基于Meyerhof机构的吸力式沉箱基础抗拔承载力极限分析上限解

为了研究吸力式沉箱基础上抗拔荷载作用下的极限承载力上限解,构建出反向Meyerhof破坏模式.根据极限分析上限定理,引入反向地基承载力,基于Meyerhof破坏模式,将原基础下的主动区变为被动区,对数螺旋线方向相反且延伸至沉箱侧壁,建立了相应的机动许可速度场,推导出理论上更为合理的吸力式沉箱基础极限抗拔承载力上限解.分析了上限解与黏聚力、内摩擦角、摩擦系数以及基础下地基反向承载力之间的关系.采用Matlab软件编程计算出上限解,并与文献中的试验数据进行对比分析.结果表明,上限解与试验值的误差最大值为28%,最小值为9%,从而证明了破坏模式的合理性及所提方法的适用性.     

吸力式沉箱基础抗拔破坏标准研究

为了得到吸力式沉箱基础的抗拔破坏标准,针对长径比为4的吸力式沉箱基础开展了倾斜抗拔承载力模型试验。试验中考虑了不同荷载作用角度的影响。试验结果表明:荷载作用角度较小时,吸力式沉箱基础的荷载-位移曲线可分为位移平缓段和突变段,且有明显的拐点。依据荷载-位移曲线上的拐点所对应的位移,提出了一个确定吸力式沉箱基础破坏位移的公式。对于荷载作用角度为90°的情况,吸力式沉箱基础被拔出前发生的位移非常小,无法用位移来判断吸力式沉箱基础是否发生破坏,建议从控制外荷载大小的角度预防其破坏的发生。     

循环加载条件下吸力式沉箱基础极限承载力特性分析

循环加载模式下吸力式沉箱基础的拉拔承载性能目前尚缺乏合理的分析与计算方法.应用Andersen等对重力式基础及地基所建议的分析方法,将软土的循环强度与Mises屈服准则相结合,针对吸力式沉箱基础,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行了三维拟静力有限元分析,确定了循环加载模式下吸力式沉箱的循环承载力及其破坏包络面,并与单调加载作用下沉箱基础的极限承载力及其破坏包络面进行了对比.结果表明,与单调加载情况相比,循环加载作用下吸力式沉箱基础的拉拔承载能力显著降低,而沉箱长径比对基础循环承载力降低效应的影响不大.     

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

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.     

基于模型试验的上拔过程中裙式吸力基础内部负压及荷载——位移变化

基于1-g模型试验,研究裙式吸力基础在饱和细海砂中的抗拔承载特性,及不同加载速率、裙结构尺寸对基础抗拔承载力和主桶以及裙内负压变化的影响。试验结果表明:裙式吸力基础底部的上拔破坏形式与传统吸力基础顶部密封时基础的底部破坏形式相同,也为局部拉伸破坏。增大裙高和裙宽均可增大裙式吸力基础的极限抗拔承载力,且增大裙宽对裙式吸力基础的极限抗拔承载力增大比较明显。裙式吸力基础上拔承载力,使得主桶被动吸力以及裙内被动吸力同时达到极限值。裙式吸力基础的主桶被动吸力不随裙高的增大而增大,但随着加载速率的增大,裙式吸力基础主桶被动吸力和裙内被动吸力均明显增大。     

黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能试验研究

为了研究黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能,开展了一系列室内模型试验,分析了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础在不同角度和不同加载位置的极限承载力及荷载-位移变化规律.通过ABAQUS建立了吸力式沉箱基础的斜向受荷三维数值模型,分别采用长径比为3和6的模型探究了加载位置对基础极限承载力的影响,进而确定了沉箱基础最优系泊点的位置,并基于极限包络线方法提出了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础极限承载力的计算方法.结果表明：当荷载方向与水平向的夹角小于30°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较大;当荷载方向与水平向的夹角大于45°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较小.在基础承载力受加载位置影响较大的斜向荷载角度范围内,随着荷载角度增加,其对应的最优系泊点位置有所上移.     

砂土中吸力式单桩极限抗斜拉承载力计算

为研究饱和砂土中吸力式单桩的极限抗斜拉承载力,对3种不同长径比和3种荷载作用角度下的吸力式单桩进行了室内大比尺模型试验,分析得到了不同参数下的桩基础的极限抗斜拉承载力。通过极限平衡法对吸力式单桩的极限竖向抗拔承载力和极限水平向承载力进行了分析研究,并基于破坏包络线的概念,对吸力式单桩极限抗斜拉承载力的试验结果进行回归分析和拟合,得到了竖向承载力和水平承载力之间的归一化关系及经验公式,进而推导出吸力式单桩基础的极限抗斜拉承载力。     

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．     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

钢-UHPC组合梁单钉连接件抗拔性能分析

为研究钢-UHPC组合梁单钉连接件的抗拔性能,通过6组UHPC中单钉连接件的拉拔试验和ANSYS软件数值计算,分析了栓钉直径、高度对抗拔承载力和破坏模式的影响.提出了钢-UHPC单钉连接件抗拔承载力计算公式,得到了不同UHPC和栓钉强度下栓钉钉杆拉断和UHPC开裂2种典型破坏模式的高径比界限.结果表明,若高径比大于界限值,抗拔试件破坏时栓钉钉杆被拉断,UHPC板完好,属于延性破坏;若高径比小于界限值,试件为UHPC开裂破坏,栓钉脱出,UHPC冲切破坏面与竖直面的夹角约为43°,属于脆性破坏.钢-UHPC单钉连接件抗拔承载力公式的计算值略低于模拟值,相对误差小于10%.     

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.     

非均质性和各向异性黏土地基承载力上限分析

黏土所表现出明显的各向异性和非均匀性对地基承载力具有较大的影响.基于Prandtl型的地基破坏模式,采用离散法构建了地基破坏时的速度场模型,并以极限分析上限法为基础,推导出综合考虑非均质和各向异性的黏土条形地基承载力方程.在此基础上,采用fortran语言编制了离散法计算程序,得到了相应条件下条形基础地基承载力.通过算例分析表明,本文计算结果与其他方法的计算值是基本一致的,与试验结果也能得到较好的吻合.参数敏感性分析表明,地基承载力系数分别与土体各向异性系数和非均质性系数均近似呈线性的变化关系.     

倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载特性研究

开展数值模拟,研究了裙式吸力基础在倾斜荷载作用下承载特性,讨论了不同加载点位置以及加载角度对基础承载特性的影响。研究表明,裙式吸力基础抗拔承载力随加载点位置下移,呈现出先增大后减小的趋势;当加载点位于基础顶面以下2/3倍基础高度时,基础抗拔承载力最大。载点位置固定时,基础抗拔承载力随着加载角度的增大逐渐降低;当加载方向为垂直时,基础极限承载力最小。此外,裙式吸力基础转动点的位置随加载角度增加逐渐下移下降。     

吸力式沉箱基础考虑土体流变效应的p-y曲线法

为了考虑土体流变效应对吸力式沉箱基础承载特性的影响,通过建立理想弹塑性p-y曲线法中土抗力系数与时间变量之间的关系,提出了一种考虑土体流变效应的吸力式沉箱基础长期性能分析方法.基于2组不同水平荷载作用下的长期模型试验,采用Matlab拟合土体参数试验数据,获得关于时间变量的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用该方法对模型试验结果进行分析.结果表明:在长期模型试验中位移与土压力发展主要集中在试验前期,后期位移与土压力稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显.理论计算值与实测值随时间变化规律类似,理论计算结果与试验结果相差8%左右,说明长期水平荷载下考虑时间因素的p-y曲线计算结果能较好地吻合试验值.     

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.     

非饱和土临界荷载和太沙基极限承载力解析解

基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和超固结比等影响,推导了非饱和土条形地基临界荷载和太沙基极限承载力解析解,并得出统一强度理论参数、基质吸力和超固结比对解析解的影响规律.研究结果表明:该解析解具有很好的可比性,临界荷载公式适用于任意侧压力系数;临界荷载和太沙基极限承载力均随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而显著增加;临界荷载与超固结比近似成线形递增关系,不同基质吸力所对应的临界荷载间相互平行.     

复合加载模式下条形浅基础地基承载力上限分析

针对竖向荷载、水平荷载与力矩荷载共同作用下的条形基础,在塑性极限分析理论与Meyerhof等效宽度概念的基础上,构造可变的运动许可速度场,推导了复合加载模式下条形基础承载力的上限解.为了证实上限解的合理性与适用性,采用了通用有限元软件ABAQUS进行了数值计算.结果表明,推导的条形基础上限解能够很好地求解复合加载模式下地基的极限承载力.     

砂土中吸力式三筒基础水平承载特性试验研究

通过一系列小比尺模型试验对吸力式三筒基础水平荷载作用下的承载特性进行了研究,分析了长径比、荷载作用方向和筒间距对吸力式三筒基础承载力影响,试验包括3个长径比、3个荷载作用方向以及3个不同筒间距.试验结果表明:不同工况条件下得到的吸力式三筒基础荷载-位移曲线特性有所不同.相同筒重、不同筒间距下,增大筒的长径比有利于提高水平承载力,但在基础失稳前,沉箱基础模型水平位移随长径比的增加而增大.荷载作用方向对吸力式三筒基础联合工作区域影响显著,荷载最有利方向为0°,此时对应的联合工作效应区域最大;最不利方向为60°,此时筒-土间的联合工作效应最弱.相同尺寸和荷载方向条件下,随着筒间距的增加,承载力有不同程度的上升,长径比越大,承载力增加幅度越明显.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。