矩形浅基础地基极限承载力的理论解

对于非条形浅基础的承载力的求解,目前国内外学者均采用分步单独考虑地基自重影响的求解方法。为求解矩形浅基础地基极限承载力的理论解,首先假定三维地基滑动面,同时考虑黏聚力、超载和土的自重的耦合影响作用,然后在均布荷载作用下根据极限平衡理论,由塑性体的静力平衡条件得到地基承载力计算公式,最后对影响结果的各参数进行了讨论,得出一些有益的结论;通过算例将文中计算公式与几个典型公式计算结果进行了对比分析。验证了文中公式的实用性。     

极限荷载作用下临近基坑c-φ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-φ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。     

一种沟灌累积入渗量简化计算方法

为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ的影响,并建立了系数γ与主要影响因素间的函数关系式,提出了沟灌累积入渗量简化计算方法.结果表明,土壤初始含水率、沟底宽和边坡系数对沟灌边界效应的影响较小,而入渗水深、土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著;拟合系数γ主要与入渗水深的变化有关,随入渗水深的增大呈现减小趋势,但对初始含水率、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素变化的敏感性较低,可忽略其影响;建立了估算拟合系数γ的计算式,结合已有文献资料对其可靠性进行了验证,结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内,其沟灌累积入渗量计算值与实测值和HYDRUS软件模拟值具有高的一致性,说明文中所建公式估算拟合系数γ值可靠.研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提供理论依据和技术支撑.     

临坡地基承载力极限分析上限有限元数值模拟

与水平地面地基土体的对称破坏模式不同,临坡地基土体随不同工况呈现较明显的多种破坏模式。基于上限分析有限元技术,通过对临坡地基土建模,得到非线性上限规划模型,采用可行弧内点算法对其进行求解。将计算结果转换成相应的速度场和能量耗散图,并与文献结果进行对比分析。分析结果表明,上限有限元法能够较清楚地模拟出临坡地基破坏的几种模式,并得到合理解。通过把临坡地基承载力转为Terzaghi建议的分项系数叠加形式,对分项系数N_c、N_γ、N_q的变化规律进行讨论,发现N_c和N_q变化趋势基本符合现有的单调变化规律,但对于N_γ而言,由于破坏模式改变造成了破坏体体积变化,得到N_γ发生非单调改变的变化规律。以临坡基础完全不受斜坡影响的距离α_0/B作为绝对安全距离,并给出部分计算图表,为斜坡地基设计提供参考。     

条块间作用力倾角的假定及其对条分法计算结果的影响

以猴子石滑坡为例, 利用数值模拟方法, 计算了滑坡条块间作用力倾角.对比分析了半精确条分法中传递系数法、罗厄法、美国陆军工程师团法、简化的简布法及实用递推法所确定的条块间作用力倾角与数值模拟值计算结果的差别.讨论了半精确条分法关于条块间作用力倾角的假定对滑坡稳定系数计算精度的影响, 并与精确条分法的计算结果和基于数值模拟值的条块间作用力倾角所计算的力的平衡条件下的稳定系数进行了比较.详细论证了现行主要半精确条分法的精度与适用性.      

非均质地基承载力及破坏模式的FLAC数值分析

利用基于Lagrangian显式差分的FLAC算法，通过数值计算，对黏结力随深度线性增长的非均质地基上条形基础和圆形基础的极限承载力及地基破坏模式进行了对比计算与系统分析。研究表明：（1）随着地基黏结力沿深度非均匀变化系数的增大，地基的破坏范围逐渐集中在地基表层和基础两侧：（2）即使地基的非均质程度较小，当将非均质地基近似地按均质地基考虑时，由此所估算的承载力可能过于保守；（3）地基承载力系数随黏结力沿深度非均匀变化系数的增大而非线性地增大。与数值解相比，skempton与Peck等近似公式均可能高估了非均质地基承载力。     

土工极限平衡问题的非线性有限元数值分析

考虑非关联流动法则,采用几类低阶单元对条形基础下地基的极限承载力进行了二维有限元数值分析.计算表明,基于四节点四边形等参单元的有限元分析结果能够较好地吻合Prandtl理论解,且能保证数值计算的稳定性.同时,基于Mohr-Coulomb破坏准则和强度折减方法,对于边坡稳定性进行了有限元计算,建议采用无量纲位移Eδmax/γH2随强度折减系数变化的关系曲线上位移陡然增大时所对应的强度折减系数作为边坡的稳定安全系数,克服了当前强度折减有限元数值计算中关于收敛标准确定的人为不确定性,即使采用四节点四边形单元也能够保证数值解的良好收敛性.     

基于Hoek-Brown非线性破坏准则的软岩地基极限承载力数值模拟

基于有限差分分析（FLAC）的软质岩石地基承载力数值计算模型,分析中将软质岩石地基视为均质、各向同性的连续介质,采用理想线性弹塑性本构关系模拟和Hoek-Brown非线性破坏准则及非关联流动法则。为便于数值模拟,采用切线法,把Hoek-Brown非线性破坏准则转换成Mohr-Coulomb线性破坏准则,并依据等量原则推导了瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力的计算公式,编制了基于FLAC内置FISH语言的子程序。通过施加竖向速度向量,分别获得了圆形基础下考虑和忽略岩体自重的极限承载力。与理论值和现场载荷板承载力试验结果进行的对比分析表明,Hoek-Brown解结果比Bell解结果更接近实测值,但都偏于保守,而数值计算结果与实测值非常接近,特别是在考虑自重的情况下,误差仅为2%。说明对于软质岩石地基的极限承载力,采用基于Hoek-Brown非线性破坏准则的FLAC数值模型进行分析是合适的。     

砂性土中自平衡试验转换系数取值研究

自平衡法测试基桩抗压承载力时转换系数取值的合理性直接影响到检测结论的准确性。为确定砂性土中转换系数?的准确性,选取3个工程,主要土层均为砂性土,同一场地均进行了自平衡法和传统静载试验。每个工程中选取自平衡检测的基桩与传统静载的基桩为对比组,其地质条件、施工工艺、桩的几何尺寸、桩顶和桩底高相近或一致,以传统静载法测得结果为基准,采用Matlab编程对自平衡法测得等效荷载-位移曲线进行拟合,得出与传统静载法结果拟合度最佳的? 取值。将? 的拟合值和? = 0.6、0.7和? 原工程取值分别得到的等效位移荷载曲线与传统静载试验结果进行对比。结果表明,（1）3个工程中所得转换系数γ拟合值取值范围在0.42～0.71之间,与原工程中采用的γ值相比均偏小;（2）? 取值对等效受压桩上段桩总摩阻力和弹性压缩量的影响很大;（3）采用转换系数γ拟合值计算的等效转换曲线与原工程中采用的? 值相比更接近传统静载法所得结果,表明3个工程中? 的取值均过大,导致所测极限承载力过于保守;（4）砂性土中自平衡转换系数建议取值为0.6～0.7左右。     

考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究

传统土拱效应理论是基于松动区内土体应力均匀分布这一基本假定建立的,然而由于松动区内部主应力轴偏转的影响,实际情况下松动区内部的土体应力分布往往是非均匀的。针对这一情况,在太沙基松动土压力分析模型的基础上,通过假定3种不同形状的大主应力轨迹线,考虑了松动区内应力分布形式对松动土压力的影响,对传统太沙基松动土压力公式进行了修正,并与离散元数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明：当土体达到极限平衡状态时,松动区内部竖向应力与水平向应力分别呈上凹式分布和上凸式分布,松动区中轴线上侧向土压力系数等于被动土压力系数;采用不同形状的大主应力轨迹线进行计算所得应力分布之间的差异在10%以内,且均与离散元数值模拟结果吻合良好,从而验证了修正解的有效性。为计算方便起见,推荐相关工程中采用圆弧形大主应力轨迹线假定进行计算。     

塑料排水板处理地基非线性固结计算研究

针对目前国内外竖井地基非线性固结计算大多均采用近似等效法求解的不足,根据软土固结理论及数学理论推导,基于塑料排水板椭圆柱假定,推导了考虑地基土水平渗透系数、压缩模量随固结过程非线性变化影响下的排水板处理地基非线性固结控制方程,并利用数学中非线性微分方程理论,给出了非线性固结解析解。通过与Indraratna等非线性固结近似解对比分析,认为理想井下预压荷载越大（Nu越大）,则Indraratna等近似法成果误差越大;且在Cc/Ck = 1.8、Nu = 5时Indraratna等近似解与该理想井非线性固结精确解析解误差高达16%,而解析解与精确数值解基本一致。最后通过Indraratna等典型工程案例验证分析,认为所得理论更符合工程实际,具有较好的工程应用价值。     

岩溶区地基极限承载力上限有限元数值模拟分析

岩溶区基础下伏空洞时,其地基承载力计算变得十分复杂。为考虑多种因素对地基承载力的影响,基于上限分析有限元法对岩溶区地基极限承载力进行数值模拟分析。首先,提出合理的计算假定简化,建立可考虑多因素影响的地基计算模型;其次,利用Matlab平台编制上限分析有限元程序,对地基承载力作数值计算,得到各种工况的地基极限承载力上限解,并绘制相应的分析图表;再次,分析地下空洞埋置深度、洞径和岩土体内摩擦角对地基极限承载力的影响规律;最后,通过算例分析验证本文方法的合理性。研究结果表明:地基极限承载力随D/B(径宽比)增大而减小,随H/B(深宽比)和φ增大而增大,且φ值越大H/B和D/B对地基极限承载力影响越显著;岩溶区地层中空洞存在一个影响地基极限承载力的临界埋置深度,该临界埋置深度受D/B和φ影响。     

基于黏性土分形特征的毛细水上升高度研究

对于单个毛管而言,毛细水上升高度仅与毛管截面周长和面积的比值有关,而毛管截面周长及面积的比值即为毛管的比表面积。文章根据土体有效孔隙比表面积与毛管比表面积相等的原则,假定土体为理想毛管模型,并通过水在单个毛管中的上升运动规律推导出土体内毛细水上升高度预测公式。然后将本文公式预测结果、海森公式预测结果与实测结果进行了对比分析,结果表明,海森公式计算结果误差均大于10 cm,而本文公式计算结果误差均小于10 cm,且误差在工程允许范围之内。故本文推导的毛细水上升高度预测公式较海森公式误差小,具有一定的实际应用价值。     

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。     

电性源瞬变电磁响应计算中的误差研究

电偶源瞬变电磁测深具有工作效率高,对地电断面分辨能力强的特点,越来越受到地球物理学家的关注。但在电偶源测深时直接将具有一定长度的接地导线看作偶极子源会带来一定的计算偏差,影响了探测精度。偶极子响应近似解与精确解存在一定的误差,这里分析这些近似可能带来的计算误差。时域与频域的转换过程在目前的数值计算手段下还无法做到完全的无误差,通过均匀半空间下的场值响应解析解和采用目前常用的线性数字滤波方法计算的均匀半空间的场值响应进行对比,分析使用数值计算方法计算层状介质场值响应可能存在的计算误差。同时,在常规电偶源测深时,往往采用远区场计算公式,以满足偶极子近似的条件。远区场公式的推导过程中存在着幂级数展开的近似,通过对各展开项的分析,指出该近似过程可能得到的计算误差,最后,针对各种计算误差的存在,提出了新的研究方向和思路。     

汉克尔变换的数值计算与精度的对比

汉克尔变换的数值解法是计算电磁测深正演理论曲线的有效工具。对基于数字滤波法的快速汉克尔变换算法进行了公式推导,并用Guptasama和Singh给出的线性滤波系数进行了计算,对比分析了该数值算法与理论解析式的误差分布特点。结果表明,该数值算法的计算结果连续一致逼近其理论值,且不存在振荡现象,计算精度高,在数值模拟研究中具有较大的实用价值。     

某工程静压预制桩终止压桩力与极限承载力关系研究

首先选择两种拟合模型对该小区3根静载试验已达极限承载力状态桩的试验曲线进行了拟合与预测误差分析,分析结果表明选择指数曲线预测模型更加符合该小区桩的承载力性状。然后采用指数曲线预测模型对该小区其它19根未达极限状态的试验和检测桩进行了拟合与预测,并建立了预测极限承载力、终止压力和桩长细比的关系公式,该极限承载力预测公式可以用于桩基施工时的承载力预测。     

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.     

饱和黏土中抗拔桩上限承载力分析及土塞效应

构造了抗拔桩上限分析机构,对饱和黏土中闭口桩与开口管桩抗拔承载力进行了上限计算,通过与弹塑性有限元、下限法及API方法进行对比说明了其合理性,并与实测资料对比验证了此方法的可靠性。研究了长径比、桩壁粗糙程度、土体强度非均匀性和土塞高度对抗拔承载力的影响,拟合出了闭口桩的抗拔净承载力预测公式。主要结果表明：对于闭口桩,归一化的抗拔净承载系数和单桩长径比之间近似呈线性关系。对于开口管桩,开口管桩抗拔净承载力系数与闭口桩抗拔净承载力系数的比值随长径比的增大有增大的趋势;管桩抗拔净承载力系数随着土塞高度的增加而增加,土塞对管桩的抗拔承载力有不可忽略的影响。     

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.