不排水条件下坡上条形基础的承载力

【目的】对不排水条件下坡上条形基础的极限承载力进行研究,分析承载力系数的变化规律,以及土体归一化强度、边坡坡角、基础距坡顶的相对距离等参数对承载力系数的影响。【方法】采用数值模拟和理论分析相结合的方法。【结果】土体归一化强度对坡上基础的破坏模式有直接影响,当归一化强度小于某临界值时,不建议在坡上修建建筑物。研究还发现,坡上基础的承载力受土体和边坡等多种因素的影响,很难从结果中直接整理得到承载力的计算公式。为了得到坡上条形基础承载力的理论解,引入了极限分析的上限解,推导出坡上条形基础承载力系数的计算公式,并对公式进行了合理的简化。将不同参数组合下的数值模拟结果同公式计算结果进行了对比,结果表明,大部分误差在6%以内,尤其是当土体强度较高时,误差较小。【结论】所模拟公式计算结果的准确性较高且使用方便,可用于计算不排水条件下坡上条形基础的承载力。     

山区风电临坡圆形基础倾覆失稳对坡体变形的影响

山区风电塔架均修建于山区丘陵坡顶。若风电基础倾覆失稳,将对边坡稳定性造成影响。通过数值模拟方法,研究了临坡圆形基础倾覆失稳引起的边坡土体变形,讨论了基础直径、边坡角对坡体变形的影响。结果表明：坡面隆起随基础直径增大使坡面隆起量增大,随临坡距增大而减小,临坡距e/D=3（e为基础边缘距离边坡距离,D为基础直径）较e/D=5时最大隆起值增大了143%。此外,边坡角增大不仅使坡面隆起增加,而且边坡土体变形范围增大。讨论了基础转动点与基础临坡距离之间的关系,发现圆形基础的转动点位置随临坡距增加呈先上升后下降的趋势。     

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.     

水平成层土坡破坏机理及稳定性分析

采用室内模型试验及极限分析上限法对水平成层土坡破坏机理与稳定性进行研究。首先,构建室内模型分别模拟不同边坡高度与不同分层厚度条件下的水平成层土质边坡,分析在坡顶条形荷载作用下坡顶与坡面位移-荷载变化规律、极限承载力及破坏面形态和位置。基于极限分析上限法基本原理,针对水平成层土质边坡圆弧+直线的破坏模式建立机动容许速度场,推导该类边坡在坡顶条形荷载作用下极限承载力的求解公式,并将室内试验结果与数值分析结果进行对比分析。研究结果表明:水平成层土质边坡在坡顶条形荷载作用下的破坏模式为圆弧+直线组合式,其滑动面由凹向边坡体内部的圆弧曲面和平面2部分组成,圆弧曲面上端位于加载梁后缘处,下端处于填土分层处,平面为填土分层交界面;上限法在求解水平成层土质边坡稳定性问题上具有一定的合理性。     

均质边坡稳定状况快速辨识及参数反演的一种实用方法

基于塑性极限分析的运动单元法(kinematical element method)提出一种边坡稳定状况快速辨识方法.研究岩土体参数组合(坡高H、黏聚力c、内摩擦角φ和重度γ)与安全系数F和滑动面位置间的内在联系.在此基础上,绘制边坡稳定分析图,求解不需要任何迭代,可快速求解安全系数和滑动面位置.根据边坡稳定分析图,提出一种新的参数反演方法.结果表明,无量纲参数λ=c/(γH tanφ)控制着滑动面位置和F/tanφ.λ不变,则滑动面位置和F/tanφ保持不变;λ越大,边坡失稳模式由浅层破坏变为深层破坏,滑动面坡顶滑出点离坡肩越来越远.当λ＞0.2时,λ与F/tanφ符合线性关系,可用拟合公式快速计算安全系数.根据原始边坡形态和滑动面坡顶滑出点离坡肩的距离,即可快速反算滑带岩土体的黏聚力和内摩擦角.     

基于滑移线场理论的临坡地基承载力简化分析方法

在现有相关研究基础上,探讨了无重土平地基Hill破坏模型及其承载力滑移线解和斜坡地基Hill破坏模型及其承载力滑移线解,提出临坡条形基础地基破坏模式应是介于平地基破坏模式和斜坡地基破坏模式两种临界状态之间的一种连续变化模式,在相同边界条件下,改变坡顶距的临坡地基极限承载力滑移线解答则是介于这两种地基状态间的一个连续函数解,并据此构建出临坡条形基础无重土地基的双侧不对称Hill滑动破坏模式.在此研究基础上,通过引入宽度比系数将基底分为两个均布受压区,采用"等代自由面"简化边坡面上滑块的应力影响作用,使临坡一侧受压区极限压力可直接用已有斜坡地基滑移线解表示.通过分析宽度比系数、坡顶距和破坏模式之间的关系,设定了宽度比系数函数,建立出基于滑移线场理论的临坡地基极限承载力确定方法.通过与现有研究成果的对比分析,表明了本文研究方法的可行性与合理性.     

考虑坡顶超载情况下的边坡剪胀效应分析

为了研究剪胀角ψ对边坡稳定性的影响,利用FLAC3D软件建立均质边坡模型,分析不同工况下ψ与安全系数F和滑动面之间的关系.研究结果表明:无坡顶超载p时,随着ψ的增大,F表现出先增大后减小的二次抛物线样式,滑动面上缘与坡顶的距离越来越小;随着内摩擦角的增大,由关联与非关联流动法则得到的安全系数的差值同样符合二次抛物线规律;有坡顶超载p时,随着p的增大,由非关联流动法则得到的F逐渐减小;内摩擦角增大引起ψ对F的影响不断滞后;p越大,滑动面越陡,上缘越靠近坡顶.     

浅埋圆形基础竖向地基承载力极限分析上限解

圆形基础是一种应用广泛的基础形式,而目前基础承载力研究主要集中在条形基础上,对圆形基础研究较少.针对现有圆形基础承载力求解方法中存在的问题,构建了多块体离散破坏模式,同时考虑土体自重、黏聚力及边载因素,求得竖向极限承载力的上限解表达式,并编制了最优化计算程序.将计算结果与已有的滑移线解、上限解、Hansen解以及工程实测资料进行广泛比较,证明该处计算浅埋圆形基础承载力的方法是更加准确合理的.然后根据计算结果分析了圆形基础地基滑裂面特性,发现由于同时考虑了土体重度,计算得到的地基滑裂面范围小于经典的对数螺旋滑裂面,滑裂面范围随内摩擦角的增大而增大,随重度增加而减小,随基础埋深的增大而增大.     

局部超载下土坡稳定影响因素敏感性分析及破坏机理研究

为研究坡顶超载下边坡破坏机理及各因素对边坡稳定性的影响程度,结合典型边坡实例建立非线性有限元数值模型,采用强度折减法分别计算8种影响因素作用下的安全系数,并对各因素敏感度进行单因素分析、正交试验极差分析及方差分析。结果表明:局部超载下,坡率对边坡稳定性影响最为显著,而超载宽度影响最微弱;土坡安全系数随内摩擦角、粘聚力、土体容重呈线性变化,与超载离坡肩的距离、坡率、坡高大致呈抛物线变化趋势,与超载值呈非线性变化;3种分析方法在确定各因素敏感度排序上具有较好地一致性,方差分析结果离散度最大,效果最佳。超载下和仅在自重下土坡失稳破坏机理有所不同:自重下坡脚处最先出现塑性区,此后塑性区由坡脚处向上延伸扩展至坡顶,进而引发边坡失稳破坏;而超载下坡脚和超载区域下的土体几乎同时出现塑性区,此后塑性区从坡脚和超载区域同时扩展直至贯通,最终导致失稳破坏。     

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.     

基于强度折减有限元法的边坡稳定性影响因素敏感性研究

为了研究各因素对边坡稳定性的影响,采用强度折减有限元法分别计算不同黏聚力、内摩擦角、土体重度、弹性模量、泊松比以及坡顶超载大小等因素对边坡稳定性安全系数的影响,运用正交试验安排不同参数的水平组合,对正交设计计算结果进行极差和趋势分析,并与单因素分析法所得结果进行对比分析。结果表明,两种方法所计算出的各个因素敏感度大小具有一致性,在坡顶超载作用下,内摩擦角对边坡稳定性影响最为显著,而泊松比对边坡稳定性的影响最小;黏聚力、内摩擦角、土体重度、超载大小等参数的改变与边坡稳定安全系数大致呈线性变化规律。     

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.     

土质堤防边坡稳定安全系数影响因素研究

坡体内外水的作用,会改变影响边坡稳定性安全系数的因素.借助Geo-Studio Slope/W和Seep/W软件模块,建立均质土堤防边坡模型.选择不同的坡角、内摩擦角、黏聚力、坡顶荷载、水位及土体渗透性等参数,研究在内外初始水作用下堤防边坡稳定安全系数的变化规律.结果表明:内摩擦角、黏聚力、坡顶荷载对堤防边坡安全系数影响明显:水位骤变方式不同,坡体内侵润线变化规律明显不同,对安全系数的影响也有差异.土体的渗透系数,尤其是渗透系数各向异性对安全系数的影响特别显著.     

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.     

条形基础作用下加固边坡的抗震稳定性分析

边坡坡顶设有构筑物时,其埋置于坡顶土体内部的条形基础将对边坡稳定性构成直接影响。借助极限分析上限原理,对坡顶作用有条形基础的加固边坡的抗震稳定性进行了研究。基于对数螺旋曲线破坏模式,通过各项功率的确定,获得了边坡抗震安全系数的表达式。通过参数优化分析了条形基础尺寸、土体强度非线性和地震荷载等因素对边坡稳定性和潜在滑移范围的影响。分析结果表明:抗滑桩最佳支护位置不因土体强度参数的改变而发生变化;条形基础尺寸、地震荷载和土体强度非线性等因素均对边坡稳定性影响显著。     

纵向倾斜地表盾构隧道掌子面三维挤出破坏分析

为完善隧道掌子面稳定性评价体系,基于极限分析上限法,考虑倾斜地表及掘进深度的影响,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解.研究表明:掌子面支护力与土体黏聚力比随无量纲参数γD/c(γ为土体容重,D为隧道断面直径,c为土体黏聚力)、掘进深度与隧道埋深比、地面超载与黏聚力比大致呈线性变化趋势,而与隧道埋深与断面直径比、地表倾斜角度、内摩擦角呈非线性变化趋势.内摩擦角、地表倾斜角度、隧道埋深与断面直径比和掘进深度与隧道埋深比对被动破坏模式影响显著,而无量纲参数γD/c和地面超载与黏聚力比对被动破坏模式影响较小.     

考虑中间主应力影响时条形地基极限承载力公式

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．利用双剪强度理论建立了考虑中间主应力影响时的地基极限承载力公式．推导了凝聚力和基础两侧土的超载影响及自重作用影响的理论公式．以条形基础为例，计算了考虑中间主应力对地基极限承载力的影响．研究结果表明，考虑中间主应力影响，地基极限承载力将提高．     

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。     

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。     

非线性破坏准则下考虑坡顶条形基础的边坡稳定性分析

运用非线性破坏准则对边坡稳定性进行分析时需考虑的变量比线性情况多.基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,在考虑坡顶条形基础附属荷载情况下对边坡的稳定性进行了分析,采用极限分析原理对边坡的高度表达式进行了推导,并结合序列二次规划算法进行计算.再根据计算方法对工程实例进行计算,将结果与已有研究结果相比较,验证了该计算方法的正确性.