不排水条件下临坡地基破坏模式与承载能力分析

临坡地基极限承载力是由边坡稳定和地基承载的耦合问题。文章通过有限元模拟分析,研究了不排水条件下,临坡地基的在极限荷载作用时破坏机制,分析了边坡土体黏聚力、荷载位置、边坡高度对临坡地基承载能力与破坏模式的影响规律。研究表明:临坡地基破坏模式可以分为地基承载破坏、边坡承载破坏、边坡稳定破坏三类;随着边坡稳定性增加,临坡地基破坏模式由承载破坏向稳定破坏转变;临坡地基极限承载力随着黏聚力增加、荷载位置远离坡肩、边坡高度变高而增加,且增加幅度受破坏模式影响。     

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。     

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。     

条形基础下临坡地基极限承载力影响因素数值模拟分析

按平面应变问题建立有限元数值模型,通过比较有限元解与极限平衡解,检验该数值模拟的计算精度。基于数值模拟计算结果,分析了地基土强度、边坡角、坡顶距、基底接触条件等因素对临坡地基极限承载力的影响。针对纯黏土,提出临界强度、过渡点的概念,建立了临坡地基土体强度与地基破坏模式的定量对应关系。得出边坡角越小,地基土内摩擦角对于临坡地基极限承载力的影响越明显;边坡角越大,临坡地基极限承载力随坡顶距的增长速度越快;纯黏土的qu/(γB)-c/(γB)曲线由曲线段及直线段构成,分别对应地基整体失稳和局部失稳破坏。     

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。     

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。     

土体结构极限承载力的有限元分析

 在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用 Mohr-Coulomb 匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb 内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

土体结构极限承载力的有限元分析

在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

基于双侧非对称破坏模式的临坡地基承载力极限平衡分析方法

地基极限承载力的分析与计算是临坡基础设计的重要依据。首先,结合临坡条形基础地基工程的特点,通过深入研究其破坏机理,借鉴现有临坡地基破坏模式确定的经验,构建出考虑临坡条形基础地基破坏模式双侧性与非对称性特征的地基合理破坏模式;其次,在上述临坡地基破坏模式研究基础上,引进刚体极限平衡分析方法,导出反映破坏模式双侧性与非对称性以及基础与坡顶距离影响的临坡条形基础地基极限承载力分析模型;然后,采用序列二次规划优化分析方法,解决双侧性与非对称性引起的地基破坏几何模型的不确定性问题,建立临坡条形基础地基极限承载能力的确定方法;最后,采用该文及现有相关研究方法对工程实例进行对比分析,表明文中研究方法的合理性与可行性。     

稳态流下非饱和土地基承载力模型

基于稳态流下吸应力剖面具有明显非线性的特点,在仅考虑竖向稳定渗流条件下,通过补充普朗德尔假定,利用刚体平衡方法,推导普朗德尔滑动面范围内滑动土体稳态流下非饱和土地基的极限承载力计算模型,讨论地下水埋深和比流量变化对地基极限承载力的影响。结果表明:稳态流下非饱和土地基的极限承载力公式考虑了滑动土体内吸应力非线性分布特点对地基极限承载力的影响;当土体内吸应力随深度增加呈现出先增大后减小的特点时,地基极限承载力随地下水位埋深减小呈先减后增的变化趋势;当滑动土体内吸应力随比流量的增大呈现先增后减的趋势时,地基极限承载力呈现先减小再增大的变化趋势。     

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。     

地基承载力的有限元计算及其在桥基中的应用

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用已取得了一定的成果, 但在地基承载力稳定分析中是否适用尚不得而知。本文采用有限元分析软件ANSYS求得了无重土地基的极限承载力, 并与传统的Prandtl解进行了对比, 两者误差在5%以内, 且其滑移线与Prandtl解相近, 说明了采用有限元法求解极限荷载是准确可靠的。文中详细列出了两种方法得到的塑性区和滑移线的异同点。进一步应用于桥基承载力安全系数的计算, 并与经验解进行了比较。     

“边坡-地基”的边坡失稳极限荷载与地基极限承载力研究

为研究"边坡-地基"所存在的地基承载力和边坡失稳问题,考虑不同基础宽度B与坡顶距De,建立了12个"边坡-地基"模型,采用2种解析法和2种有限元法,分析了"边坡-地基"的变形破坏模式,讨论了边坡失稳极限荷载和地基极限承载力。结果表明:"边坡-地基"的破坏模式随荷载的增加发生3种模式的变化;对于"边坡-地基"问题,传统水平地基承载力算法并不适用,且随着坡顶距增大,Saran解与其他解的误差也逐渐增大,基于塑性理论的解析法无法较好地全面考虑边坡对地基的影响问题;基于弹塑性理论的有限元强度折减法和有限元载荷数值试验方法得到的极限荷载基本一致,两者算得的极限荷载可以认为是"边坡-地基"严格意义上的极限承载力。     

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。     

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。     

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...     

基于经典Drucker-Prager破坏准则的岩体滑移线理论

现有的滑移线理论主要求解土体极限承载力、土坡稳定性等问题,在求解岩体的承载力、稳定性的问题时,现有的滑移线理论应用到求解岩体的强度破坏问题中存在诸多的不足。考虑岩体的非线性破坏特性和中主应力的影响,基于经典(D-P)岩石强度准则,引入中主应力参数m,推导适应于岩体的滑移线理论,能更准确地应用到岩石中,并结合算例对推导的公式进行了验证。进而为滑移线法在求解岩质边坡和岩基承载力等岩石破坏问题奠定理论基础。     

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。     

地震作用下黄土边坡震陷破坏的动力离心模型试验研究

为研究黄土边坡地震动响应机制,以兰州地区典型边坡为原型,设计并完成了几何比尺1∶20的原状黄土边坡动力离心模型试验。系统地研究了黄土边坡的地震动力响应特性、黄土边坡的稳定性和震陷变形规律。表明黄土边坡的加速度放大效应随坡高呈非线性增大变化,且在坡体顶部到达最大;边坡坡面的动力放大效应大于坡体内的动力放大效应;边坡断面内坡肩下动力放大效应大于坡中下动力放大效应。强震作用下黄土边坡破坏形式表现为坡顶有明显的震陷下沉,坡顶、坡肩及坡面出现大量的震动裂隙。由于坡肩及破面震陷变形,以及坡体内震动裂缝发展,边坡中下部坡面出现挤出、隆起变形,并向临空面方向产生移动。坡体内震动裂缝发展形成了潜在滑移面,为边坡产生整体滑移提供了条件。     

偏心荷载下双层饱和黏土地基承载特性

在海洋与近海工程中,海洋建筑物地基受到水平荷载、竖向荷载和弯矩荷载的共同作用,地基土体非均质成层分布。因而,复合加载模式下层状地基的极限承载力与破坏机理研究是海洋工程设计的关键问题。针对竖向荷载(V)和弯矩荷载(M)共同作用下双层饱和黏土地基的极限承载力与破坏机理进行有限元分析。土体采用理想弹塑性模型,屈服准则为Mohr-Coulomb准则;基础与地基间假定切向完全黏结、竖向可分离。通过有限元计算,得到双层地基在V-M荷载空间的破坏(极限)荷载包络线,归纳得出地基的破坏模式。计算结果表明,双层地基的破坏包络线随着上层土体的厚度与基础宽度比值、上下土层的抗剪强度指标比值的增大而不断扩大,最终达到一个稳定值;在V-M复合加载条件下,地基可能发生深层整体剪切破坏或浅层局部剪切破坏。