浅基础设计计算新法

本文通过对浅基础底面尺寸设计进行进一步理论推导，提出弯矩应力系数的概念，进而导出矩形基础的地基承载能力与地基土参数、基底尺寸和基础埋深的公式，公式给出了浅基础地基承载力与地基土参数、基础尺寸、基础荷载和埋深的函数关系。从而能很好地通过地基土内摩擦角和内聚力的数据对基础进行深、宽设计调整，以便设计人员较好地理解这一问题的实质，能够快速准确地求出合理的底面尺寸与选用合理的基础埋深。     

非饱和土条形地基太沙基极限承载力三剪统一解

基于三剪统一强度准则和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,考虑中间主应力效应、材料拉压不等特性和强度准则差异的影响,建立了非饱和土抗剪强度三剪统一解,并在此基础上推导了非饱和土条形地基太沙基极限承载力的计算公式。通过可行性分析及算例论证,验证了所推公式的正确性,探讨了中间主应力效应、强度准则、基质吸力、有效内摩擦角和有效黏聚力等参数对非饱和土条形地基极限承载力的影响规律。研究结果表明:中间主应力效应和强度准则对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有显著影响,中间主应力效应越显著,极限承载力越高,说明考虑中间主应力效应可以更加充分发挥材料的强度潜能,也说明强度准则差异对地基极限承载力的预测具有重要作用。基质吸力对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有双重影响:在低基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大线性提高;当基质吸力增大到进气值时,极限承载力达到峰值;在高基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大逐渐降低,最终趋于稳定。非饱和土条形地基太沙基极限承载力随有效内摩擦角和有效黏聚力的增大显著提高。非饱和土太沙基极限承载力三剪统一解包含了多种屈服准则下地基承载力的计算公式,具有较广泛的适用性,可为实际工程应用提供参考。     

条形基础加筋砂土地基极限承载力计算

基于传统的极限平衡条分法,利用临界滑动场法计算了条形基础的加筋地基极限承载力。假定土体处于极限平衡状态时,土体与筋材间存在均匀的摩擦力,通过建立土体条块极限平衡方程,推导了地基承载力的递推关系式。首先,设定计算土体范围,并划分条块和离散状态点;其次,根据递推公式计算各个状态点的参数,并搜索临界滑面;最后,根据搜索出的滑面计算地基承载力。通过实例比较进一步验证了计算结果的可靠性,并分析了首层筋带埋深、铺设层数和长度对地基承载力和滑面位置的影响。研究结果表明：地基承载力随着筋带埋深的增加先增大后减小;随着层数和长度的增加先逐渐增大,最后趋于稳定;滑面位置的变化规律主要是垂直影响深度和水平影响范围增大或减小。该方法原理简单、易于编程,为条形基础加筋地基承载力的计算提供了一种新思路,是临界滑动场法在地基承载力计算中的推广应用。     

软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析

山区沟谷软土地基上高填方刚性涵洞的应用较为广泛,然而,现有的计算理论对该类条件下涵洞地基承载力的认识还不够充分,对地基承载力提出过高的要求,反而为结构带来了不利影响。通过数值模拟和试验手段对涵洞的地基承载力进行深入分析。探讨基础埋深、宽度及软土固结对涵洞地基承载力的影响。研究表明,当基础埋深系数 5时,涵洞地基承载力特征值随着基础埋深的增大近似线性增加,当 5时,基础埋深对地基承载力特征值影响逐渐减小;但基础宽度对软土地基上刚性涵洞地基承载力特征值的影响甚小,实际工程中可不予考虑。此外,试验结果表明,固结度和固结压力对软土的黏聚力和内摩擦角有复合影响,固结度较大时,黏聚力和内摩擦角随固结压力的增大而明显增大。固结度和固结压力对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响要大。高填方涵洞地基极限承载力随着软土固结度的增大而提高,当固结度达到90%时,地基极限承载力通常可提高36%以上;地基极限承载力随固结压力的增加呈非线性增大,其提高的幅度逐渐减小。     

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。     

关于地基承载力的探讨

以土质地基为研究对象 ,结合载荷试验 p s曲线 ,应用土体的极限平衡理论 ,对地基土的变形性状、地基土承载力以及承载力修正等问题进行了分析。分析结果显示 :地基土承载力不单是地基土抗剪强度指标的函数 ,同时还与作用其上的基础埋深及基础宽度等因素密切相关。进行地基基础设计时 ,应根据实际的基础埋深与宽度对勘察资料中的地基土承载力进行修正 ,并提出了有关承载力修正的建议     

粗糙条形基础极限承载力系数N_γ的计算

假定土体为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想刚塑性体,利用滑移线理论求解粗糙条形基础极限承载力。采用有限差分方法并结合边界条件对承载力进行数值计算,进而得到非叠加假定下地基承载力系数N_γ。计算公式表明,N_γ不仅与土的内摩擦角φ有关,还与无量纲系数F有关,当φ和F为定值时,N_γ即为定值。将N_γ的数值与现有学者的解答进行了对比发现,学者采用的不同假定是导致结果与精确解产生误差的主要原因;计算了不同φ和F取值对应的N_γ,并与朱大勇等的计算结果进行了对比分析。最后,根据数值计算结果提出了N_γ的两个拟合公式,分析了拟合公式与数值解之间的误差。计算结果表明,采用拟合公式的计算结果与精确解接近,具有较好的应用价值。     

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。     

浅埋隧道掌子面稳定性二维自适应上限有限元分析

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型,以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题,从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题,展开多参数条件下的自适应上限有限元计算,分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系,列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解,揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。     

基于Hill稳定条件的条形锚板抗拔承载力研究

基于虚功原理的Hill稳定条件可较为明确地判定岩土材料的局部稳定性和整体稳定性：当地基系统的局部二阶功小于0时,材料点局部潜在失稳;当地基的整体二阶功小于0时,地基系统达到极限状态,整体潜在失稳。对ABAQUS进行了二次开发,使Hill稳定条件与有限元法相结合,求解胶结钙质土地基中条形锚板的抗拔承载力。研究结果表明,对于条形锚板在摩擦型岩土材料中的抗拔承载力问题,采用有限元方法结合Hill稳定条件,能较好地预测地基失稳范围和潜在失稳区域,失稳判据明确,易于确定极限荷载,并能较为准确地描述锚板的承载力系数及其随埋深的变化规律。利用有限元法结合Hill稳定条件求解承载力问题的思路和方法是有效和可行的,有明确的物理意义和力学理论基础,应用方便,值得进一步研究、推广并应用于较为复杂的岩土工程问题。     

输电线路掏挖基础极限上拔承载力变分解法

针对输电线路掏挖基础极限上拔承载力问题,根据塑性极限平衡原理,假设基础周围土体发生整体剪切破坏并服从Mohr-Coulomb破坏准则,建立静力学平衡方程式,并结合变分法原理求解不同加载条件下基础的极限抗拔力。通过变参数计算,分析土体强度及基础埋深比对中心上拔、偏心上拔及倾斜上拔时基础极限上拔力的影响。经归一化处理,分别给出水平力和弯矩存在对基础抗拔力折减的影响系数。当归一化弯矩与上拔力比值Nm 0.4时,? m减小速度放缓。相对于内摩擦角,黏聚力变化对? m的影响更明显。水平力影响系数? h同时受到土体内摩擦角、黏聚力以及基础埋深比的共同影响,规范建议值较变分解法的计算结果偏大。通过与规范公式法计算结果及试验结果进行对比,验证了所提方法的合理性和准确性。研究结果为偏心上拔及高露头基础顶部作用水平荷载时基础抗拔承载力的计算提供参考。     

关于偏心荷载下地基承载力的验算方法

针对偏心荷载作用下的地基承载力验算,以条形基础为例,介绍了Meyerhof提出的考虑荷载偏心的地基承载力计算方法,并通过与有限元上下限极限分析这一极限荷载精细数值计算方法的比较验证了其正确性和准确性。所考虑的地基既包括排水条件下的一般地基,也包括不排水强度随深度近似线性增大的饱和黏性土地基。依据有关机理深入分析了基础埋深对偏心荷载下地基承载力计算精度的影响,明确了可以考虑基础埋深有利作用的偏心距上限。进而采用本课题组所提出计算地基承载力的改进公式,通过计算并结合理论分析比较了国内规范验算方法与按Meyerhof方法的验算,表明采用后一方法更为合理。     

砂-黏土双层地基极限承载力的数值研究

在实际工程中,常见天然的或通过人工换填形成的上部砂土、下部黏土的层状地基,目前关于这种双层地基极限承载力和破坏机制研究还不够深入。通过有限差分法建立双层地基数值模型,分析基底粗糙程度、砂土剪胀角和超载对地基破坏模式及极限承载力的影响,并根据有限差分法计算结果对强度加权平均法、应力扩散法和冲剪破坏法等现有实用计算方法的估算正确性进行评价。研究结果表明,基底粗糙程度对极限承载力的影响随着砂土内摩擦角的增大而减小;当剪胀角较小时,剪胀角变化对承载力的影响更为明显;当下层黏土强度较小时,超载的作用更明显。强度加权平均法由于低估破坏面影响深度导致砂土层权重较大,计算结果偏大;应力扩散法忽略了砂土剪切强度,在砂土层较厚时出现低估;冲剪破坏法由于可较为精确地计算砂土破坏面上抗剪强度和被动土压力,是3种实用方法中计算最准确的,当砂土厚度和黏土强度较大时,建议按太沙基经验公式对下卧黏土进行局部剪切破坏修正后确定极限承载力。     

沉井下沉过程刃脚的极限土阻力分析

考虑刃脚形状和切土深度,建立沉井下沉过程中极限土阻力的近似计算模型。基于Prandtl问题的滑移线场理论,建立考虑刃脚切土深度和刃脚形状的近似滑移线场,并导出平面应变和圆形沉井轴对称问题极限承载力系数的计算公式。对于平面应变问题,承载力系数Nγ等于两部分之和,即不考虑切土深度时刃脚踏面和考虑切土深度时刃脚内侧倾斜面对承载力的贡献,前者及其他两个承载力系数（黏聚力和超载项）与不考虑刃脚切土深度由Prandtl承载力机制所得的结果相同。刃脚的切土深度、踏面宽度和倾斜角是影响极限土阻力的重要因素,忽略刃脚切土深度及其范围内刃脚倾斜面与土的作用将导致极限土阻力的计算值明显偏小。分析结果表明,承载力系数随刃脚切土深度和刃脚倾斜角的增加而显著增大;若土体强度较高,刃脚倾斜角的大小对极限土阻力的影响更加显著。     

Bearing Capacity of Embedded Strip Footings on Cohesionless Soil Under Vertical and Horizontal Loads

In the last decades a few attention was given to the evaluation of the bearing capacity of embedded footing under inclined loads on a frictional soil. This paper focuses on a numerical study using the finite-difference code Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC), to evaluate the bearing capacity of embedded strip footing on a frictional soil. The soil is modeled by an elasto-plastic model with a Mohr–Coulomb yield criterion and associative flow rule; the effect of non-associativity of the soil on the bearing capacity is also investigated. The effect of the embedment is estimated though a depth factor, defined as a ratio of the bearing capacity of a strip footing at a depth D to that of a strip footing at the ground surface. The inclination effect is estimated by inclination factors, defined as the ratio of the limit vertical load for a footing under inclined loading to that of the vertically loaded footing. Both swipe and probe analyses were carried out to identify the vertical force–horizontal force (V–H) failure envelope. The results have been compared with those available in the literature.     

风积沙地基斜柱基础上拔水平力组合荷载试验

对不同埋深、不同底板宽度和不同露头高度的风积沙地基斜柱式扩展基础,在上拔与水平力组合荷载作用下的承载变形特性、基础底板与风积沙地基之间的接触压力变化规律开展现场试验研究。结果表明,由于风积沙地基的散体结构特性,上拔与水平力组合荷载作用下斜柱式扩展基础的强度机理可概括为：风积沙地基被压缩挤密－塑性区出现和发展－整体上拔破坏的渐进破坏过程,地基破裂面具有不对称性。水平荷载大小、深宽比及嵌固程度是决定斜柱式扩展基础抗拔承载力的重要因素,增加基础深宽比及嵌固程度可有效提高基础稳定性。     

深厚软土地基上充灌袋围埝下沉计算研究

采用大型充灌袋在深厚软土地基上建造围埝具有节约材料、降低造价、方便施工等优势,因此,在围海造陆中得到了广泛地应用。软弱地基由于承载力不足,且常处于流塑状态,故充灌袋围埝建造时会挤出淤泥而沉入软土中。随着下沉深度增加,围埝两侧的边载也随之增加,围埝基底也逐渐落在承载力较高的土层上,当围埝的重量与地基承载力相等时,围埝停止下沉,达到极限平衡状态。确定围埝达到设计标高时的下沉深度和充灌袋的用量是充灌袋围埝设计的核心问题。利用土体极限平衡理论并考虑隆起淤泥对承载力的影响,推导出充灌袋围埝挤淤深度的计算公式,并通过挤淤的模型试验和现场工程的监测数据来验证公式的合理性和适用性。此研究成果可供充灌袋围埝挤淤深度的设计及相关工程以参考。     

基于上限法的条形锚板抗拔承载力分析

以极限分析上限理论为基础,利用旋转块体集的组合来构造条形锚板的运动许可速度场。分析了不排水黏土中深埋和浅埋条形锚板的抗拔承载力上限解,研究了锚板在不同埋置倾角和深度条件下的抗拔承载力和破坏面的特性,并将计算结果与已有计算方法进行了对比。分析结果表明：在不排水黏土中深埋条形锚板抗拔承载力与锚板的埋置方位和锚板的粗糙度无关,但完全光滑条件下破坏面扇圆部分的半径只有完全粗糙条件下的一半;在考虑无重土情况下浅埋条形锚板的抗拔承载力系数随锚板埋深比的增大而增大,破坏面也随埋深比的增加而逐渐扩大。所得上限解与已有文献解答较为吻合,而且求解所得破坏面更为直观,能为工程设计提供参考依据。