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。     

溶洞顶板极限承载力研究

针对国标《工程岩体分级标准》[1]中Ⅲ、Ⅳ类岩体条件,采用显式有限差分法,对岩溶地区扩大基础下椭球状溶洞顶板稳定性进行了分析。通过对溶洞顶板的应力和位移变化规律及塑性区演化规律研究,得出在两种岩体条件下不同溶洞跨度和顶板厚度时溶洞顶板的极限承载力,绘出了溶洞跨度、顶板厚度对极限承载力的联合影响曲面。溶洞顶板的极限承载力随溶洞跨度的增大而减小,随溶洞顶板厚度的增大而增大。在其他条件相同时,Ⅳ类岩体的溶洞顶板极限承载力仅为Ⅲ类岩体的1/3左右。     

临近边坡的条形基础地基极限承载力数值分析

建筑物或构筑物基础临近边坡置放的情况在实际工程中十分普遍,但目前对于临近边坡基础的地基承载力及破坏模式尚缺乏深入研究。采用不连续布局优化（DLO）极限分析法建立数值模型,分析边坡几何尺寸、土体参数和基础位置对临坡条形基础的极限承载力和边坡破坏模式的影响,并对国内外现行规范推荐的计算方法进行评价。结果表明：极限承载力随边坡高度和边坡倾斜角的增大而减小,当坡高超过临界高度后,极限承载力将不受其影响;极限承载力随土体黏聚力和内摩擦角的增大而提高,滑动面随黏聚力的增大而变浅,随内摩擦角的增大而变深;极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而提高,当基础置放位置超过某临界距离后极限承载力不受边坡影响。在土体强度高、坡角较大时,《建筑地基基础设计规范》规定的临坡基础最小置放距离偏于危险,设计时仍需考虑边坡对承载力的减损作用;在土体强度较低、坡角较小时,规范规定值偏于保守。美国AASHTO规范对边坡地基极限承载力的取值在砂土边坡时较为可靠,但其仅适用于坡面破坏模式的情况;饱和黏土边坡的承载力曲线有悖于理论解,对临界距离的规定同样存在低估。     

考虑地震影响的地基极限承载力的理论解析解

本文根据塑性力学中的滑移线法,建立了地震力作用下的地基土的滑移线应力方程,并在考虑地基土的自重和不计其自重的情况下,推导出了此时地基土的极限承载力的理论解析解.     

基于统一强度理论的地基极限承载力滑移线分析

采用俞茂宏统一强度理论,运用滑移线场理论对土体材料在无重与有重时的地基极限承载能力进行了分析。通过中间主应力影响参数b的一系列变化,分析了中间主应力对地基强度提高的影响。并以条形基础为例,给出一系列滑移线的统一解,涵盖了现有的各种强度理论所得的结果。     

圆形基础地基极限承载力计算

利用临界滑动场法计算了浅埋圆形基础的地基承载力,并提供了系数N、Nq和Nc的计算表格和曲线,同时分析了侧面土压力对N、Nq的影响。通过建立土体条块极限平衡方程,推导了计算地基承载力的递推关系式。首先,设定土体计算范围,并划分条块和设置状态点; 其次,根据递推公式和推力极值原理计算各个状态点的参数,并搜索临界滑面; 最后,根据搜索出的临界滑面计算地基承载力。通过与已有系数计算值或模型试验的比较,验证了该方法的合理性。研究结果表明:N、Nq和Nc与其他学者的计算值相近; 相同情况下侧面土压力越大系数N、Nq越小。该方法是临界滑动场法在地基承载力研究中的推广应用,原理简单、易于编程,可为深入研究圆形基础地基承载力的计算提供参考。     

吸力式沉箱基础极限拉拔承载力的数值分析

作为新型的深水海洋基础型式,吸力式沉箱基础被广泛地用于系泊深水海洋设施中,从而承受巨大的倾斜上拔荷载。在上拔荷载水平分量与竖向分量的共同作用下,吸力式沉箱的承载特性及其工作性能评价是海洋工程设计与建设中的关键技术问题之一。然而现有的理论分析与试验研究并不能满足工程实践的需要,因此,对吸力式沉箱基础的极限承载力分析建立了有限元数值计算方法。当沉箱基础在快速拔出过程中,正常固结黏土处于完全不排水状态,沉箱基础发生整体破坏时表现出反向地基承载力失稳模式,此时沉箱基础所发挥的极限承载能力往往最大。为此,在数值计算中直接假定沉箱基础及其周围土体处于完全不排水状态,针对不同的沉箱长径比,分别确定了在竖向上拔荷载和水平拉拔的单独作用下沉箱基础极限承载力。对比发现：竖向上拔极限承载力有限元解能够较好地与理论计算结果相符合,而水平极限承载力解与理论计算结果存在一定的差异。     

软土地基中扩底抗拔中长桩的极限承载力分析

扩底抗拔桩的研究和应用以短桩居多,并且大都以砂土或软岩为持力层,对于软土地基中扩底抗拔桩的承载力研究较少。基于扩大头局部剪切滑移面假设的极限平衡法,推导出扩底抗拔中长桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式;结合有关工程实例的原位试桩结果,对扩大头影响高度进行了确定,同时还探讨了所提出方法在超长桩中的适用性。研究结果表明,提出的简化分析方法能合理地揭示上海软土地区扩底抗拔中长桩的破坏机制,并获得承载力变化的一般规律。     

无厚度界面单元边坡浅基础极限承载力上限值的数值分析

采用研发的有限单元分析程序,并同时考虑以库仑摩擦界面为组成模式的多段式无厚度界面单元,藉以探讨边坡坡角与坡缘距离对边坡坡顶浅基础极限承载力的影响,并应用于不同几何破坏机制条件,计算边坡基础在凝聚性土体的最小荷载上限值,模拟土体间的滑动破坏趋势与渐进式破坏行为。研究分析内容包含：（1）浅基础位于半无限空间;（2）在不同边坡坡角条件下,浅基础位于坡顶边缘处;（3）在不同边坡坡角条件下,浅基础位于不同坡缘距离等。经由数值计算分析结果显示,坡缘距离值愈小或边坡坡角愈陡峭时,边坡浅基础极限承载力值则愈小。换言之,当浅基础位于坡顶边缘处且坡角为垂直开挖情况时,则导致浅基础极限承载力降低约50 %。     

Reliability analysis of seismic bearing capacity of strip footing by stochastic slip lines method

In this research, the reliability analysis of seismic ultimate bearing capacity of strip footing is assessed with implementing slip lines method coupled with random field theory. The probability density functions of seismic and static bearing capacities which are log-normal and nearly normal distribution respectively are compared to each other. The predicted Probability Density Function (PDF) of the seismic bearing capacity by slip line method is verified, with those of the Terzaghi equation and Monte Carlo simulation (MCs). For uncertainties analysis by Terzaghi equation the N_c, N_q and N_γ are assessed stochastically.     

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.     

饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究

相比于传统基础,桶形基础作为一种新型的浅海基础形式具有诸多明显的优点,但其使用历史相对较短,设计理论也还不够完善。基于此,利用三维有限元方法和极限平衡方法对单桶形基础的水平承载力进行了数值计算和理论推导,并基于分析结果,给出了适用于估算饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载力的简便公式,为指导工程设计提供一定的参考意见。     

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。     

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。     

海上风电机组筒型基础工作及承载特性研究

筒型基础是一种新型的海上风电基础,由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用等优点,在某些领域正在逐步替代桩基和重力式基础。目前工程上对筒型基础的设计还没有现成的规范可供使用,一般是将筒内部土体与筒壁视为一体,然后采用简化的极限平衡方法进行设计计算,不能反映筒内土体的工作特性。以福建近海某风电基础工程为依托,采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机单筒基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的受力特点,考虑基础隔舱的作用效果,建立了筒型基础的简化模型与有无隔舱的计算模型。计算结果表明：筒型基础在受荷过程中,基础内部土体产生屈服变形,使得筒型基础的承载特性不同于简化极限平衡方法。两者之间的差异使得实际的地基承载能力比极限平衡方法计算所得的要小。此外,对现行简化计算方法的误差进行了估计,并对筒型基础承载力计算提出建议,可供筒型基础设计者参考。     

偏心荷重下转动浅基承载力的严密解法

根据偏心荷载作用下地基失稳的特征,构建了偏心荷重下地基极限状态时土体中不连续应力场和速度场,分析了土体中不连续应力场和速度场的特点。基于上、下限原理的推论,建立计算模型,构建求解地基极限承载力的算法,通过解三类边值问题,求得偏心荷重下转动浅基极限承载力的严密解,该解满足刚性基础转动的速度边界和其他已知的边界条件。算例表明解垂直偏心荷载下地基极限平衡问题的解法是可行的,且结论可靠。     

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。     

Reliability analysis for bearing capacity of surface strip footing using fuzzy finite element method

ABSTRACT

This paper presents the reliability analysis on the basis of the foundation failure against bearing capacity using the concept of fuzzy set theory. A surface strip footing is considered for the analysis and the bearing capacity is estimated using the conventional Finite Element Method (FEM). The spatial variability of the variables is taken into consideration to capture the physical randomness of the soil parameters for an isotropic field. A variation of the probability of failure (P_f) against a varying limiting applied pressure (q) is presented for different Coefficient of Variation (COV) of the variables and different scale of fluctuation (θ). The results reveal that the friction angle of soil (?) is the most influencing parameter among the other variables. Further, the influence of the scale of fluctuation (θ) on the probability of failure (P_f) is also examined. It is observed that for a particular COV of ?, higher value of θ predicts higher P_f whereas, P_f increases as COV of ? increases for a particular θ value. Later, a comparison study is accomplished to verify the viability of the present method and it can be noticed that the present method compares well with the other reliability method (First Order Reliability Method) to a reasonably good extent.