斜坡地基极限承载力下限解计算

为了研究斜坡地基的破坏机理，基于极限平衡法理论，建立了一个新的能考虑坡后土体坡度影响的斜坡地基承载力的计算模式，通过FORTRAN语言编制了斜坡地基坡后土体的发挥系数的计算程序，分析了斜坡地基内摩擦角、基础下侧土体坡度、基础上侧土体坡度、相对坡顶距及基础相对埋深等因素对斜坡地基极限承载力性能的影响，得出了不同地基情况下斜坡地基坡后土体的发挥系数。得到的斜坡地基的承载力系数和发挥系数可用于斜坡地基的理论分析和设计中。     

关于“斜坡地基承载力上限解计算与分析”的讨论

尉学勇博士在斜坡地基承载力上限解计算与分析[1]一文中(以下简称原文),采用极限平衡法和极限分析理论,建立了考虑坡度影响的斜坡地基承载力计算模式、推导出公式系数并进行数值验证。原文的突出意义在于:①采用了与极     

基于滑移线场理论斜坡条基极限承载力解析解

在工程建设领域,经常需要把基础设置在斜坡地基上,但在现行成果中,对斜坡地基极限承载力的确定并没有给出具体计算方法。为合理确定斜坡地基极限承载力,从而为斜坡地基上的基础设计提供理论依据,并有效降低基础工程的建设成本,本文基于滑移线场理论,建立了斜坡地基的滑移破坏模型,进而根据斜坡地基坡前、坡后土体的塑性边界条件,推导了无重土斜坡地基极限承载力解析公式。同时,提出了采用有限差分方法获取斜坡地基滑移线场及应力分布场的方法。实例计算表明,滑移线解小于极限平衡解及有限元解,主要误差来自于地基土自重的影响,但总体误差在10%以下,本文所述解析法可用于斜坡地基极限承载力的快速估算。     

底面为曲面基础地基极限承载力上限解

为了解决曲面基础作用于土体的极限承载力问题,改进了 Prandtl 机构和 Hill 机构,利用极限分析理论,得到了底面为曲面基础地基极限承载力的上限解;通过两者的比较,以及与底面为平面基础地基极限承载力的比较,所得的上限解大于处于地基表面的平面基础地基极限承载力的上限解,小于埋深为基础宽度一半的平面基础地基极限承载力的上限解,研究结果可供地基承载力设计及计算参考。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

临坡地基基底粗糙程度数值模拟研究

临坡地基极限承载力是岩土工程领域重要的课题之一。文章利用有限差分软件FLAC3D,分析了临坡地基条件下基底粗糙程度对地基极限承载力的影响,并对影响临坡地基极限承载力的因素进行敏感性分析。结果表明,数值模拟的方法能够很好的模拟地基与基础之间的粗糙程度。基底粗糙程度对于地基极限承载力的影响在相对临坡距离较大时影响显著,粗糙基础相对与光滑基础能在一定程度上提高地基极限承载力。相对于边坡坡度、相对临坡距离和边坡土体的内摩擦角,基底粗糙程度对临坡地基极限承载力的显著性较弱。     

临近基坑条形浅基础地基承载力减损的下限估算

利用极限分析有限元方法和下限定理,分析计算了考虑土体自重的临近基坑(边坡)条形浅基础c-?土地基极限承载力下限解。作为一种简化手段,分别按土的粘聚力、基础埋深(超载)和土的自重这3项承载力影响系数表达临近基坑地基极限承载力,获得了基础位置、基坑开挖的边坡角度以及土的内摩擦角取不同值时,相应的地基承载力系数下限解答,并对计算结果进行了讨论。最后将计算结果与已有文献资料以及利用多滑块Prandtl破坏模式得到的极限分析上限解答进行了分析对比,从上、下限给出了临近基坑既有建筑物地基承载力系数取值范围及其承载力上、下限平均值时的减损因数,分析了影响计算结果的因素。     

基于严格滑移线场理论临坡条形基础地基极限承载力分析

临坡地基极限承载力的计算是岩土工程中的常见问题,欲求得其精确解,必须同时满足静力平衡条件和机动许可条件。基于严格滑移线场理论,利用特征线方程和三类基本边值问题构造同时满足应力边界条件和速度边界条件的滑移线场,并提出临坡地基5种单侧破坏模式,最终求得相应的地基极限承载力。利用上述方法,分析了土体剪切强度、边坡几何形状以及基础与坡肩相对位置对临坡地基极限承载力和破坏机理的影响。研究结果表明:计算结果与已有模型试验结果较为吻合。同时,临坡地基极限承载力随土体剪切强度的增大而增大,但随边坡高度和坡角的增大而减小。当边坡高度达到临界高度时,地基极限承载力不再随之发生变化。此外,极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而增大,并最终达到稳定。当基础放置位置达到临界值时,边坡稳定性对极限承载力不再产生影响,此时临坡地基整体结构服从Prandtl地基承载力破坏。随着基础与坡肩相对距离的增加,临坡地基的破坏模式由坡面承载力破坏,逐渐过渡到坡面滑动破坏或深部滑动破坏,并最终达到Prandtl地基承载力破坏,在此过程中临界滑动范围不断增大直至服从平地地基破坏模式,从而导致了极限承载力先增大后保持不变的过程。     

无黏性土斜坡地基承载力模型试验研究

采用缩尺模型试验对砂土斜坡地基的土压力分布、变形机制、破坏模式进行探索,并研究了斜坡坡角、基础尺寸、相对密度、基础形状对斜坡地基破坏形态及极限承载力的影响。结果表明：斜坡地基的破坏模式与Choudhury提出的破坏模式相近,破坏区域由不对称楔体、辐射向剪切区、被动楔体组成。斜坡地基的破坏区域长度随斜坡坡角、基础尺寸的增大而增大,但不随相对密度的变化而变化;而斜坡地基的极限承载力随斜坡坡角的增大而减小,随基础宽度、相对密度的增大而增大。对相同尺寸的基础而言,方形基础下的地基极限承载力和破坏区域长度均大于圆形基础。试验研究成果对斜坡地基变形特征、破坏形态和斜坡地基承载力影响因素的探究具有一定理论参考价值。     

临近基坑矩形浅基础地基承载力上限估算

临近基坑或边坡的既有建筑物地基承载力减损情况是一个值得关注的问题。文中利用极限分析中的机动法,构建了一个临近基坑矩形浅基础的三维机动许可破坏模式,按照地基承载力的传统表达方式,分别给出了单独考虑土的粘聚力、基础埋深(超载)和土的自重影响的承载力系数。根据极限分析上限理论,这种使影响地基承载力的每一个因素都达到最小的简化处理方法,已不是严格意义上的极限分析上限解答,但用于工程设计是可行的。最后将计算结果与已有文献资料进行了分析比较,并以地面水平时矩形基础地基承载力系数为基准,得到临近基坑矩形浅基础地基承载力减损因数上界估算值。     

基于极限平衡法与极限分析法等效性的地基承载力系数N_γ的上限解

针对地基承载力系数Nγ真实解答尚未获得的现状,提出一种计算Nγ上限解的数值计算方法。在论证极限平衡法与极限分析法等效性的基础上,采用一组三角条块逼近满足机动许可的潜在破坏机构,通过极限平衡法建立条间力的递推公式,依据推力最大原理优化条块底线的倾角,得到最危险破坏机构及对应的地基承载力系数Nγ的上限数值解,进而分析地表倾斜情况下的Nγ及其修正方法;最后,为了便于工程应用,给出Nγ及地表倾斜修正系数ξγ的近似表达式。通过与已有研究成果的比较,验证该方法的合理性。研究表明:该方法计算过程简单易于编程实现,能够得到相对小的上限解。研究成果可用于地基承载力的理论分析,为深入研究地基承载力系数Nγ提供参考。     

增量加载有限元法在地基承载力分析中的应用

基于增量加载有限元方法,通过数值载荷试验分析,研究了水平地基和斜坡地基承载力特性及载荷板尺寸效应对地基承载力的影响,研究结果表明规范中针对载荷试验拟定的载荷板尺寸是合适的,对于斜坡地基,坡边距、坡度变化对承载力较为敏感,分析表明:当坡边距大于基础宽度的3.5倍时,地基承载力损失较小;当坡边距一定时,斜坡坡度小于35°时承载力损失较小,坡度大于45°时承载力损失较大。研究成果为斜坡地基承载力确定提供参考。     

均质土地基上埋深条形基础 极限承载力系数数值研究

 以K. Terzaghi提出的叠加公式为基础计算均质地基上埋深条形基础的极限承载力,需要确定承载力系数及相应的埋深修正系数。一般情况是采用极限平衡法、滑移线法及上限分析法进行承载力问题的研究,但受假定破坏模式的影响,不同的研究成果具有较大差异,而有限元法并不事先假定破坏模式,其计算结果具有较高精度。通过在基础与地基土接触面及基础边缘土体内数值奇异点引入接触面单元,建立适用于埋深条形基础的理想弹塑性有限元数值计算模型。利用在ABAQUS平台上开发的计算模块,对饱和不排水黏土地基、砂土地基及土体摩擦角与黏聚力均不为0的地基承载力问题进行系统的有限元计算,分析各系数随基础侧面粗糙程度、地基土强度参数、超载大小等影响因素的变化规律,并与已有结果进行对比,所给出的承载力系数及相应埋深修正系数的计算图表,可供基础工程设计参考。     

复合桩基承台下土体极限承载力的上限解

考虑复合桩基极限状态时条形承台下土体的可能破坏特点，将土体的塑性变形分为竖直向的整体滑动和水平向的绕桩流动。根据极限分析法上限定理，分析上述因素对条形承台复合桩基的极限承载力的影响，给出圆桩时承台下地基土极限承载力的上限理论解。     

近海风机吸力式沉箱基础复杂荷载作用下极限承载力的有限元极限分析

吸力沉箱作为近海大型风机新型基础形式具有诸多优点。极限承载力设计,作为该基础形式设计阶段的关键一环,在设计理论和验算方法方面还不够完善。利用有限元极限分析,对福建某待建海上风电场的5MW风机吸力式沉箱基础选型方案进行承载力分析。提出基于极限分析的土体-结构潜在浸水裂缝模型能够在程序优化过程中自动判断土体-结构界面的浸水裂缝开展。分别给出不同深径比以及是否允许裂缝开展时吸力沉箱不排水极限承载力的计算包络图和安全系数。将计算结果与经验公式、极限平衡解、塑性上限解和有限元解进行比较,验证了结果的准确性。分析表明,吸力式沉箱基础在该工程极限荷载作用下能够满足稳定性要求。允许存在潜在浸水裂缝时,沉箱极限承载力较不允许时低约3%~11%,二者失效机制和土体塑性区分布明显不同。极限状态下沉箱内部土体是否进入塑性与沉箱深径比有关;传统极限平衡法和极限分析多采用桶内土体刚性假定,将高估沉箱的极限承载力。     

柔性基础下粉喷桩复合地基的承载力计算

通过现场实测及有限元计算,讨论了采用粉喷桩处理饱和黄土与淤泥质土所形成的复合地基,在柔性基础作用下,基础刚度及复合地基中的桩体对复合地基承载力的影响。结果表明:减小基础刚度有利于桩间土体承载力的发挥;桩体对饱和黄土承载力的影响程度大于对淤泥质土体承载力的影响程度。最后依据实测及有限元分析结果,在原有刚性基础下粉喷桩复合地基承载力计算公式的基础上,增加了基础刚度影响系数与桩间土体承载力提高系数,并给出了各影响系数的建议取值范围,使其适用于柔性基础下复合地基的承载力计算。     

底部刚性层限制条件下条形基础地基承载力系数Nc与破坏模式

存在底部刚性层限制时，极限荷载作用下的条形基础地基破坏模式会变得异常复杂。此时，应用极限分析、滑移线或数值分析等方法求解地基极限承载力，难以获取明确的定量破坏形态。为此，本文应用刚体平动运动单元上限有限元，通过多次网格更新方式进行系统地分析研究，重点揭示与黏聚力相关的地基极限承载力系数N_c的上限解曲线及其滑移线网破坏模式，探讨地基土层厚度、土体内摩擦角和基础与地基界面有限摩擦等关联因素的影响规律。研究结果表明：当刚性层上方地基土较厚时，N_c和刚性层影响的修正因子K_c随土体内摩擦角和土层厚度的变化不明显；而当土层厚度变薄时，N_c和K_c伴随土体内摩擦角增大和土层厚度变小而急剧增长；土层厚度较小时，基础与地基土接触面摩擦条件对地基破坏模式影响显著，表现为接触面粗糙程度的下降使得N_c大幅减小，与无底部刚性层限制时的规律差异显著。最后，应用运动单元上限有限元分析，验证了底部刚性层限制条件下地基极限承载力系数N_c与N_q之间的...     

基于统一强度理论的临坡地基极限承载力解答

基于统一强度理论,综合考虑中间主应力、基底至坡肩水平距离和坡角的影响,推导了条形基础下临坡地基的极限承载力解答,给出其适用条件和计算步骤,讨论与水平地基极限承载力公式的差异,分析所得解答的可比性,并对比文献模型试验结果和上限法解答进行验证,最后探讨各参数的影响特性。研究表明:本文极限承载力解答可退化为Mohr-Coulomb强度准则解答并得到一系列新强度准则解答,具有很好的可比性;与文献模型试验结果和上限法解答吻合良好,验证了所得解答的正确性;中间主应力对临坡地基极限承载力的增强作用显著,未考虑中间主应力效应的结果偏于保守;临坡地基极限承载力随基底至坡肩水平距离的增加逐渐增大,当达到临界距离时与水平地基的极限承载力一致;坡角的增加导致临坡地基极限承载力大幅减小,且中间主应力效应较大时承载力降低的更加明显。本文解答可为临坡地基优化设计提供一定的理论参考。     

非均质和各向异性黏土地基承载力的上限解

非均质和各向异性是黏土地基比较普遍的现象,而目前地基承载力计算中比较成熟的理论主要是针对均质、各向同性土体.在目前已有的多块体上限法计算粗糙条形基础地基承载力的方法中考虑黏土地基的非均质和各向异性,实现考虑非均质和各向异性时黏土地基承载力的上限解法.所采用的多块体破坏模式在计算粗糙条形基础下均质土体的地基承载力时是最优的.为验证该方法的应用情况,将其计算结果与已有的上限方法、特征线方法进行对比发现,该方法是目前上限方法中最优的.利用该方法详细探讨非均质、各向异性对黏土地基承载力计算的影响.上限方法一个十分突出的优点就是可以反映地基破坏面的信息,通过对非均质及各向异性条件下地基破坏面的分析揭示非均质以及各向异性影响地基承载力的内在原因.由计算结果可知,地基土的非均质和各向异性在影响地基承载力的同时也影响着地基破坏面的位置和形状.     

黄土斜坡地基附加应力

针对黄土斜坡地基,围绕斜坡坡角、基础埋深、临坡距三个因素对斜坡地基附加应力的影响开展了系列探究试验。试验结果表明,斜坡坡角对斜坡地基附加应力影响巨大,坡角越大地基附加应力实测值与理论弹性解Boussinesq解差距越大,从而证明Boussinesq解不能直接用于斜坡地基附加应力计算,应给出相应的折减;小临坡距、大坡角的不同基础埋深试验表明,小临坡距、大坡角基础安全性及稳定性的提高不能依赖于增大基础埋深;关于临坡距的系列探究试验表明,临坡距越小,基础下方土体附加应力不对称性愈发凸出,而随着临坡距的增大,附加应力的不对称性得到明显缓解。为了基础择址不过于保守,同时满足安全性、稳定性的要求,应选择最优临坡距。