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。     

浅基础地基承载力若干计算问题探讨

地基承载力是土力学的基础课题。基于TERZAGHI最初的浅基础极限承载力计算模型,修正了程国勇—邱睿求解的承载力系数CQ解析解错误,给出了承载力系数解析式的确切表达式。为简化计算,对《建筑地基基础设计规范:GBJ 7—89》~([1])的临界荷载承载力系数N_γ及TERZAGHI模型的极限承载力承载N_γ进行了高精度的非线性拟合,拟合精度足以满足工程计算需要。     

基于极限平衡法的砂土中条形基础极限承载力计算方法

通过理论计算确定浅基础的极限承载力是岩土研究的基本课题。由于推导中对滑动面以及承载力系数间的关系假定不同,已有理论计算出的承载力系数的数值并不完全相同。根据极限承载力分析的经典理论模型,采用极限平衡法力矩平衡条件,推导出砂土中条形基础的极限承载力计算公式,并整理得到承载力系数N_q和N_γ的表达式。与已有常用计算方法相比,推导出的承载力系数N_q和N_γ的计算公式相互独立,避免了承载力系数相互影响的不足,并减少了计算的不确定性。为验证公式的准确性,将计算结果与极限分析法的理论解答以及文献中的试验结果进行对比,结果表明,相比几种经典理论,用该公式计算出不同内摩擦角时的系数N_γ与极限分析法的计算值更加接近;用该公式计算出的极限承载力与室内试验实测的承载力也更加接近。     

地基承载力的数值分析方法

介绍了边坡稳定的塑性力学上限解在计算地基承载力方面的推广。简要回顾了由Ｄｏｎａｌｄ和Ｃｈｅｎ提出的能量法的基本原理，说明该法可以得出与闭合解一样精确的解答，使用此数值方法来复核地基容重不为零时承载力计算的各种经验方法，发现这些经验方法在大多数情况下均低估了地基的承载力。计算基础有埋深和荷载偏心的经验公式也低估了地基承载力约５％～１０％。     

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。     

复杂地基极限承载力半解析解

本文研究了复杂地基极限承载力的半解析解答。通过非均质非线性各向异性破坏准则，建立了复杂地基极限平衡理论，导出了滑移线斜率公式、应力沿滑移线微分方程。分析滑动区域应力变化规律，导出了有内摩擦与无内摩擦各向异性地基及非线性地基的极限承载力解析式，计算了各种复杂地基承载力系数解答。研究结果表明：岩土材料各向异性降低了地基承载力；非线性地基承载力可由拉压强度比控制。本文成果简化到线性各向同性地基中，与Ｐｒａｎｄｔｌ解、Ｒｅｉｓｓ－ｎｅｒ解、索科洛夫斯基公式及太沙基结果相吻合。     

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。     

复合桩基地基极限承载力的下限有限元解

复合桩基在达到整体极限承载状态时,因桩的遮拦作用使得地基极限承载力较天然地基有一定提高。其分析可简化为地基竖向极限承载力和地基土水平向绕桩作用产生的极限承载力提高值的叠加。利用下限有限元方法,求解得到地基的极限承载力和不同深度处土体绕桩阻力的数值解,并建立了绕桩阻力计算公式。绕桩阻力系数ks随桩间距的增加而逐渐减小。地基极限承载力提高值Δfu随桩间距的增加而逐渐降低。计算表明:复合桩基下绕桩阻力存在并不可忽视,承台下地基极限承载力有明确的提高,可以作为地基的安全储备。     

地基承载力的模糊可靠度分析研究

由于地基承载力的各种影响因素常常表现出不同程度的随机变异性及模糊性,因此,地基承载力也应具有随机变异性、模糊性,地基的稳定则应视为一模糊概率事件。本文采用Vesic公式确定地基的极限承载力,并建立了相应的地基稳定可靠度计算极限状态方程,进而利用概率理论与模糊数学理论建立了地基失稳的模糊概率计算公式,对抗剪强度指标c、φ值的敏感性及安全系数与模糊失效概率之间的关系作了分析,得到了一些有益于设计的结论。     

地基承载力的模糊可靠度分析

地基的稳定在一定程度上可视为一模糊事件,由于影响地基承载力的各种因素常常表现出不同程度的随机变异性,地基承载力也具有随机变异性。本文用Ｖｅｓｉｃ公式确定地基的极限承载力,并建立地基稳定的极限状态方程,进而利用概率理论与模糊数学建立地基失稳的模糊概率公式,对抗剪强度,ｃ,φ值的敏感性及安全系数与模糊失效概率之间的关系作了分析。     

基于侧阻硬化与软化模型的大直径桩基水平承载力研究

从桩侧竖向摩阻力作为大直径基桩水平承载力显著影响因素的角度出发,首先分别建立了桩侧摩阻力硬化和软化τ–s模型作用下单位长度桩身抗力矩Ms的数值解及其相应的解析方程。随后,在传递矩阵法基础上分别推导了考虑桩身抗力矩Ms影响的传递矩阵系数解析解。最后,通过影响参数及工程案例对比分析,分别证明了本文所推导的附加弯矩–转角本构模型和传递矩阵解的正确性,并得出以下结论:对侧阻硬化模型而言,桩身抗力矩Ms随着桩径d、抗剪刚度系数比值k2/k1的增加以及弹性极限位移seu的减小而增加;对侧阻软化模型而言,桩身抗力矩Ms随着桩径d、参数β(=su2/seu)和αres(=τu,res/τu,eq)的增加而增加。     

隧道围岩压力运动单元上限有限元计算方法

针对隧道围岩压力与破坏模式问题,应用刚体平动运动单元上限有限元方法（UBFEM-RTME）与程序开展计算分析,获得了支护反力系数N_γ及N_c上限解曲线图和围岩有效间断线网破坏模式及其演变规律。与多种基于假定破坏机构的刚性块体上限法及模型实验结果进行对比分析,验证了UBFEM-RTME方法获得的支护反力上限解为极限分析上限理论框架内的较优解答,并且N_γ及N_c上限解与太沙基围岩压力解答变化趋势基本一致。除N_γ及N_c上限解外,UBFEM-RTME方法获得的隧道围岩有效间断线网破坏模式存在多种形态特征,大致涵盖了既有文献关于围岩破坏机构假定的多种型式,体现出该方法能摆脱假定破坏机构的限制,应用于隧道围岩压力求解具有良好适用性。     

Effect of interface adhesion factor on the bearing capacity of strip footing placed on cohesive soil overlying rock mass

The problem related to bearing capacity of footing either on pure soil or on pure rock mass has been investigated over the years. Currently, no study deals with the bearing capacity of strip footing on a cohesive soil layer overlying rock mass. Therefore, by implementing the lower bound finite element limit analysis in conjunction with the second-order cone programming and the power cone programming, the ultimate bearing capacity of a strip footing located on a cohesive soil overlying rock mass is determined in this study. By considering the different values of interface adhesion factor (α_cr) between the cohesive soil and rock mass, the ultimate bearing capacity of strip footing is expressed in terms of influence factor (I_f) for different values of cohesive soil layer cover ratio (T_cs/B). The failure of cohesive soil is modeled by using Mohr−Coulomb yield criterion, whereas Generalized Hoek−Brown yield criterion is utilized to model the rock mass at failure. The variations ofI_f with different magnitudes of α_cr are studied by considering the influence of the rock mass strength parameters of beneath rock mass layer. To examine stress distribution at different depths, failure patterns are also plotted.     

沉积相和深度对第四纪土动剪切模量和阻尼比的影响

依据苏州第四纪地层特点,使用GCTS循环三轴试验仪对取自典型钻孔剖面100 m以浅的40个原状土样进行了剪应变10~(-5)~10~(-2)量级的动剪切模量和阻尼比试验,研究了土的沉积环境、深度和土类对土体的规准化动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ的影响。当剪应变g1×10~(-4)时,G/G_(max)折减很小,土体处于非线性弹性状态。沉积相、土层深度和土类对苏州第四纪地层土的G/G_(max),l与g关系曲线的影响有明显差异。相同沉积相的同类土,土层深度越深,G/G_(max)随g增长而衰退越慢,l越小;深度相近的同类土,滨海相土比河泛相土具有更为明显的非线性,而滨海相土的l略高于河泛相土。沉积相相同、深度相近时,粉砂、粉质黏土、黏土的G/G_(max)随g增长而衰退的速率依次减慢;应变水平相同时,粉砂的l最小,粉质黏土的次之,黏土的最大。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。     

砂岩裂纹起裂损伤强度及脆性参数演化试验研究

岩石起裂强度σci及损伤强度σcd作为岩石重要的强度特征值,其研究对于分析岩石的渐进破坏过程及预测隧洞脆性破坏有着重要意义。首先采用应变分析及声发射监测方法,研究了两组硬质砂岩试样在单轴及三轴压缩过程中的裂纹演化特征。试验结果表明,试样的侧向膨胀变形及声发射计数值可以较好地反映其内部的裂纹演化情况,二者随着裂纹的萌生积累都表现出一致的阶段性变化规律。同时通过进一步分析应变及声发射曲线中的阶段性变化拐点,确定了砂岩试样的起裂强度及损伤强度值。其中青砂岩平均起裂强度约为其峰值强度的0.42倍,红砂岩平均起裂强度则约为其峰值强度的0.48倍。最后通过对比不同围压下的试验结果,发现两组砂岩试样起裂阶段内摩擦角均小于其峰值阶段,初始φ0约为终值的1/2。由此定义了可反映岩石脆性程度的起裂摩擦水平φ_0/φ,并建立考虑摩擦作用的线性起裂准则。     

基于影响带观测的加筋土坡稳定性分析

为了观测土工格栅加筋影响带的范围,采用特制的一侧透明的拉拔盒,共对6种不同级配的粗粒土分别完成了4种法向压力下的拉拔试验。通过预埋于土中用大头针尖制作并包裹于导线皮中的位移观测点,直接观测了土工格栅在粗粒土中拉拔引起的土粒位移,发现格栅的拉拔会带动其上一定厚度范围内的土体发生移动,这个范围称之为加筋影响带。试验发现平均粒径d_(50)0.83 mm的粗粒土中,土工格栅加筋影响带的厚度δ与试样的法向压力没有关联,主要与土粒级配有关,当d_(50)1.05 mm时,δ随d_(50)的增大有较显著的增加;而当d_(50)1.05 mm后,这种趋势明显减缓;特别是当d_(50)1.65 mm后,二者呈良好的线性递增关系。基于这一试验结果,提出了考虑加筋影响带的加筋土坡稳定性分析方法,简称影响带法。在这一方法中,认为土工格栅的加筋作用相当于增加了加筋影响带内土的黏聚力,而内摩擦角不变。从而将加筋土坡简化为成层土坡,使计算大为简化。而计算得到的加筋土坡稳定安全系数在加筋层距不大于0.6 m,且格栅抗拉强度大于20 k N/m时,与有限元强度折减法的计算结果符合良好。     

基于EMD_SVD的矿山微震与爆破信号特征提取及分类方法

针对矿山微震与爆破信号难以识别的问题,提出了基于经验模态分解(EMD)和奇异值分解(SVD)的矿山信号特征提取及分类方法。首先对微震与爆破信号进行EMD分解,再借助相关系数和方差贡献率筛选得到主要本征模态分量为IMF1~IMF6,进而利用SVD计算主要本征模态分量构成矩阵的奇异值σ_i(i=1,2,...,6),最后应用支持向量机(SVM)对用沙坝矿微震与爆破信号进行分类。结果表明:微震与爆破信号的奇异值σ_1,σ_2和σ_3差异较大,且σ_1(28)7.5作为识别分界值时准确率达到了88.25%;SVM法识别效果优于BP神经网络法、Bayes法和单一奇异值分界值法,且SVM法准确率达到了93.0%。由此,该方法可为矿山微震与爆破信号特征提取和分类提供一种新方法。     

Bearing capacity of strip foundations in horizontal-vertical reinforced soils

The formula for calculating the ultimate bearing capacity of horizontal-vertical reinforced soil is investigated based on the failure mode and the mechanism of sand beds reinforced with horizontal-vertical reinforcement. Two components of soils and reinforcement are calculated separately. The ultimate bearing capacity of a shallow, concentrically loaded strip footing on homogeneous soil is commonly determined using the Terzaghi superposition method. The contribution of horizontal-vertical reinforcement is calculated based on the bearing resistance of the soil against the transverse members. A vertical inclusion is treated as a retaining wall, the confinement being calculated using Rankine's earth pressure theory. An analytical solution is presented including the traditional factors of soil, unit soil weight, footing width, number of horizontal-vertical reinforcement layers, and reinforcement geometry. The results were validated against experimental results and the mean error of the theoretical model was about 10%, with a maximum error of about 20%.     

Probabilistic approach to elastic-plastic coupled instability

Interaction of elastic and plastic instability modes is considered. Buckling resistance of columns is treated as the lesser value of plastic resistance R_pl of a critical cross-section and the Euler critical force R_cr. The random variables R_pl and R_cr have log-normal probability distributions. Their coefficients of variation are supposed equal and independent from the slenderness ratio λ in the first model of random instability. A simple formula for the buckling factor is derived thanks to the introduction of equivalent Weibull distribution functions. Strict formulae are derived in the second model of coupled instability for the columns of equal median values R_pl = R_cr when the relative slenderness ratthe columns λ( = 1. The design values R_d of the elastic-plastic resistance are reduced by an analysis factor C which depends on the slenderness λ( and the imperfection class, a, b, c or d, defined for European multiple buckling curves. Optimal values of resistance factor γ_R and analysis factor γ_C are determined so that the risks of exceeding the design values R_d and C_d are equal.