极限荷载作用下临近基坑c-ψ土地基的破坏模式

与地面水平时地基土体的对称破坏模式不同,临近基坑(边坡)地基土体的破坏模式呈现明显的非对称性.利用FLAC-3D数值模拟技术,研究了在竖向极限荷载作用下临近基坑c-ψ土地基不同工况时的破坏模式,得出了与J.Graham所假设的边坡附近无黏性土地基破坏模式相一致的结论.最后将数值模拟结果与大尺寸模型试验数据以及J.Graham的基于应力特征线法的非对称滑动破坏模式的地基承载力理论解进行了分析对比.结果表明,采用叠加计算方法得到的承载力系数Nγq偏于安全.     

极限荷载作用下临近基坑c-土地基的破坏模式

与地面水平时地基土体的对称破坏模式不同,临近基坑（边坡）地基土体的破坏模式呈现明显的非对称性.利用FLAC-3D数值模拟技术,研究了在竖向极限荷载作用下临近基坑c-ψ土地基不同工况时的破坏模式,得出了与J.Graham所假设的边坡附近无黏性土地基破坏模式相一致的结论.最后将数值模拟结果与大尺寸模型试验数据以及J.Graham的基于应力特征线法的非对称滑动破坏模式的地基承载力理论解进行了分析对比.结果表明,采用叠加计算方法得到的承载力系数Nγq偏于安全.     

临近边坡的条形基础地基极限承载力数值分析

建筑物或构筑物基础临近边坡置放的情况在实际工程中十分普遍,但目前对于临近边坡基础的地基承载力及破坏模式尚缺乏深入研究。采用不连续布局优化（DLO）极限分析法建立数值模型,分析边坡几何尺寸、土体参数和基础位置对临坡条形基础的极限承载力和边坡破坏模式的影响,并对国内外现行规范推荐的计算方法进行评价。结果表明：极限承载力随边坡高度和边坡倾斜角的增大而减小,当坡高超过临界高度后,极限承载力将不受其影响;极限承载力随土体黏聚力和内摩擦角的增大而提高,滑动面随黏聚力的增大而变浅,随内摩擦角的增大而变深;极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而提高,当基础置放位置超过某临界距离后极限承载力不受边坡影响。在土体强度高、坡角较大时,《建筑地基基础设计规范》规定的临坡基础最小置放距离偏于危险,设计时仍需考虑边坡对承载力的减损作用;在土体强度较低、坡角较小时,规范规定值偏于保守。美国AASHTO规范对边坡地基极限承载力的取值在砂土边坡时较为可靠,但其仅适用于坡面破坏模式的情况;饱和黏土边坡的承载力曲线有悖于理论解,对临界距离的规定同样存在低估。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

临近基坑既有建筑物地基的抗剪强度指标取值问题

基坑开挖不仅改变了半无限空间体边界条件,卸载时还会引起周围地层移动,导致既有建筑物地基承载力的附加损失。在临近基坑既有建筑物地基承载力计算中,其抗剪强度参数的选取有别于斜坡上地基计算参数的常规取值方法。通过探讨临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标的取值问题,建议以地基土的完全软化强度与残余抗剪强度的平均值作为临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标,并据此估算了临近基坑既有建筑物地基承载力。所得结果与斜坡上地基承载力的试验值和理论解对比分析后显示出其具有一定的合理性。所建议的抗剪强度指标取值方法,还有待于试验的进一步验证。     

土体强度各向异性基坑的抗隆起稳定性分析

天然土体通常为非均质、各向异性土体,目前常用的基坑抗隆起计算方法多是针对均质各向同性土体的。采用非均质非线性各向异性岩石破坏准则,考虑土体原生各向异性,假定Prandtl破坏模式,采用地基承载力模式进行基坑的抗隆起稳定性分析。根据滑移线理论计算承载力,利用有限差分法结合边界条件编制出相关计算程序,并定义基坑抗隆起稳定性系数。研究表明,各向异性比的提高会降低安全系数;内摩擦角和插入比的增大可有效提高基坑的稳定性。     

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。     

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。     

含下卧软层地基极限分析数值试验及承载力安全性研究

含下卧软层的地基在工程中比较常见,但目前对其破坏机制和承载力计算还依赖于很多的假设条件和经验。基于极限分析和快速拉格朗日数值模拟方法,对含下卧层地基的加载破坏过程进行应变控制的数值试验。首先用Prandtl的极限承载力解析解验证了数值试验的有效性,然后对一个含下卧层的地基模型按照不同加载尺寸进行加载数值试验,发现模拟结果存在明显的荷载尺寸效应。模拟获得不同荷载条件下的极限承载力以及相应的应力-应变曲线、渐进破坏模式、下卧软层的沉降规律。进一步将下卧层的地基承载力加载安全系数与强度折减系数进行对比,发现折减系数与加载系数随荷载尺寸变化的趋势相同,但前者的数值偏小。     

局部剪切破坏模式下的无重地基承载力

局部剪切破坏是一种常见的地基破坏模式,该破坏模式下的地基承载力理论计算方法尚不完善,对无重地基局部剪切破坏的极限承载力理论进行了研究。首先从破坏时破裂面延伸位置的角度完善了浅基础3种破坏模式的划分标准。对于局部剪切破坏,土体强度并未完全发挥出来,潜在破坏区处于非极限状态,所以将土体强度逐渐发挥的概念引入地基承载力中,通过适当的假设,建立了局部剪切破坏模式下无重介质地基承载力的理论计算方法,并与已有的经典成果进行比较分析,印证了该方法的合理性。研究成果为解决局部剪切破坏模式下地基承载力的计算提供了理论参考。     

强间断分析方法在土工结构物渐进破坏过程中的应用

对于超固结黏土和密实砂土等软化材料或非关联塑性材料组成的地基、边坡及挡土墙墙后土体,在其破坏过程中,会产生应变局部化现象,使得控制方程的类型发生改变,从而导致出现数值解不惟一和解的网格相关性等现象。为了克服这些数值困难,基于强间断分析方法,及单元内嵌不连续面的有限元模型,对地基、土坡、墙后土体的渐进破坏过程进行了数值模拟。计算结果表明,单元内嵌不连续面模型可以有效地模拟土工结构失稳破坏过程,并且能够明显地改善采用常规有限元方法所产生的网格尺寸相关性问题。这一方法可作为传统极限平衡法进行稳定分析、承载力分析的有益补充。     

基坑开挖引起围岩变形破坏过程的数值模拟分析

应用自行开发的岩石破坏过程分析软件F-RFPA2D对澳门某基坑开挖引起围岩及地表变形破坏进行了数值模拟分析,认清了围岩破坏模式及发展全过程,得到了和实际情况基本一致的结果,说明了F-RFPA2D程序做为一种新的数值模拟方法,可以用来研究基坑、边坡开挖引起的围岩破坏过程.     

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。     

无厚度界面单元边坡浅基础极限承载力上限值的数值分析

采用研发的有限单元分析程序,并同时考虑以库仑摩擦界面为组成模式的多段式无厚度界面单元,藉以探讨边坡坡角与坡缘距离对边坡坡顶浅基础极限承载力的影响,并应用于不同几何破坏机制条件,计算边坡基础在凝聚性土体的最小荷载上限值,模拟土体间的滑动破坏趋势与渐进式破坏行为。研究分析内容包含：（1）浅基础位于半无限空间;（2）在不同边坡坡角条件下,浅基础位于坡顶边缘处;（3）在不同边坡坡角条件下,浅基础位于不同坡缘距离等。经由数值计算分析结果显示,坡缘距离值愈小或边坡坡角愈陡峭时,边坡浅基础极限承载力值则愈小。换言之,当浅基础位于坡顶边缘处且坡角为垂直开挖情况时,则导致浅基础极限承载力降低约50 %。     

深基坑开挖与支护模拟仿真分析

运用FLAC3D软件中的Mohr-Coulomb本构模型对北京市某高层住宅楼基坑工程进行了数值模拟分析,对基坑开挖、失稳破坏、边坡支护进行了评价,并对模拟结果与实测结果进行了对比,分析了基坑变形、失稳破坏和支护过程。研究表明,FLAC3D软件中的Mohr-Coulomb本构模型能够方便、准确地模拟基坑开挖、边坡的大位移失稳破坏、边坡的支护过程,其计算结果安全可靠。分析结果也证实了FLAC3D在基坑工程数值模拟方面具有良好的适应性。     

结构性海洋黏土损伤模型的二次开发及应用

原状土的结构性作为21世纪土力学的核心问题,一直以来受到学者们的广泛关注。软黏土的结构性损伤这一力学行为会对海洋结构物基础造成不可忽略的影响。以海底原状土的结构性特征为研究对象,推导了考虑黏土结构性的SANICLAY模型的数值实现格式。通过子增量步显式算法和有限元的二次开发,实现了结构性多屈服面本构模型在有限元方法中的应用。通过与不同应力路径下的三轴试验结果对比,验证了开发的子程序可准确模拟海洋黏土所具有的结构性。基于不同应力路径试验的数值模拟结果,研究了不同固结和剪切条件下土体塑性势面和屈服面的演化规律,揭示了土体固结可降低结构性损伤程度以及剪切过程中土体产生结构性损伤的机制。将二次开发的子程序应用到具体的边值问题中,开展了可考虑土体结构性影响的海上风电筒型基础静承载力研究,揭示了土体结构性对筒型基础的地基破坏模式、峰值承载力和残余承载力的影响;引入残余衰减比来表征土体结构性破坏后筒型基础的残余承载力,并建立了残余衰减比与结构损伤因子之间的关系。     

土钉墙地基承载力问题探讨

土钉墙墙底地基土的承载力验算是土钉墙支护设计的一项重要内容。国内的工程实践中,通常将土钉墙地基承载力与坑底土抗隆起验算合并考虑。针对具体案例,通过Plaxis3D有限元数值模拟,分析研究了土钉墙底部土体发生地基承载力失稳的破坏模式、破坏荷载以及土钉墙墙底应力分布特点等,探讨了依据我国相关规程进行土钉墙坑底隆起或地基承载力计算可能存在的问题。借鉴国外加筋土挡墙地基承载力计算的一般方法,将土钉墙作为荷载倾斜、偏心的刚性基础对待,利用荷载倾斜、偏心条件下传统刚性浅基础的地基承载力的Meyerhof解和Vesic解,对土钉墙地基承载力进行了计算和对比,通过对比发现,Meyerhof解更接近实际,据此,提出了土钉墙地基承载力计算的合理模式。     

膨胀土地基工程地质分析专家系统(ESCES)

在中国南方地区膨胀土地基工程地质研究基础上,概括了国内外知名学者的研究成果,进行了土体结构的工程地质力学分析,归纳成近千条规则,设计并建立了膨胀土地基的专家系统。它包括膨胀土类型鉴别,胀缩特性判定,膨胀恶化预测,地基工程结构选定和基坑边坡稳定性评价等内容。本专家系统在河北、湖北、广西等四个不同地区的工程中得到验证,表明它是解决复杂的膨胀土地基问题及推动膨胀土工程地质研究的一种有效手段。     

考虑土体参数空间变异性的边坡大变形破坏模式研究

边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式（即浅层、中层、深层和渐进）,研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。     

土钉支护现场测试及三维数值模拟分析

在进行土钉轴力和边坡位移测试的基础上 ,进行了土钉支护的三维数值模拟研究 ,对边坡位移、土钉轴力、塑性区分布等分别作了较为深入的探讨 ,认识到土钉与土体相互作用形成了一个完整的支护体系 ;基坑失稳破坏并非传统意义上的土体和土钉的破坏 ,而是土钉支护体系的整体性破坏 ;土钉支护体系的形成正是通过土钉的分担作用、应力传递与扩散作用来实现的 ,这是土钉支护作用的实质.