基于土体相似模型试验的浅基础地基破坏机理研究

为了研究浅基础地基破坏机理,在传统的标点法基础上,增加一种自制的土体内部位移测量装置,对承受竖向荷载的浅基础进行了室内的平面相似模型试验;重点研究地基土体随加载过程的位移变形直至破坏的全过程。研究结果表明:随着荷载的增大,基础下地基土的位移不同程度地向竖向和水平方向发展,基础临近地表也有隆起变形,隆起的高度和内部土体位移测量装置测得的数据相一致。根据实验结果得到的滑动面形状和太沙基地基破坏滑动面形状类似;但是基础正下方的压密区的弹性核接近一个倒置梯形,下底约为上底的四分之一。研究结果为浅基础地基破坏模式的建立提供了参考依据。     

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.     

考虑非共轴特性的吸力桶基础竖向荷载-变形特性研究

土体在剪切变形过程中会产生较为显著的主应力方向旋转,主应力方向与塑性主应变增量方向将呈现出显著的差异即非共轴现象.采用砂土非共轴弹塑性本构模型,以吸力式桶形基础为研究对象,研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对地基荷载-位移关系的影响.研究结果表明:在竖向荷载作用过程中,土体主应力方向处于单调旋转状态,吸力桶形基础高径比对土体主应力方向的旋转规律(方向、速率和极值)有显著影响.非共轴特性对荷载-位移关系的发展趋势有显著的减缓滞后作用,该作用在地基变形中期比较显著.随着高径比的增加,非共轴特性逐渐显著,该特性对地基竖向荷载-位移关系的影响逐渐明显.     

土工格栅加筋地基承载特性数值分析

为研究加筋地基承载性能,基于已有室内试验结果采用有限差分法建立加筋地基数值模型,分析竖向荷载下土工格栅加筋地基的力学特性及加筋层数对土体的荷载-沉降变形特性、应力分布及土工格栅位移的影响,探讨筋土结构的内部土体和土工格栅应力位移场的演变规律,引入承载力提高系数综合分析加筋层数对加筋地基的沉降及承载力的影响。研究表明:在竖向荷载作用下,地基土体呈拱状不均匀沉降,基础两侧土体隆起变形,加筋后能够改善地基的不均匀沉降及减小侧向变形,约束基础两侧土体的隆起;土工格栅具有良好的应力扩散作用,加筋地基的承载力随着加筋层数的增加而增加,但增长幅度逐渐变缓,加筋层数为4层时承载力最高,为最佳加筋层数;土工格栅的有效埋深约为1.5B(B为基础宽度),当筋材埋深超出筋材有效深度影响范围,筋材的加筋作用不再增强。     

广义Gibson地基内部作用线源荷载的基本解

针对广义Gibson地基在埋藏线源荷载作用下的静力学问题,通过将内源线荷载等效为在相同深度范围内连续的集中点荷载的累加,采用Hankel积分变换方法,再结合具体的边界条件,推导得到地基土体在内源点荷载作用下的Hankel变换域中的解,并利用Hankel逆变换将变换域内的解转换为物理域内的积分形式解。然后对该解沿深度方向积分求得了地基土体在三种沿深度分布线荷载作用下的竖向位移解,并对地基内部沿深度分布线源荷载作用下地基表面土体变形问题通过具体算例,运用数值积分计算方法,分析了地基土体的非均质性、荷载分布深度等因素对地基表面土体竖向位移的影响。结果表明:①地基土体的非均质性对地基表面竖向位移有较大影响,相对而言,线源荷载竖向分布深度及荷载分布形式对地表竖向位移的影响较小,且地表竖向位移主要受浅层荷载的影响;②荷载分布深度对地表位移的影响主要体现在土体非均质性较小情况下,且在荷载沿深度减小分布时最为显著。     

组合荷载作用下裙式吸力基础承载特性数值分析

采用数值模拟的方法,对等质量下裙式吸力基础和传统吸力基础组合荷载作用下的承载特性进行分析,探讨主桶高度、裙高度以及裙宽度的变化对基础竖向承载力、水平承载力、弯矩承载力以及组合承载力的影响,得到了基础荷载位移关系曲线及周围土体隆起范围,分析了隆起的影响因素。研究发现裙的宽度是竖向承载力的主控因素,而主桶高度及裙高度是水平承载力和弯矩承载力的主控因素,并得到了组合荷载下吸力基础破坏包络线及其公式。研究成果可供工程设计参考。     

非均匀地基在矩形移动荷载作用下的动力响应

利用半解析法研究矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力响应问题.基于双向Fourier级数展开技术,建立矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力计算模型,其中考虑地基剪切模量为随深度任意变化的连续函数.经过理论推导,给出非均匀地基在矩形移动荷载作用下地基中位移级数形式的解析解答.通过数值算例分析并讨论地基非均匀参数、荷载移动速度以及地基表面的剪切模量等对地基力学响应的影响规律.从数值计算结果看,表面土体的剪切模量越大、非均匀程度越大、移动荷载速度越小,都会使土体中各点的竖向位移减小.     

水平静荷载作用下箱筒型基础防波堤位移特性的离心模拟

通过离心试验对箱筒型基础防波堤在水平静荷载下的位移特性进行了研究.研究表明:防波堤发生向港侧转动,海侧和港侧分别发生向上和向下位移,整个防波堤发生向港侧水平位移.地基土体强度越大,转角、港侧竖向位移量和水平位移量越小,而海侧竖向位移量越大.荷载比大于屈服荷载比后,位移速率显著增大,地基土体强度越高,屈服荷载比越大.     

弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲

为了分析弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲解析解,将3个广义位移变量描述的弹性半空间地基上四边自由正交各向异性矩形中厚板的弯曲控制方程,与基于弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分解建立的板与地基变形协调方程相结合,用三角级数法,得出弹性半空间地基上四边自由正交异性矩形中厚板受任意竖向荷载作用下的弯曲解析解,即得出了地基反力、板的挠度及板的内力的解析表达式。研究结果表明,该方法克服了数值法的弊端,取消了Winkler地基模型或双参数地基模型的假设,从而得到板的内力及地基反力更合理、更精确的分布规律。     

刚性桩复合地基下卧层沉降计算

刚性桩复合地基工作过程中,桩体会向下卧层产生一定的刺入,从而使下卧层产生沉降差异.为了得到发生刺入的下卧层应力分布情况,取下卧层等效单元体进行分析.将内外土柱接触面分为破坏滑动段和弹性滑动段2部分.采用有效应力法计算接触面破坏滑动段摩阻力,并考虑侧向土压力变化的影响;在接触面弹性滑动段,假定摩阻力与相对位移为线弹性关系,利用荷载传递法进行计算,得到下卧层土体的竖向附加应力分布,给出了复合地基下卧层沉降计算公式.通过实例表明,该计算方法与现场实测结果吻合较好.     

地面堆载诱发下盾构管片变形分析

本文依托苏州地铁S1线某区间盾构隧道,针对后期沿线可能出现的堆载问题,采用地层-结构法建立精细化三维数值分析模型,系统地探究了堆载条件下,隧道上覆、穿越和下卧软土地层对盾构管片变形的影响规律。结果表明：在地面堆载作用下,上覆荷载经过土层扩散,使管片变形沿纵向呈“正态分布”,竖向变形最大处位于堆载位置正下方的拱顶处；隧道最大水平位移发生在荷载作用位置正下方管片的左右拱腰处,并且左右拱腰同时产生向外的水平位移；当堆载中心在隧道正上方时,隧道下卧软土层时隧道变形量最大,其次是隧道穿越软土层时,隧道上覆软土层时对隧道竖向变形影响最小；隧道下卧土层的弹性模量对隧道结构变形影响最大,且弹性模量越小,结构变形越明显。     

具有大倾斜角的纤维桥联分析

将基体作为纤维在垂直和水平方向的弹性支承,考虑基体剥落与纤维拉出的完全耦合,基于基体的支承刚度和破坏条件,利用杆件非线性弯曲模型和有限元法,分析了具有大倾斜角的层间短纤维的桥联力与层间裂纹张开位移的关系·数值算例表明,桥联纤维的弯曲变形是局部的,主要是拉伸,在基体剥落与纤维拉出的影响下,韧性较好的芳纶短纤维桥联张开位移较大,可以在桥联中产生较大的能量耗散和增韧作用     

土自重及地基刚度矩阵对板土相互作用的影响

将地基取为有限分层弹性体，采用三种不同方法计算地基刚度矩阵，根据工程背景下板嵌埋于土中这一特点，考虑土自重应刀对地基形变势能的影响，借助于能量变分原理获得了不同地基刚度矩阵时不同荷载作用下的两种不同抗弯刚度的矩形板内刀、板底反力和板底位移的数值解答。着重对比分析了地基刚度矩阵的不同算法及土自重应力对板内力及位移计算结果的影响，指出用单位集中力计算地基刚度矩阵，易受Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ解答在集中力作用；久附近“极性”的制约，计算结果不够理想，而以单位均布力为依据计算地基刚度矩阵，所得板内力及位移能很好地符合弹性解答基本规律。     

求解地基位移的影响函数法

本文利用圆心位移影响函数,提出弹性地基中圆形、环形、矩形面积上作用竖向均布荷载对地基位移的一般计算式.这些公式简单明了,便于数值计算,对时间和空间变量是否可分离不作任何限制,既可用于动力分析,又可用于静力分析等多种情况.大量数值计算比较表明,对于地基沉降计算,圆心位移影响函数法是一种简单有效和通用的方法,在许多情况下还可以求得问题的解析解.     

下卧倾斜硬层对非均布荷载下地基沉降的影响

从沉降计算的弹性理论出发,结合有限元数值分析,以地基表面到下卧硬层的深度与基础宽度之比(深宽比)和下卧硬层倾斜角(假设硬层倾向在所取分析截面内)为变量,探讨了下卧倾斜硬层对非均布荷载下地基沉降的影响。以数值计算结果为根据,得到不同形式荷载作用下的沉降(差)影响系数,并绘出图表以辅助工程实际应用,同时就计算参数对沉降的影响、最大沉降点位置随深宽比和倾斜角的变化而偏移的现象进行了参数分析。最后,给出具体应用示例,验证了该方法的可行性.     

圆排式异型深基坑稳定性数值模拟分析

为定量分析圆排式异型深基坑支护的侧向变形特性与抗隆起稳定性,利用数值仿真软件Midas GTS NX对矩形深基坑及圆排式异型深基坑进行对比研究。研究结果表明:矩形深基坑受侧向挤压成"类工字型",最大侧向位移超过6 m,在实际工程中,基坑已经破坏坍塌,安全性差。对于圆排式异型深基坑,沿深度方向,粉质黏土层是易发生破坏的薄弱土层,同时开挖时隆起值最大,为17. 2 cm;在地连墙边界两侧,墙身侧向位移取得最大值2. 96 cm,充分证明圆排式异型深基坑相比于矩形深基坑具有足够的安全性与稳定性。     

基于位移梯度法的深基坑桩锚支护结构动态稳定性分析

滑裂面的搜索模型与安全系数的计算方法是分析深基坑桩锚支护结构稳定性的两大重要内容.本文通过切向位移梯度法搜索最危险滑裂面,并在极限平衡理论的基础上改进了安全系数的计算模型.通过循环以下两步实现滑裂面搜索:搜索切向位移梯度最大的方向作为滑裂面的切线方向;顺着搜索到的切线方向延伸至滑裂面的下一点.在安全系数的计算过程中,通过应力比考虑张拉破坏对土体抗滑力矩的影响.最后,将滑裂面位置及张拉破坏区域代入改进的安全系数公式计算对应工况下基坑的安全系数.通过算例分析发现:切向位移梯度在0°～90°范围内存在极大值;张拉破坏区集中在较浅的土层范围内,且随施工过程动态变化.