复合加载情况下双层地基极限承载力研究

在复合加载情况下精确求解层状非均质地基的极限承载力,具有很强的工程实用与理论参考价值。基于土体极限平衡理论与通用有限元软件ABAQUS,针对复合加载情况下上硬下软的双层不排水饱和软黏土地基的极限承载力,进行了大量的数值计算,得出了上层土临界深度Hcr的计算公式、竖向极限承载力Pv的计算公式以及复合加载情况下地基破坏时的破坏包络面方程。研究结果表明：上层土临界深度Hcr取决于土层间强度比Su1/Su2;竖向极限承载力Pv与破坏包络面取决于土层间强度比Su1/Su2、上层土深度H1与基础型式。     

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。     

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。     

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。     

复合加载条件下沉箱基础稳定性的三维效应

联合采用swipe加载模式与固定位移比加载模式,对于吸力式沉箱基础在水平荷载H与力矩M的复合加载条件下的稳定性进行比较系统的三维有限元分析,主要探讨了基础埋深与直径之比、地基土不排水强度的非均质性对于基础在H-M荷载空间内的破坏包络轨迹的影响,揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制,并与平面应变假定下得到的结果进行了比较。计算结果表明：平面应变与三维情况下基础的破坏包络面形状有较大差异,分析基础稳定性时,必须考虑其三维效应。在三维情况下,非均质土中埋深与直径之比较小的基础的破坏包络面仍然会向负方向倾斜,已有的包络面方程明显高估这种情况下沉箱基础在正向水平荷载与力矩联合作用下的承载力,从而导致基础设计偏于不安全。     

复合加载模式下单桩复合筒型基础地基承载力包络线研究

海上风力发电机属于高耸结构物,其地基基础不仅要承受上部结构传递的竖向荷载V、水平荷载H,更要抵抗巨大的弯矩荷载M。单桩复合筒型基础是新型的海上风力发电机基础型式,建立复合加载模式下单桩复合筒型基础地基的破坏包络线,并据此评价其稳定性是地基基础设计的重要手段。在Swipe加载方法和固定位移比加载方法的基础上,通过数值分析研究了不排水饱和软黏土中单桩复合筒型基础在V-H、V-M、H-M和V-H-M加载模式下的地基承载力包络线,开展了室内模型试验,验证了数值分析结果的可靠性。研究表明,V-H和V-M加载模式下地基承载力包络线具有对称性,而H-M加载模式下呈非对称性;V-H-M加载模式下地基承载力包络线的形状受弯矩荷载M的影响显著,表现为随着弯矩荷载的增加,V-H平面内的破坏包络线逐渐缩小。实际工程中,可根据受力状态与破坏包络面的相对关系,评价单桩复合筒型基础的稳定性。     

基于二阶锥规划有限元增量加载法的条形浅基础极限承载力分析

地基极限承载力分析是土力学研究中的一个经典课题。基于Hellinger-Reissner混合变分原理和有限元方法,将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划（second-order cone programming,SOCP）问题,进而提出一种基于二阶锥规划理论的增量有限元法,即FEM-SOCP法。将岩土体弹塑性问题构造成二阶锥规划的数学优化问题,可以避免采用传统弹塑性计算中复杂的应力点积分等算法和屈服面棱角的平滑处理。此外,对于二阶锥规划问题,可以采用具有原始?对偶内点求解法的标准数学规划求解器MOSEK进行求解。将增量加载FEM-SOCP法应用于经典的基底粗糙的条形浅基础地基极限承载力分析中,分别考虑了关联和非关联塑性条件下的Mohr-Coulomb屈服准则。数值结果表明：所提出的增量加载FEM-SOCP法获得的地基承载力系数及地基承载力与传统FEM计算结果基本一致,而与常规有限元计算结果相比,基于增量加载的FEM-SOCP法所获得的屈服区更加平滑。     

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。     

非均质地基浅埋水平条形锚板承载力上限分析

考虑地基土体的非均质特性,采用非线性Mohr-Coulomb强度准则及其关联流动法则构造了浅埋水平条形锚板的曲线型破裂机制与机动许可速度场,根据极限分析上限定理推导了条形锚板抗拔承载力的表达式。利用变分极值原理求得了锚板抗拔承载力及其上方土体破裂面的上限解,分析了锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对锚板抗拔承载特性的影响,并将该上限解与已有计算方法进行了对比。结果表明:锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对其抗拔承载力与破裂面特征具有明显的影响。锚板埋深和土体非均质系数越大以及土体非线性强度系数越小,锚板抗拔承载力和土体破裂面深度、宽度均是越大。该上限解与极限平衡和极限分析有限元方法的计算结果基本一致,验证了所采用的曲线型破裂机制和地基非均质变化规律有效性,为条形锚板设计提供了一定的参考。     

深层搅拌复合地基的极限承载力预测模型探讨

分析了确定复合地基承载力的现况。根据收集到的复合地基承载力检测资料,用双曲线模型、指数模型、灰色模型对复合地基极限承载力进行了预测,并对模型的预测效果进行了分析对比,提出了适合天津市区复合地基的极限承载力预测模型。对预测值进行了修正。根据预测值建立了极限承载力和承载力特征值的关系。     

倾斜荷载作用下层状非均质地基的极限承载力

通过一定的室内模型试验对倾斜荷载作用下层状非均匀地基的极限承载力进行了试验研究.引入荷载倾斜影响系数,对于层状非均质地基的极限承载力计算公式进行了修正,给出了倾斜荷载作用下的地基极限承载力计算公式.根据模型试验结果,对所建立的计算公式进行验证.结果表明,对于倾斜荷载作用下的层状非均匀地基,根据修正后的Meyerhof承载力公式所得到的计算结果能够较好地与试验结果吻合.     

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。     

Seismic bearing capacity of shallow strip footings

Seismic bearing capacity of shallow strip footings in soil has been obtained in the form of pseudo-static seismic bearing capacity factors N_cd, N_qd and N_d, denoting the cohesion, surcharge and unit weight components, respectively, by an extensive numerical iteration technique. Limit equilibrium method of analysis with composite failure surface is assumed. The validity of the principle of superposition is examined. Effects of both the horizontal and vertical seismic acceleration coefficients have been found to always reduce the ultimate bearing capacity significantly. Results obtained by the present method of analysis are compared with the available results and are found to be the least in the seismic case.     

Ultimate bearing capacity of equally spaced multiple strip footings on cohesionless soils without surcharge

The ultimate bearing capacity of a group of equally spaced multiple rough strip footings was determined due to the contribution of soil unit weight. The analysis was performed by using an upper bound theorem of limit analysis in combination with finite elements and linear programming. Along the interfaces of all the triangular elements, velocity discontinuities were considered. The value of ξ_γ was found to increase continuously with a decrease in S/B, where (i) ξ_γ is the ratio of the failure load of an interfering strip footing of a given width (B) to that of a single isolated strip footing having the same width and (ii) S is the clear spacing between any two adjacent footings. The effect of the variation of spacing on ξ_γ was found to be very extensive for small values of S/B; ξ_γ approaches infinity at S/B=0. In all the cases, the velocity discontinuities were found to exist generally in a zone only around the footing edge. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

倾斜荷载作用下桶形基础承载力特性研究

针对吸力式桶形基础结构,借助大型通用有限元软件ABAQUS平台,建立了均质软黏土地基上倾斜荷载作用的三维弹塑性有限元计算模型。通过系统地计算分析,得到了单个倾斜荷载分量作用下桶形基础的承载力特性及其破坏机制。进一步研究了水平倾斜荷载与竖向倾斜荷载共同作用下的桶形基础承载性能,得到了该倾斜荷载加载方式作用下桶形基础在V-H平面内的破坏包络面,依此建立了倾斜荷载与偏心距e之间的三维破坏包络曲面。计算结果表明,偏心距e对竖向倾斜承载力的影响相对水平倾斜承载力较大;桶形基础承载性能随着偏心距e的增大而减小。