载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法探讨EI北大核心CSCD

压板载荷试验是目前被普遍采用且认为是最可靠的地基承载力确定方法,但其影响因素多诸如压板尺寸、埋置深度、地基土均匀性、沉降稳定标准等,尤其以压板尺寸对试验结果的影响最大。工程实践表明,利用压板试验确定的地基承载力特征值设计的基础,实测沉降与计算沉降之间的误差较大,在已有研究成果基础上,研究载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法:(1)综述目前地基承载力确定方面存在问题;(2)分析载荷试验的尺寸效应;(3)基于杨光华教授提出的非线性切线模量法,推导并给出了如何利用小压板载荷试验结果得到实际基础的荷载-沉降曲线的方法;(4)给出利用实际基础的p-s曲线确定地基承载力的方法,实现地基安全和沉降双控的目的;(5)由于压板试验只能反映浅层土,文中利用旁压试验确定深层土的地基承载力的方法。具体工程实例结果表明,基于利用小压板获得的参数计算的沉降值更符合实际;研究通过小压板原位测试方法获取沉降计算的岩土体统参数方法,不仅能够提高沉降计算精度,还可促进基础设计理论的发展和设计水平的提高。     

载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法探讨

压板载荷试验是目前被普遍采用且认为是最可靠的地基承载力确定方法,但其影响因素多诸如压板尺寸、埋置深度、地基土均匀性、沉降稳定标准等,尤其以压板尺寸对试验结果的影响最大。工程实践表明,利用压板试验确定的地基承载力特征值设计的基础,实测沉降与计算沉降之间的误差较大,在已有研究成果基础上,研究载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法：（1）综述目前地基承载力确定方面存在问题;（2）分析载荷试验的尺寸效应;（3）基于杨光华教授提出的非线性切线模量法,推导并给出了如何利用小压板载荷试验结果得到实际基础的荷载-沉降曲线的方法;（4）给出利用实际基础的p-s曲线确定地基承载力的方法,实现地基安全和沉降双控的目的;（5）由于压板试验只能反映浅层土,文中利用旁压试验确定深层土的地基承载力的方法。具体工程实例结果表明,基于利用小压板获得的参数计算的沉降值更符合实际;研究通过小压板原位测试方法获取沉降计算的岩土体统参数方法,不仅能够提高沉降计算精度,还可促进基础设计理论的发展和设计水平的提高。     

系数法计算柱下双向偏心矩形扩展基础承载力探讨

为解决基础工程设计中确定基础底面尺寸繁琐的问题 ,探索一种简捷计算柱下双向偏心矩形扩展基础承载力方法 ,在研究分析现行单向偏心系数增大法的基础上 ,推导了一种用偏心矩K(e) 对应特定基础底面尺寸的地基承载能力系数计算基础承载力的方法。通过工程实例计算分析比较 ,该法计算过程简捷直观、精度可靠 ,具有较好的实用价值     

土工格栅加筋砂土上的偏心受压条形基础研究

提供了土工格栅加筋砂土上的偏心受压条形基础极限承载力的室内模型试验结果。试验中只使用了一种相对压实密度的砂土和一种土工格栅,基础深度由0变化至B（基础宽度）。基于室内试验结果,提出了一个称为折减系数的经验关系,将偏心受压基础的极限承载力与中心受压基础的极限承载力联系起来。     

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。     

应力历史对饱和砂土力学性状影响的试验研究

三向应力历史条件的影响是准确预测地基变形的重要参考因素之一。针对相对密度为30 %的福建标准砂,利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,进行了复杂条件下应力路径变化的应力控制式单调排水剪切试验。通过控制试验过程的平均主应力保持不变,改变应力历史条件,着重探讨应力历史对饱和砂土剪切强度和应力-应变关系的影响。试验结果表明：当平均主应力一定时,在排水条件下应力历史的改变,对砂土的剪切强度几乎没有影响,但会影响应力-应变特性。弹性轨迹随着中主应力系数和主应力方向角历史的不同而发生变化。引入考虑应力历史同剪切过程之间条件变化的参数,结合试验数据,给出了三维空间中砂土受到应力历史作用后形成的弹性边界的关系表达式。     

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。     

桶间距对四桶吸力式基础各单向承载力的影响及最优间距的确定

四桶吸力式基础由4个按正方形排列的吸力式桶形基础组成,并通过上部结构连成整体共同承受外部荷载,相比于单桶基础,四桶基础能承受更恶劣的海洋环境荷载,可作为海上风机和海洋平台等结构物的基础,具有广阔的应用前景。为探究饱和软土地基上四桶基础和单桶基础在承载力以及破坏模式方面的关系,优化四桶基础的设计,建立了大量的四桶和单桶基础的三维有限元模型,系统研究了不同基础埋深和土体剪切强度时桶间距对四桶基础各单向承载能力和对应的破坏模式的影响。结果表明,竖向承载力系数受桶间距影响较小,而水平承载力系数受其影响较大,力矩承载力系数受其影响尤为显著;在同一桶间距比时,四桶吸力式基础的各单向承载力系数随基础埋深比的增加逐渐增大,随土体剪切强度不均匀度指标的增大逐渐减小。通过分析四桶基础的各单向承载力、对应的破坏模式和群效应系数,定义了四桶基础的最优桶间距,可为四桶基础桶间距的优化设计提供依据。     

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。     

地震荷载作用下条形基础地基动承载力统一强度理论解

基于考虑中主应力影响的统一强度理论,通过假定复合型滑动面,利用拟静力和极限平衡分析法得到了条形基础地基静、动承载力解答。对比分析研究发现:在条形基础地基静承载力方面,本文提出的基于统一强度理论地基承载力系数有不同程度的提高,说明现有方法中地基承载力系数比较保守;而在动承载力方面,不同地震荷载下条形地基动承载力系数Ncd变化不大在2%~6%之间,但动承载力系数Nqd、Nγd值均有20%~75%的降低,而地基承载力有15%~40%的下降。     

饱和砂土地基中吸力式桶形基础水平承载力研究

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载,还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用,在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型,研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式,分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制,探讨不同长径比的桶形基础承载性能,研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置,并根据极限平衡解法,推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。     

易破碎砂土地基中“平底桩”贯入数值模拟分析

桩在贯入砂土地基时所产生的高应力会引起桩周砂土的破碎,在易破碎砂土地基中更为严重。砂土破碎会引起桩基承载力的降低,严重地会导致基础结构物失稳甚至倒塌破坏。针对平底桩贯入易破碎砂土地基所产生的上述问题,引入新近提出的砂土颗粒破碎本构模型,结合耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法在处理大变形计算上的优势,对平底桩贯入过程进行了数值模拟研究。首先,根据Dog’s bay钙质砂的三轴剪切试验结果,确定了砂土破碎模型的模型参数。然后,采用CEL方法对平底桩贯入Dog’s bay钙质砂的离心机试验进行了模拟,模拟结果与试验测量结果吻合,表明所提出的平底桩贯入易破碎砂土地基的模拟方法的有效性和可行性,砂土破碎可明显降低桩基的承载能力。研究结果可为桩基贯入易破碎砂土地基提供设计和施工依据。     

地基承载力的双控确定方法

分析了目前规范确定承载力的方法,认为其不足之处是没有对应明确的安全系数和沉降变形值,实际应用中存在硬土或低压缩性地基的承载力偏保守,而软土或高压缩性地基以及大尺寸基础的承载力会因沉降变形过大而存在风险。建议地基的承载力应由岩土的强度参数和变形参数对具体的基础进行地基的强度和变形计算,按强度和变形双控的原则确定其最大地基承载力,可以获得地基承载力明确的安全系数和沉降值,获得更为科学合理的地基承载力,能更充分地利用地基的承载力进行地基设计,同时安全也更具有保障性,有较好的工程应用价值。建议现场压板载荷试验用于反算地基土的强度和变形参数,而不是用于直接确定承载力,现场压板试验没有进行到极限状态时建议用最大试验载荷值确定土的强度参数,土的变形参数则对试验曲线采用双曲线拟合确定。文中还建议了简易的双控确定方法,便于应用,通过案例对方法予以说明。     

基于三角形滑移面的地基松动土压力研究

由岩溶塌陷、隧道开挖等方面引起的土体变形往往会对基础建设和基础结构等造成不均匀沉降、地面塌陷及开裂等危害,确定土体结构顶部松动土压力的分布情况并准确地分析土体变形与土拱效应间关系显得尤为重要。为了揭示土体变形和沉降对结构顶部松动土压力的变化规律,进行了一系列不同H/B的活动门试验（H为地基高度,B为活动门宽度）。基于试验结果,提出以三角形作为力学模型分析不同滑移面时松动土压力的数学模型,考虑了滑移面角度与土体变形及主应力偏转三者之间的关系,分析了滑移面内任意水平微分土条的主应力偏转情况并建立受力平衡微分方程,根据不同滑移面形态下的边界条件求解松动土压力理论公式,与已有试验结果对比验证了理论公式的合理性。通过对滑移面角度、侧向土压力系数和内摩擦角等主要参数进行分析,结果表明：在较小相对位移下（1%～3%）土体应力迅速发生转移和重分布,初始滑移面角度略小于π/4+φ/2（φ为内摩擦角）,随着H/B增大土体应力比缓慢增长最终趋于稳定;地基内封闭三角形滑移面的松动土压力与相对位移及内摩擦角相关;内摩擦角的增加使得土拱效应得到充分发挥,加强了应力转移,降低了土拱应力比;内摩擦角的增大减小了水平向...     

利用旁压试验的砂土初始状态反演分析

讨论了砂土旁压试验的反分析问题。建议利用旁压试验实测数据反演确定土体的初始状态而非材料参数,材料参数可以通过实验室常规试验确定。主要利用了新型的亚塑性本构模型参数不受土体状态影响的特点。主要内容包括：建立有限元数值模型,利用文献中的试验数据确定了特定砂土的材料参数;通过模拟砂土的实验室旁压试验,验证了数值模型;通过改变土体初始应力状态和相对密实度进行数值计算,并利用数值计算成果,建立了可适用于砂土初始状态反演分析的实测旁压荷载和土体中应力与相对密度的数学关系。     

软土中桶型基础水平循环承载力的模型试验

利用真空预压方法制备了一个大尺寸软黏土模型试验土池,进行了不同竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下软土中单桶基础承载力的模型试验,研究了竖向静荷载与水平循环荷载对基础承载力的影响。结果表明,基础的水平循环承载力小于静承载力;导致基础破坏的循环荷载与循环次数取决于竖向静荷载。竖向静荷载越大,与同一循环破坏次数对应的循环荷载就越小。依据模型试验土的循环强度变化关系,采用弹塑性有限元计算方法对模型试验进行了数值模拟,计算与试验结果基本吻合,表明可以依据软黏土的循环强度变化关系,通过弹塑性有限元数值计算评价软土地基中桶型基础的水平循环承载力。     

考虑不完全土拱效应的浅层地基竖向应力计算

浅层岩溶土洞塌陷和浅埋隧道施工等时常会引发浅层地基出现局部沉陷,导致地基可能承受不完全土拱效应作用。如何定量分析不完全土拱效应对浅层地基竖向应力的影响尤为重要。统计了国内外浅层活动门试验,将浅层地基滑移面概化为塔形,同时考虑了浅层地基不同深度处土层差异沉降及主应力偏转过程。通过建立主应力偏转角与活动门相对位移之间的数量关系,量化了浅层地基不同深度对应的不完全土拱效应发挥程度,优化了考虑不完全土拱效应的浅层地基竖向应力计算方法。分析了主要参数对不完全土拱效应的影响,结果表明,随着浅层活动门高宽比及相对位移的增大,应力转移量增加,土体有效内摩擦角及滑移面倾角则相反。可为局部沉降作用下的浅层地基竖向应力计算提供理论指导。     

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。     

有关砂土地基承载力数值解析问题的讨论

以砂土地基的极限承载力为对象,讨论了古典理论解与室内模型实验值之间的差异,并结合试验中所观察到的现象对其原因进行了简要的分析,最后,利用有限元解析对各种极限承载力的计算方法进行了客观地评价.砂土材料强度具有明显的各向异性以及软化特性,并与周围压力大小以及密度相关.另外,砂土地基的破坏呈渐进性,砂土的粒径大小影响它的承载力以及变形破坏.结果表明,只有考虑砂土以上的各种特性的数值解析方法才能合理地得到砂土地基的极限承载力.     

基于孔扩张理论的螺旋桩抗拔承载力计算分析

螺旋桩以其施工方便快捷、承载力好等技术优点在输电线路、光伏支架等工程基础中广泛使用;然而,既有螺旋桩抗拔承载力理论计算方法的误差仍相对较大。基于圆孔扩张理论,采用Tresca屈服准则修正了螺旋桩抗拔承载力计算方法;开展了砂土地基中螺旋桩抗拔承载力原型足尺试验,实测了不同类型螺旋桩的荷载-位移关系曲线,分析了其抗拔极限承载力;通过试验结果和既有文献实测数据的对比分析,验证了理论计算方法的准确性和可靠性。研究结果表明,锚盘的抗拔承载力系数随着首叶埋深的增大而变大,其上限值主要受土体的刚性指数约束;提出的螺旋桩抗拔极限承载力理论计算方法较传统计算方法精度有所提高,计算误差约为10%。