柔性和刚性浅基础的地基承载能力分析

为了研究刚性和柔性加载面下地基的破坏机制和极限承载力,着重对比分析了不考虑土体自重条件下柔性基础、基底完全光滑或完全粗糙的刚性基础的地基,采用关联流动的Mohr-Coulomb内切圆屈服准则,通过增量加载的有限元方法,全程模拟了地基由初始的线弹性状态逐渐过渡到塑性流动的极限破坏状态的过程。通过对这3种基础类型下地基的计算结果的对比分析,并结合国内外模型试验成果,得到如下结论：柔性和刚性浅基础地基在不考虑土体自重的条件下有相近的地基极限承载力,但基底水平面上竖向应力和位移的发展规律、临塑荷载及滑动面有着明显的区别。     

水平加筋地基极限承载力的极限上限分析法

水平加筋是广泛应用的软土地基处理方法之一,而水平加筋地基极限承载力的确定是其地基处理设计的重要依据。因此,首先结合条形基础下水平加筋地基的工程特点,在探讨其承载机制和破坏特点的基础上,考虑破坏间断面上筋材与地基土体的变形协调,构建出反映加筋参数变化影响的可变破坏模式及机动允许速度场;然后,在此基础上,通过重点研究筋材的能量耗散分析方法,并引入上限极限分析理论,建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力分析模型,再引入序列二次规划优化分析理论,建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力确定方法,它能充分反映加筋设计参数对地基破坏模式及承载力的影响;最后,通过试验结果与该方法及现有同类分析模型结果的比较分析,表明了该模型与方法的合理性与可行性。     

复合加载情况下非均质地基上条形基础的极限承载力研究

复合加载情况下精确求解非均质地基上条形基础的极限承载力以及评价影响极限承载力的相关因素,具有很强的工程实用与理论参考价值。基于极限平衡原理,在Mohr-Coulomb破坏准则的基础上,将非均质地基上条形基础极限承载力问题等价为一个边界待定的泛函极值问题。利用变分原理得到与平衡方程相等价的积分约束条件以及相应的欧拉方程与横截条件。引入问题边界条件,利用VC++6.0编制了数值计算程序,求得了复合加载情况下非均质地基破坏时的滑裂面函数与破坏包络曲线。从理论上研究了土体内摩擦角、土体黏聚力、土层强度比与地下水位变化等因素对地基破坏包络曲线的影响。研究结果表明,其解答是地基极限承载力真实解的某一最小上限。     

基于非对称双侧破坏模式的临坡地基承载力上限分析

临坡地基已成为一种广泛的地基形式。针对临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,首先引进双侧破坏模式的研究思路,重点考虑临坡地基基础两侧滑块大小和同一滑块几何形状的双重非对称性特征,构建了临坡条形基础地基非对称双侧破坏模式,为临坡地基承载力分析奠定了坚实基础;然后在此基础上,引进极限上限分析和优化理论,建立了临坡条形基础地基承载力分析的模型与方法,该方法不仅可考虑地基破坏模式,还可考虑基础与坡顶距离对临坡地基承载力的影响,而且还可较好地蜕化为平地地基承载力的分析;最后通过工程实例计算,并与现有相关分析方法进行对比分析,表明该方法的可行性与合理性以及普遍适用性。     

条形荷载下不排水土坡破坏模式判定及极限承载力估算

为了确定边坡放置地基的极限承载力,采用弹-理想塑性有限元,分析了不排水土坡(u=0)的坡肩上放置条形基础的地基极限承载力。结果表明,不排水土坡地基极限承载力仍可沿用Terzaghi水平地基极限承载力计算公式qu=cuNc。不考虑重度条件下,土坡地基的破坏模式类似于水平地基破坏模式,承载力系数Nc与极限分析法计算的结果一致;考虑重度条件下,可用土坡实际状态的Taylor数与其极限状态的Taylor数的差值N作为判别指标,当该值较小时将发生边坡破坏模式,较大时发生地基破坏模式,找出了两种破坏模式的N分界点,确定了Nc与N的关系,建立起坡肩作用条形荷载下不排水土坡极限承载力计算公式。     

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析

临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

空洞上方浅基础地基破坏模式与极限承载力分析

利用极限分析上限法求解地基极限承载力问题的关键在于构造合适的破坏模式。当地基下方存在空洞时,地基的破坏模式变得相当复杂。通过分析空洞存在时地基的受力特点及破坏形态,将地基破坏范围划分成为不同的刚性区和过渡区,构造了空洞上方条形基础地基的破坏模式。利用上限法,建立与破坏模式对应的速度场,推导了破坏模式不同区域内的耗散功率和外力功率,得到地基极限承载力的目标函数,并采用数学优化方法进行求解,获得了极限承载力的上限解。通过算例分析,讨论了空洞顶板厚度、空洞大小与地基极限承载力的关系,并与无空洞条件下地基极限承载力进行对比分析。结果表明,随着空洞顶板厚度增加,地基极限承载力增加,破坏模式也由地基与空洞之间扩散到地基两侧;空洞顶板厚度存在临界值,当超过此临界值时,空洞对地基极限承载力的影响可忽略。     

各向异性和非均质黏土粗糙地基承载力上限计算

通过构建一种网格状多刚性块破坏机制,利用上限法研究了黏土地基各向异性和非均质对粗糙条形基础地基承载力的影响。该破坏机制允许滑动面和速度矢量沿破坏区域过渡区的径向和切向发生变化,形成了更为精确的破坏机制和塑性流动速度场。根据上限定理得到各向异性和非均质性黏土上条形基础极限承载力的目标函数,将其转化为非线性规划问题,并通过编程对该计算模型进行求解。与已有研究成果对比分析表明,两者具有较好一致性,且优于现有同类方法。文中亦探讨了黏土地基非均质、各向异性以及其他相关参数对地基承载力的影响。     

刚-柔性桩复合地基变形特性有限元分析

在现场试验基础上对条形基础下刚-柔性桩复合地基进行有限元模拟分析。着重讨论了褥垫层、承台、刚性桩、柔性桩等的参数变化对刚-柔性桩复合地基沉降特性的影响。结果表明,复合地基沉降随着褥垫层厚度减小而减小,随着褥垫层模量增加而减小,承台厚度增加有利于减少差异沉降,刚性桩是控制沉降的主要构件,柔性桩桩长增加可以减少差异沉降。分析结果为刚-柔性桩复合地基的优化设计提供理论基础。     

Centrifuge study on behavior of rigid pile composite foundation under embankment in soft soil

The rigid pile composite foundation is widely used in highway projects in soft soil area as it can effectively increase the bearing capacity and stability of the foundation. While the research on the behavior and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment is not enough, instability failure of rigid pile composite foundation often occurs in practical projects. This paper presents a centrifuge model test to investigate the load transfer mechanism, settlement characteristic and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment. The test results show that: the soil displacement of different region in rigid pile composite foundation was different, obvious vertical displacement occurred in the soil under the center of embankment and the horizontal displacement was very small in this region; both vertical and horizontal displacement occurred in the soil under the shoulder of embankment; and obvious horizontal displacement occurred in the soil under the slope toe of embankment; moreover, ground heave also occurred near the slope toe of embankment. The soil displacement in rigid pile composite foundation had a large influence on the stress characteristic and failure mode of rigid piles, the compressive failure and bending failure would probably occur for the piles under the center and shoulder of the embankment, respectively, and the tension-bending failure would probably occur for the piles under the slope toe of embankment. The different failure modes of piles at different regions should be considered in the design of rigid pile composite foundation under embankment. The test results can be used to improve the design method for rigid pile composite foundation under embankment in practical projects.

     

刚-柔性桩复合地基中桩荷载传递规律试验研究

为了解刚-柔性桩复合地基中刚性桩和柔性桩的荷载传递规律,在温州地区选择了2幢采用刚-柔性桩复合地基的建筑物进行原位试验。试验前在钻孔灌注桩桩身埋设了钢筋应力计,在水泥搅拌桩桩身埋设了振弦式应变计,在建筑物施工过程中同步检测传感器的变化情况。试验结果表明,不同部位及不同类型桩荷载传递规律不同,中部刚性桩摩阻力相对于边部刚性桩重心下降,刚性桩荷载传递长度大于柔性桩。无褥垫层刚-柔性桩复合地基中部刚性桩在层数低时会出现负摩阻力,有褥垫层刚-柔性桩复合地基中在施工期间始终存在负摩阻力。中部桩端承力要高于边部桩端承力。     

刚性桩复合地基水平承载力特性

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了刚性桩复合地基在不同垂直荷载作用下的水平承载力特性,分析了不同褥垫层厚度及其地基土的性质对复合地基水平受力特性的影响,得出了水平荷载作用下桩身弯矩和挠度的分布规律。研究表 明,垂直荷载的大小改变了复合地基水平荷载作用下的破坏模式,直接影响着其水平承载力;适当的垫层厚度可降低桩所分担的水平荷载,有利于桩身的安全。     

基于柔性承载板载荷试验的土抗剪强度参数反演研究

传统的刚性承载板载荷试验(PLT)主要确定地基的承载力,不能用来反演土的抗剪强度参数c、 。通过刚性承载板下加装气囊,研制出一种适用于载荷试验的柔性承载板,两个电感式位移传感器分别布置于板内边缘处,用于测量该处气囊厚度变化量 。用柔性承载板开展载荷试验时板底压力P均匀分布,同时在柔性承载板一侧采用柔性水压板施加恒定的均匀地表荷载,根据两条 曲线变化规律得出2个临塑荷载,将临塑荷载与地表荷载值代入理论公式反演出c、 。分别采用黏性土和干砂开展室内载荷试验,证明了该反演方法的可行性,通过分析认为该反演方法具有适用性和先进性。     

PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究

铁路相对于公路对承载力和沉降控制都提出了更高的要求。现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）技术首次在南京南站联络线铁路工程中应用,为了研究PCC桩加固铁路路基的工作特性,开展了PCC桩加固铁路软土地基的现场检测与监测试验研究。现场检测包含静载试验、低应变检测和开挖检测。现场监测内容为：桩土应力、地基和路堤水平位移、表面沉降、分层沉降、土工格栅张力、孔隙水压力等。质量检测结果表明,PCC桩施工质量良好,承载力达到铁路地基设计要求。现场监测表明,地基沉降在填土结束后3个月稳定,最大水平位移为13 mm,路基沉降稳定快,水平位移小,路堤稳定性高,能满足铁路严格控制沉降和快速施工的要求。研究成果对PCC桩复合地基加固铁路地基的设计和应用提供了依据。     

复合加载下软基上半圆堤结构稳定性分析

半圆堤是适用于软土地基的一种轻型重力式的新型防波堤结构,复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性计算和结构破坏模式尚需建立合理的分析和计算方法。将加载模式与软基上大型海岸结构稳定性分析的有限元模拟方法相结合,同时考虑半圆堤在不同荷载组合时可能发生沿底板或抛石基床底部的滑动破坏及地基竖向承载力破坏,建立了复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性分析方法,得出了结构的稳定性破坏模式和破坏包络线（面）,并分析了箱内填砂量、抛石基床宽度及地基加固深度对半圆堤稳定性的影响。计算结果表明：半圆堤结构在复合荷载作用的破坏包络线（面）均由一定区域的结构滑移破坏面和地基承载力破坏线（面）组成,并将整个荷载组合区分成4个区域：稳定区、只发生滑移破坏区、只发生地基承载力破坏区和同时发生滑移和地基承载力破坏区;荷载与位移组合加载模式得到的地基承载力破坏包络线位于Swipe加载方式得到的破坏包络线之外,但对每种加载方式得到的地基承载力破坏包络线变化趋势基本一致;随着箱内填砂高度的增加沿沉箱底部和抛石基床底部的抗滑安全系数均增加,但地基承载力安全系数减小;随着抛石基床宽度或地基加固深度的增加,地基承载力安全系数明显增大。