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。     

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。     

刚性桩横向承载力的三维极限分析

根据试验中观察到的土体破坏模式，建立了相应的破坏机构，用上限法对c-φ土中刚性桩的横向承载力进行了三维极限分析。将破坏土体分为3个塑性变形区，假设了满足运动边界条件的合理速度场，建立了求解光滑刚性桩横向承载力上限解的数学模型。通过极限分析发现光滑刚性桩承载力的上限解与差分解相差不大，并利用由有限差分法得到的规律对光滑桩承载力的上限解进行了修正，得到了粗糙桩承载力的粗略解。三维极限分析为计算刚性桩横向承载力提供了一种简便有效的方法。     

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     

浅地基基础极限承载力破坏机理的数值模拟分析

太沙基的叠加法被普遍作为计算均质土上条形浅地基基础的极限承载力的基本公式,其中承载力系数Nq,Nc是由Prandtl在经典破坏准则下推导得出,Nγ通常使用的是结合实验数据得出的半理论半经验的计算公式.条形浅地基基础的极限承载力可采用数值模拟计算(有限元法或动力学平衡法),根据计算结果可以得出在不同条件下的单一破坏机制,从而得到不使用叠加法计算的极限承载力.本文将德国规范DIN4017(太沙基经典叠加法)的计算结果与有限元(FEM)和动力学平衡法(KEM)的计算结果进行了比较,结果证明采用叠加法计算的浅基础极限承载力是偏保守的.     

斜坡地基极限承载力上限解计算与分析

基于极限平衡法和极限分析法理论,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计算模式,推导出一个上限解公式,并与有限元方法和其他上限解计算结果进行了比较分析。分析结果表明,所得结果与斜坡地基极限承载力的真实解较为接近,能较好地反映实际的斜坡地基的承载力。此外,编制斜坡地基坡后土体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上限解的影响,得到了不同情况下斜坡地基的承载力系数和坡后土体的发挥系数。研究成果可用于斜坡地基的理论分析,为斜坡地基的设计提供依据。     

双层黏土地基极限承载力的多块体上限解

采用多块体上限方法,通过自编程序分析研究了双层黏土地基极限承载力问题。计算了不同参数h0/B以及cu1/cu2时的地基承载力系数Nc’,并与其它文献的计算结果进行了对比,深入探讨了双层黏土地基极限承载力系数Nc’受上述参数影响的规律。基于多块体上限法求解所获得的双层黏土地基破坏面信息,研究了不同参数h0/B及cu1/cu2下双层地基破坏面的变化规律,从而给出了地基承载力系数Nc’随上述参数变化的内在原因。     

三维地基极限承载力的数值极限分析

根据塑性下限定理,借助有限元技术,建立了极限承载力三维情况下的锥形规划形式。采用原-对偶内点法求解非线性规划问题,基于相应的理论计算框架,构造满足条件的静态容许应力场。该方法克服了屈服函数的线性化或光滑近似;利用对偶性,在求解下限解的同时获得对偶命题(上限)的解。与矩形基础地基极限承载力解析结果比较,精度和准确性有了较大提高;对刚、柔性基础下的地基极限承载力的特性也作了探讨。数值极限分析为计算矩形地基的极限承载力提供了一种简便有效的方法。     

基于滑面正应力修正的浅埋矩形基础地基承载力计算

提出一种能够计算浅埋矩形基础地基承载力的三维分析方法。首先,假设滑动面为一组由沿基础长轴方向的具有不同初始半径的螺旋线构成的三维椭球滑面;然后,对基于滑面正应力修正的三维边坡极限平衡方法进行改进,建立基于滑面正应力修正的计算固定三维滑面极限承载力方法;最后,通过改变螺旋线极点位置,构造所有可能破坏的滑动面,试算不同滑面所对应的极限承载力,搜索出的最小值即为基础极限承载力,其对应的滑面即为破坏滑动面。为使该方法能用传统的叠加法公式进行地基承载力计算,给出三维条件下的各地基承载力系数值,并研究基础长宽比和土的内摩擦角对各系数的影响。用该方法和给出的三维地基承载力系数分别对算例进行计算分析,并和其他方法进行比较,结果表明该方法合理可靠,能够方便、快速计算矩形基础地基承载力。     

滑移线法求解极限承载力问题的一些进展

当网格剖分足够密时，采用差分算法可得到逼近有重土静力极限平衡分析精确值的数值解。根据大量计算分析，首次揭示出承载力系数与无量纲参数的内在关系，并据此将滑移线法精确数值解拟合为简洁的、解析表达的极限承载力公式。该公式考虑了承载力系数的非线性，并可避免粘聚力、边载、土容重三项叠加误差。通过与各种经典承载力公式的分析比较和试验，论证了其正确性和可行性。现该公式已被《港口工程技术规范（地基基础）》修订版采用。     

基坑附近既有建筑物地基承载力减损的估算

基坑开挖导致周围既有建筑物地基承载力减损是一个值得关注的问题。本文基于工程应用较广的极限平衡理论,讨论了临近基坑既有建筑物荷载作用下地基临界滑移面的形状,提出了一种考虑基坑开挖影响的地基土破坏时临界滑移面模式,并利用滑楔法推导出相应的极限承载力估算公式。在此基础上,用给出的公式分别计算了基坑边坡、基础所处位置及土的内摩擦角取不同值时的地基极限承载力系数。将所得解答与已有文献中的试验数据和太沙基的地面水平、基础底面光滑时的理论解进行了对比分析。结果表明该方法简单实用,估算位于基坑附近一定范围内的地基承载力,效果较好。     

UPPER-BOUND SOLUTIONS FOR BEARING CAPACITY OF STRIP FOOTINGS OVER ANISOTROPIC NONHOMOGENEOUS CLAYS

All available solutions for the problem of bearing capacity on clays of anisotropic and nonhomogeneous strength are based on the assumption of either circular or Prandtl-type failure mechanisms. Although these solutions are rigorous within the concept of limit analysis or limit equilibrium methods, the formulations are too mathematical and exceedingly cumbersome and the bearing capacity value can only be determined through numerical optimization for each given combination of soil and failure mechanism parameters. By means of the upper bound approach of limit analysis, and adopting translational failure mechanisms, this paper presents analytical solutions for the bearing capacity of surface strip footings on clays of strength anisotropic and linearly increasing with depth. Closed-form expressions for bearing capacity factors in the case of smooth and rough footings, have been derived by considering two newly introduced kinematically admissible translational failure mechanisms with varying wedge angles. It was remarkable to find that the two mechanisms would render closed-form expressions for the bearing capacity factor if and only if the deformed region underneath the footing is set to be bounded by two vertical discontinuity surfaces. The derived formulas are expressed in terms of degree of strength anisotropy and a nondimensional parameter that reflects strength nonhomogeneity. Besides being the only closed-form solutions yet available for the bearing capacity of strip footings on clays with anisotropic and nonhomogeneous strength, the derived expressions have been found to not only provide upper bound values for the bearing capacity factor that compared favorably with available solutions, but also yield the best upper bound values when strength increase with depth becomes predominant.     

局部剪切破坏模式下地基极限承载力的研究

基于土的极限平衡理论 ,探讨了局部剪切破坏模式下地基极限承载力的计算方法 ,并有效地解释了试验中所观察到的承载力系数的影响因素     

基于下限法的地基承载力分析

系统地介绍了塑性极限分析下限法的原理和方法。根据下限法的基本原理,建立以静力容许应力场最大为目标函数,结点处应力为未知量的线性规划模型,并运用惩罚函数内点法求解极限承载力。本文在极限分析下限模型的基础上,求解地基极限承载力因数,讨论了屈服条件近似对求解精度及时间的影响。     

偏心倾斜荷载作用下的地基承载力计算方法

对均质土地基受偏心倾斜荷载的情况 ,应用极限平衡理论的新解题方法得出了地基承载力计算公式。除选定滑动面为对数螺旋面-对数螺旋面-平面的形式外 ,没有其他任何的简化或假定。公式适用于前倾式、后仰式、压入式等破坏模式 ,具有广泛的实用价值。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

考虑超载土体抗剪强度时地基极限承载力的严密解

根据双向破坏地基的失稳特征,构建地基极限状态时土体中不连续应力场和速度场,通过分析不连续应力场和速度场的特点;基于上、下限原理,建立计算模型,构建求解地基极限承载力的算法。通过解三类边值问题,求得考虑超载土体抗剪强度时地基极限承载力的精确数值解,同时验证平面光滑地基的滑移线应力解是精确解。上述解满足基底土体表面速度边界和其他已知的边界条件。算例表明:求解考虑超载土体抗剪强度时地基极限平衡问题近似真解的算法是可行的,结论可靠。     

基础工程在各种极限状态下的承载力

基础工程是由地基和基础结构组成的整体.在外力作用下,地基或基础结构的任一部分进入极限状态都将使基础工程破坏.本文提出了基础工程可能产生的各种极限状态,并引进了基础工程设计的可控性概念,建立了求解天然地基上基础工程在各种极限状态下承载力的虚功率方程.指出了传统地基极限承载力,是基础工程众多可能极限状态中,仅当地基达强度极限状态时的特例.最后以天然地基上条形基础为例,依据所建立的虚功率方程,推求出各种极限状态下极限承载力计算公式,并给出了工程算例供对比.     

半挖半填工况加筋土挡墙失稳机制试验研究与上限法分析

 设计并制作半挖半填工况的绿色加筋格宾模型挡墙,通过在挡墙顶部施加分级均布荷载,测试挡墙在各级荷载作用下的变形、土压力和筋材拉应变,并进行数值模拟,探讨挡墙承载力的发展规律和失稳模式;基于塑性极限分析的上限法,建立半挖半填工况加筋土挡墙的极限承载力,安全系数和极限高度的计算方法。研究表明：在墙顶分级均布荷载作用下,半挖半填工况加筋土挡墙承载力的发展过程可分为初始压密、正常发展、屈服和破坏失稳4个阶段;挡墙墙顶竖向沉降呈三角形分布,挡墙沿填挖交界面发生滑移失稳;挡墙面墙变形、土压力和筋材拉应变分布规律受挡墙的失稳模式影响;所推导的半挖半填工况加筋土挡墙稳定性分析方法考虑台阶面筋材的作用,具有较高的精度。