土层承载力是避免管道破坏的重要保障之一。本文把管道等效成条形基础、检查井等效成矩形或圆形基础,对管道设计通用图纸有关承载力规定的合理性进行了详细讨论,结果表明：当深度大于1m时,满足要求时的土层承载力特征值很小;对于检查井等结构物,随外径和地表单侧轮重的不同,对检查井底部土层承载力特征值的要求也是不同的,甚至会出现承载力特征值非常大的情况,这说明通用图纸规定的要求不再适用。当土层承载力不足时,应采用换填垫层的进行处理,同时应满足软弱下卧层的承载力要求。垫层会增加沉降差,且管底土层越好,垫层的增加作用越不明显。然而总的来说,管道的沉降差是非常小的,不足以造成管道损坏。根据实际情况,为最大限度避免管道破坏,同时使管道沉降、管底承载力均满足要求,本文提出了一个简单的管底土层处理原则。     

基于透明土技术的加筋地基模型试验

采用透明土技术,开展了5组不同筋材长度和加筋深度(层数)的加筋地基平面应变模型试验,以及1组无筋地基对比试验,以研究在条形基础荷载下加筋地基内部位移场演化及滑移破坏过程,并探讨其荷载—沉降特性.结果表明,加筋地基中的土体在基础沉降过程中,首先在加筋区的两侧底部非加筋区位置累积水平位移,并自下而上向加筋层扩展,致使筋材自下而上依次断裂,最终形成宏观剪切破坏面;加筋地基在基础沉降过程中形成两个应力扩散区,分别沿筋材弯折段和基础边缘向下扩展,前者扩散角是后者的2.5倍左右;加筋地基和无筋地基均表现为普朗特尔滑动破坏模式,加筋地基滑动面深度和宽度基本随加筋深度和加筋长度的增大而增大;当筋材强度不足时,加长筋材长度对加筋地基承载力的提高不起作用,而增大加筋层数对承载力影响显著.     

砂土中陆地风电空心锥形基础水平承载力的影响因素分析

空心锥形基础是一种新型的陆地风电基础形式,其主控荷载为水平荷载和倾覆力矩。开展砂土中锥形基础水平单调加载模型试验,研究加载高度、加载速率和模型尺寸对基础水平承载力的影响,并对比分析相同质量和径高比的锥形基础与圆形基础的水平承载力大小。研究表明:锥形基础水平极限承载力随加载高度增加逐渐降低;加载速率对锥形基础的水平极限承载力影响较小;径高比和底板尺寸是影响锥形基础水平极限承载力的主要因素,当基础径高比为5.5时,锥形基础水平承载力最大;增大底板尺寸可有效控制基础水平侧移;基础失稳破坏形式为转动破坏;相同质量的锥形基础和圆形基础相比,锥形基础的水平承载力是圆形基础的1.1～1.2倍。     

深厚欠固结软土悬浮桩复合地基固结沉降

沿海填土地区通常存在软土地基,其中软土层较厚,土壤欠固结现象普遍存在。这导致了诸如承载力不足、固结周期长、沉降量大等问题。为改善欠固结软土地基的低承载能力问题,依托珠海南湾大道悬浮桩地基工程,采用Flac3D有限差分计算软件建立复合地基模型,并将计算结果与短期监测数据进行比对,以验证模型的准确性。对深厚欠固结软土悬浮桩复合地基的沉降变形特征、孔隙水压力消散特征以及土体有效应力增长过程进行了研究。研究结果表明：模型的计算结果与监测数据基本吻合,数值模型能够准确反映饱和软土复合地基的固结和沉降特征,为深厚欠固结软土地基的道路施工提供了理论参考。