基于三维破坏面的地基极限承载力计算方法

为确定作用在给定基础形状地基土上的极限承载力,对基底下的土体进行网格划分,先假定一矩形均布荷载作用在此地基土上,运用布氏解的积分公式,结合角点法,编制MATLAB语言程序,求出每个网格结点上的附加应力,进而求得每个网格结点上的主应力,根据破坏准则,由程序找出破坏点的坐标,利用MATLAB的图形处理功能,把破坏点的坐标在坐标图中显示出来。继续加大矩形均布荷载,直至这些破坏点在坐标图中刚好能够形成一个连续的破坏面,此时的矩形均布荷载即为该地基的极限承载力。此方法不仅可以有效地避免地基承载力经验公式中一些不合理的假设带来的误差,更符合实际情况,而且可以直观地了解到地基土的三维破坏面。     

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。     

条形基础极限承载力数值分析

根据塑性力学滑移线理论,推导了条形地基在极限平衡状态下的平衡微分方程,然后利用有限差分法推出地基土在极限状态时的有限差分公式,结合边界条件编制出地基承载力计算程序,该程序求解条形地基极限状态下的滑移线区域及相应的地基极限承载力值时可以考虑基础埋深、地基土重度、土的内摩擦角、基础与地基摩擦等参数。利用程序,得到了土的内摩擦角与地基承载力系数N? 的对应表,并全面讨论了基础埋深、地基土重度、内摩擦角及基础与地基摩擦角等参数对地基承载力和滑移线形状的影响,得到了一些有意义的结论。     

浅基础竖向极限承载力的可靠度分析

结合各种地基土的原始载荷板试验资料,用太沙基理论公式、汉森理论公式和魏西克理论公式进行了浅基础极限承载力的计算,对计算模式的不确定性、土性固有的变异性及由其引起的极限承载力的不确定性等进行了研究;根据以上计算结果,计算了各类地基土承载力的可行度指标;结合上部结构的荷载标准及分项系数,计算了各类地基土承载力的分项系数。     

矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的竖向附加应力系数计算公式

矩形基础受垂直均布荷载作用下,地基土中任一点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除了矩形角点下各点计算较容易外,其余的点计算均较繁琐;矩形基础受垂直三角形分布荷载作用下,矩形基底面积垂直投影范围内地基土中各点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除基底荷载分布为零的边的角点下各点计算较容易外,其余的点计算都很繁琐,而矩形基底面积外的点则无法计算。本文通过推导得出两个公式,借助电脑,能很容易地计算矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的附加应力系数,并通过计算对比,验证了公式是正确的。     

斜坡地基上高填方路堤极限承载力研究

结合山区高速公路建设的实践,采用大型室内模型试验,找出了荷载作用下斜坡地基上高填方路堤滑动破坏面出现的位置及形态,并确定了其极限承载力的大小。在通用条分法的理论基础上运用Visual Basic编程语言编制了斜坡地基上填方路堤极限承载力计算程序,并应用于该试验模型的计算分析,计算与试验结果的对比分析表明,利用极限平衡通用条分法不仅简单可行,且具有较高的计算精度。     

扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟

通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致.     

横观各向同性软土地基上大圆筒防波堤稳定性研究

对于横观各向同性软土地基上沉入式大圆筒防波堤结构提出了一种准三维上限极限分析方法,所假设的破坏机制为大圆筒结构绕筒体内中轴线上某点发生转动失稳,泥面处形成楔体破坏,而筒底部形成圆弧滑裂面。本方法可以考虑土的三轴压缩、拉伸强度与直剪强度的差异。利用ABAQUS分别进行平面应变以及三维有限元分析,软土采用Hill本构模型,所得到的破坏模式以及大圆筒结构水平承载力与上限极限分析方法吻合较好,同时可以得出考虑地基土各向异性的大圆筒结构承载力比不考虑时有较大降低。     

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。     

圆形浅基础承载力计算新模型及验证

通过假定地基发生整体剪切破坏,给出滑动破坏面,考虑地基土的塑性平衡区随着基础埋置深度的不同而扩展到最大可能的程度,并且计及基础两侧土的抗剪强度对承载力的影响,采用极限平衡法,理论上推导出了圆形浅基础承载力。结合工程实例．并利用有限元程序（ADINA）进行数值模拟,进一步验证了浅基础破坏模式的正确性,以及理论推导的可靠性。     

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。     

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。     

膨胀土地区铁塔基础抗拔机理研究

在对高压输电线路的铁塔基础抗拔模型试验及原型试验的基础上,深入研究了膨胀土地基的抗拔性能,分析了土体位移、应力分布、承载能力以及破坏机理,指出了目前黏性土的抗拔理论计算中存在的缺陷,即土体的破坏不是只局限于破裂面的面破坏,而是整个土体内部的体破坏。提出了黏性土的抗拔承载力应由基础自重、基础上的土体重量、土的抗剪强度（破坏土体内部）以及应力重分布产生的地基承载力构成,并利用有限元进行了分析和验证。另外,对试验中的模型尺寸的影响也进行了分析。     

横-竖立体加筋地基中附加应力的分析计算

建立了横-竖立体加筋（H-V筋）地基的有限元模型,通过分析地基中的竖向应力分布、水平向位移分布以及筋-土界面相互作用,发现横-竖立体加筋地基中的竖向应力在筋材下方出现扩散和重分布,并逐渐向土体下部传递,使得土体中整体的应力分布更加均匀;同时,横-竖筋材中的竖筋类似于一个侧壁,其提供的垂直侧向力约束了介于竖筋间的土体,限制了土体的侧向水平位移,使得地基中筋材上部土体的侧向水平位移变小。基于有限元模拟对横-竖立体加筋地基加固机制的认识,将横-竖立体筋视为作用在地基上的一维弹性地基梁,通过弹性地基梁理论,根据弗拉曼解推导求解了横-竖立体加筋地基中任意一点竖向附加应力的计算表达式。将模型计算结果与有限元模拟所得结果进行对比发现两者吻合良好。     

楔形桩与圆柱形桩复合地基承载性状对比研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis & Gazetas桩-土相互作用及Winkler地基模型,导出了复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,提出了一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制了相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对楔形桩和圆柱形桩复合地基进行了模型对比试验,并利用该方法对两个模型试验进行了计算分析,试验及理论结果均表明,桩顶平面处的桩间土反力保持着类似天然地基的马鞍形分布,圆柱形桩复合地基的承载力明显低于楔形桩复合地基的承载力,同时,圆柱形桩复合地基的桩土平均应力比明显高于楔形桩复合地基的桩土平均应力比,楔形桩对缓解复合地基中桩顶应力集中,充分利用天然地基的承载能力具有良好的调节作用。     

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。     

软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法

张紧式吸力锚是一种重要的深水浮式平台基础。深水环境中,海底浅层沉积物多为饱和软黏土。软黏土中平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的循环承载力对其设计至关重要。根据最佳系泊点受倾斜荷载作用下吸力锚的破坏模式,假设不同破坏区土体具有相同的平均剪应力,且平均剪应力与循环剪切强度比等于吸力锚所受静荷载与静荷载和循环荷载之和的比值。结合室内土性试验获得的饱和软黏土样不固结不排水归一化循环剪切强度随归一化平均剪应力的变化关系曲线,建立了破坏区土体不排水循环剪切强度的确定方法。对不同破坏区土体阻力进行分析,按照水平应力具有连续性这一特点,构建了上部滑动楔体破坏区与深部平面流动破坏区交界深度的计算方法,进而提出了计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法。采用该方法对竖向和水平破坏模式吸力锚循环承载力模型试验结果进行了预测,预测与试验结果基本吻合,最小和最大偏差分别为0.79 %和16.08 %,平均偏差为5.74 %,可较好地反映吸力锚循环承载力随循环破坏次数增加而减小的变化关系,验证了该方法的可行性。     

垂直荷载下地基平均附加应力系数公式推导

按照《建筑地基基础设计规范》（以下简称《规范》）进行地基沉降计算,要使用地基平均附加应力系数。目前,该参数一般都是通过查表内插获得,虽然方便,但结果会因人而异。笔者利用积分法导出常见基础下地基平均附加应力系数计算公式,并编制了Excel计算表。通过对比,矩形基础角点及圆形基础中点均布荷载下的数据（以下简称“公式数据”）与《规范》及相关书籍中的数据（以下简称“表列数据”）完全一致,而矩形基础三角形荷载下的公式数据与表列数据有些误差,本文对这些误差也进行了分析。虽然未见到条形基础的表列数据,但实际工程中条形基础仍大量存在,因此,本文也给出了其推导公式。以上公式可极大地方便工程技术人员在实际工作中的运用。