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.     

软黏土上覆砂层的条形基础承载力分析

【目的】对软黏土上覆砂层的条形基础承载力进行分析,为土层存在软弱下卧层情况下的浅基础设计提供理论参考。【方法】采用理论推导的方法,在扩散投影模型的基础上,根据基础下方砂土层微元体的受力分析,推导出砂层下卧黏土层时条形基础的极限承载力计算公式,并给出了参数取值建议。【结果】根据分析,基础宽度、砂土层厚度、砂土层强度、黏土层强度、荷载扩散角等因素都对浅基础的极限承载力有一定影响,在建立的模型中对这些因素均进行考虑。为验证该模型的有效性,对已有的离心机试验模型进行了计算,得出用推导的公式计算出的极限承载力与离心机试验数据十分接近,模型相对误差均小于10%。【结论】该公式可用于软黏土上覆砂层时的条形基础承载力计算。     

基于Meyerhof理论的临坡地基极限承载力简化分析方法

针对现有临坡地基承载力研究方法中采用竖向均布作用力代替基础埋深影响而不能充分考虑埋深内土体抗剪强度贡献的问题,引入Meyerhof理论.首先,基于临坡条形基础地基的工程特点,通过研究其破坏机理,构建出考虑临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用的单侧滑移破坏模式.然后,在此破坏模式研究基础上,基于Meyerhof理论求解基础埋深内土体抗剪强度影响作用的思路,通过引入刚体极限平衡分析方法,导出了能够反映临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用、基础距坡顶距离、基础两侧埋置深度不同以及基础两侧侧壁与土体摩擦作用影响的临坡条形基础地基极限承载力简化计算公式,较已有研究成果计算方法更简便,更具工程适用性.最后,通过工程实例计算分析并与现有研究分析方法对比分析,表明了本研究方法的可行性与合理性.     

不排水双层粘土地基承载力的强度折减有限元分析

地基极限承载力的理论计算公式只适用于均质土地基,对于两层土强度参数较为悬殊的层状地基的极限承载力,用有限元法计算更为准确和合理.强度折减有限元法是一个计算安全系数可靠的方法,利用这一原理,采用有限元岩土软件Plaxis8.2建立计算模型,先计算单层土的极限承载力,计算结果与Prandtl解比较,误差极小,在精度满足要求的基础上计算不排水条件下双层粘性土地基的极限承载力.经过计算结果的对比,分析上层土厚度和下层土强度对极限承载力的影响.     

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.     

不同排水条件下桶形基础上拔承载特性研究

桶形基础因其安装方便、可重复使用等优点而广泛应用于海洋工程中,在服役期间或者退役回收时会受到上拔承载力作用,准确计算桶形基础的上拔承载力是保证基础稳定工作和顺利回收的重要前提,桶形基础的上拔承载力与桶的几何尺寸、上拔速率、土体参数以及在自重等预压荷载下的固结情况等因素有关.本文采用有限元的方法对桶形基础上拔承载特性进行研究,通过对不同长径比、上拔速率、土体参数及预压荷载等影响因素进行正交组合计算,研究了其不同上拔速率下破坏模式及负压发展规律,提出归一化上拔速率vs/C_v(其中v为实际上拔速率,s为排水路径,C_v为固结系数)对桶形基础上拔过程的排水条件进行划分.根据破坏模式及抗拔力各组分比重提出了桶形基础在不排水和完全排水条件下上拔承载力计算公式,在此基础上建立了归一化的上拔承载力与桶形基础几何形状L/D、归一化上拔速率vs/C_v以及土体强度之间的对应关系,并提出了部分排水条件下上拔承载力计算方法.结合算例给出了该成果在工程上的应用步骤和方法,成果可直接用于工程设计.     

利用统一强度理论求解条形地基极限承载力

基于Mohr—Coulomb理论的地基极限承载力公式，没有考虑中间主应力的影响，因而与实际结果有误差。为此，利用统一强度理论，结合滑移线场理论，建立了考虑中间主应力时的地基极限承载力的统一解形式，推导了凝聚力和基础两侧土的超载影响及土重影响的极限承载力理论公式，并以条形基础为例给出了大量的算例。数值结果表明：考虑中间主应力影响时地基极限承载力将提高，利用文中解可以合理地得出不同材料的相应解，并且能充分发挥材料自身的承载能力，对实际工程具有重要意义。     

圆形基础的临界荷载和形状系数

基于圆形荷载下地基中任意一点应力分量的弹性力学公式和Mohr-Coulomb极限平衡理论计算出最大塑性区深度达到1/4基础直径对应的临界荷载.通过圆形与条形基础临界荷载的比较,进一步得到了圆形基础界限荷载的承载力系数和形状系数.将这些形状系数与已有的各种极限荷载形状系数进行比较,发现与黏聚力和埋深有关的形状系数略小于极限荷载中的数值,与基础宽度有关的形状系数与极限荷载中的数值差距较大,建议按偏小的Meyerhof形状系数取值.算例表明:圆形基础临界荷载相对于极限承载力的安全系数与条形基础界限承载力相对于极限承载力的安全系数大致是匹配的.     

条形基础嵌入问题的大变形有限元对比分析

岩土工程中,土与结构的耦合作用通常导致土体产生极大变形,即大变形问题,如桩、桩靴和吸力锚的嵌入安装.传统有限元法在求解大变形问题时,网格将产生极大变形,导致计算误差很大,甚至不收敛.基于条形基础嵌入问题,对两种不同的大变形有限元法(网格重划分法和CEL法)进行对比分析.给出了两种大变形有限元法的实现流程,并分析了条形基础在均质各向同性和正常固结黏土中的嵌入问题,通过与条形基础承载力公式和RITSS大变形有限元法对比,验证了两种方法的有效性;通过用户子程序,模拟了正常固结黏土不排水抗剪强度随基础嵌入的变化规律;对比了条形基础嵌入过程中土体的流动机制.     

非均匀地基与均匀地基承载力上限解之间的转化关系

利用上限法研究条形荷载作用下非均匀地基极限承载力问题.基于平动失效机理,运用极限分析方法,得到土体粘聚力随深度线性变化条件下非均匀地基极限承载力上限解的解析解,计算分析条形均布荷载作用下非均匀地基极限承载力.通过与均匀地基承载力的经典解答进行比较,分析非均匀地基与均匀地基极限荷载之间的相似性,进而得到承载力系数之间的相似转换关系,给出相应转换系数的解析表达式,该系数集中反映了地基的非均匀性.借助均匀地基经典上限解,可将非均匀地基极限承载力的问题求解转化为相似转化系数的计算问题,从而为求解非均匀地基极限承载力的求解提供十分便捷有效的途径,便于工程应用.     

基于随机有限元的条形基础地基承载力概率分析

为分析岩土力学特性空间变异对条形基础地基承载力的影响,建立了基于蒙特-卡洛方法的随机有限元模型,并利用Matlab和ABAQUS软件予以实现。将模型应用于条形基础地基极限承载力分析中,将土体的弹性模量和黏聚力视作随机变量,变异系数为0.3,进行了250次蒙特-卡洛模拟,获得了相应的地基极限承载力,并进行了概率统计分析,结果表明：地基土体的空间变异性通常会使得地基的承载能力降低;对于90%可靠度,若按变异系数0.3考虑,其承载力比均质情况低5.4%。     

临坡双层粘土地基极限承载力的上限分析

在现有研究基础上,结合临坡条形基础双层粘土地基临近边坡的非对称性特征和层状地基特征,构建出临坡条形基础双层粘土地基的多滑块组合单侧滑移破坏模式;根据速度相容关系和速度三角形闭合条件,确定出多滑块离散模式相对应的机动允许速度场;引入上限极限分析理论,导出临坡条形基础双层粘土地基极限承载力计算模型,在此模型上采用序列二次规划算法进行优化求解,建立了临坡条形基础双层粘土地基极限承载力确定方法.利用Matlab的符号运算功能和优化函数编程计算进行实例分析,并与有限元数值计算结果进行对比分析,表明了本文研究方法的可行性与合理性.     

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．     

临近基坑条形基础地基承载力简化上限解

利用极限分析的机动法估算了临近基坑条形基础地基承载力系数．作为一种简化手段，分别按土的粘聚力、基础埋深（超载）和土的自重三项估算临近基坑地基极限荷载．采用多滑块破坏机构及一种简单算法给出了基坑附近地基承载力系数，由此得到的承载力减损因数，可以很方便地借助地面水平时条形基础地基承载力去估算临近基坑地基承载力．根据极限分析上限理论，这种使影响地基承载力的每一项因京都单独达到最小的处理方法不是严格的上限解，但在工程实践中是可行的．     

考虑参数空间变异性的不排水边坡可靠度分析

采用验算点法和随机有限元法对不排水边坡进行可靠度分析,研究边坡坡度、安全系数和强度参数相关性对边坡可靠度的影响.数值分析结果表明,由于随机有限元法恰当地考虑了土性参数的空间变异性,因而当土体抗剪强度参数变异系数超过临界值时,边坡失效概率计算结果更为合理.     

海上自升式钻井平台桩靴穿刺现象的数值分析

分析多层土条件下,桩靴承载力和孔穴的变化规律,揭示桩靴发生穿刺现象的实质;进一步提出桩靴极限安全深度的概念,系统描述上、下土层强度比、上层土相对厚度、下层土标准化抗剪强度和土体强度非均匀系数等参数变化对桩靴承载力的影响;给出适用于工程使用的上硬下软黏土中桩靴承载力系数的计算方法。研究结果表明:桩靴发生穿刺的深度主要受到上层土相对厚度、上层土强度和上下土层强度比的影响;标准化抗剪强度系数和土体强度不均匀性系数对于桩靴承载力系数极限值的影响都不超过5%,地基土最终承载力与上层土无关,取决于下层软土的强度。     

斜坡地基承载力及其影响因素的数值模拟研究

本文从数值仿真的方法入手,利用有限差分软件FLAC3D,研究了斜坡地基极限承载力的数值模拟计算方法,并分析影响斜坡地基极限承载力的因素。最后研究了极限平衡状态下滑动面的形态。结果表明,数值模拟方法克服了传统方法无法考虑土体内部应力应变关系的缺陷,可较为真实地反映斜坡内的变形、破坏过程。埋深、临坡距和地基条件与极限承载成正比关系。但埋深对极限承载力的影响不甚明显。斜坡地基极限承载力与滑动面形态及岩土体强度相关。     

溶洞上方条形基础地基极限承载力有限元分析

针对岩溶地区典型围岩条件,采用有限元方法对岩溶地区条形基础下溶洞顶板稳定性进行分析计算,得出溶洞顶板跨度、顶板厚度不同时地基的极限承载力;分析了极限承载力与各影响因素之间的关系,给出了溶洞顶板安全厚度的有限元分析结果.研究结果表明:溶洞顶板厚度在一定范围内,当顶板跨度从B增加到4B时,地基极限承载力降低1/3;当跨度一定时,地基极限承载力随溶洞顶板厚度增加而增加;当顶板厚度达到安全厚度时,溶洞对地基极限承载力影响可以不计.