小比尺条形基础承载力模型试验的尺寸效应研究

开展小比尺模型试验是土力学承载力研究中的重要方法,但小比尺模型的尺寸效应会影响试验的定量结果,导致小比尺试验一般仅能用于定性研究。在饱和砂土地基中开展了20组条形基础承载力的小比尺模型试验,通过改变基础尺寸、埋深以及砂土的密实度研究承载力的变化,进而引入离散元分析方法,采用抗转动模型模拟砂土颗粒的力学行为,对条形基础承载力试验进行模拟,从微观角度揭示小比尺模型试验尺寸效应的来源和对宏观承载力的影响规律。研究结果表明,饱和砂土地基密实度与基础埋深越大,小比尺实试验的尺寸效应越明显,尺寸效应的产生是应力水平变化、破坏模式改变以及渐进破坏程度综合作用的结果。

K_(0)≠1时条形基础地基临塑荷载公式

目前土力学教材中给出的条形基础临塑荷载公式都是假定侧压力系数K_(0)=1,其计算结果偏大。已有文献在推导K_(0)≠1的临塑荷载公式时,由于近似计算或假定不合理,导致给出的公式不准确。本文首先沿基底附加应力产生的地基中主应力方向建立局部直角坐标系,得到K_(0)≠1时地基中一点的应力表达式;再通过误差分析,确定出主应力开平方近似计算式中系数的合理取值;然后根据塑性区开展深度为0,得到局部坐标系与竖向的夹角;最后将应力表达式代入Coulomb准则,利用开平方近似计算式、三角函数级数展开式,通过求导得到临塑荷载公式。算例表明:对于通常情况下的条形基础,K_(0)≠1时地基土自重应力引起的主应力轴偏转角度较小,采用土力学教材中公式计算临塑荷载误差在10%以内,采用本文提出的公式计算临塑荷载,可以保证误差小于1.0%。

预制拼接整体式条形基础及整体式支架体系设计与施工研究

文中以广州新白云国际机场第二高速公路南段工程SG01标段为例,对预制拼接整体式条形基础及整体式支架体系深入分析。实践表明,本工程桥梁临时支墩结构采用“预制拼接整体式条形基础及整体式支架体系”均能满足规范要求,该施工方法在后场提前加工,施工时运输至施工现场,快速拼装可重复利用,缩短占道施工周期,保证施工安全,降低交通疏解成本。文中所提出的预制拼接整体式条形基础及整体式支架体系,应用效果良好,可为类似工程提供参考。

条形基础下地基非线性沉降的改进计算方法

针对地基土体孔隙压缩性导致其变形力学参数变化的特征,对条形基础下地基的非线性沉降计算方法进行改进。首先,通过深入探讨附加应力和应力历史对地基土体模量影响的力学机制,分别建立地基土体变形力学参数随附加应力和应力历史变化的分析模型;然后,利用地基沉降计算的传统分层总和法,考虑地基沉降计算的非线性特征,并引入分级加载的思想,提出条形基础非线性沉降的新型计算方法,该方法不仅反映地基土体变形力学参数随附加荷载变化的特征,也反映地基土体由于初始应力水平或应力历史不同而引起的土体模量不同对地基沉降计算的影响,而且可有效地避免地基沉降计算中压缩试验曲线的使用;最后,通过工程实例计算与分析,并与实测沉降值和其他方法计算结果进行比较,表明方法的合理性与可行性。

基于SQP和上限法的非饱和土条形基础极限承载力计算

综合考虑有效内摩擦角、有效黏聚力、基质吸力等非饱和土强度参数以及基底以下基质吸力随埋深增加而变化的工程实际(以水土特征曲线表征),采用多刚性块上限分析法对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究。假定非饱和土抗剪强度公式是Mohr-Coulomb饱和土抗剪强度公式的延伸,根据线性破坏准则和相关联流动法则,构建一个承受竖向荷载的非饱和土地基承载力二维机动破坏模式。根据外力功率与内部耗能相等原理获得非饱和土地基极限承载力的目标表达式,并把其转化成一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值计算模型。对建立的计算模型采用序列二次规划法进行优化求解。研究结果表明:非饱和土抗剪强度参数取值对极限承载力量值具有非线性影响;土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到提高;土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大,地下水位升高导致基质吸力降低,极限承载力减小;非饱和土过渡为饱和土时,同类方法相比本解答是较优上限解。

溶洞上方条形基础地基极限承载力有限元分析

针对岩溶地区典型围岩条件,采用有限元方法对岩溶地区条形基础下溶洞顶板稳定性进行分析计算,得出溶洞顶板跨度、顶板厚度不同时地基的极限承载力;分析了极限承载力与各影响因素之间的关系,给出了溶洞顶板安全厚度的有限元分析结果。研究结果表明:溶洞顶板厚度在一定范围内,当顶板跨度从B增加到4B时,地基极限承载力降低1/3;当跨度一定时,地基极限承载力随溶洞顶板厚度增加而增加;当顶板厚度达到安全厚度时,溶洞对地基极限承载力影响可以不计。

采动区地基、条形基础与框架结构共同作用机理研究

本文综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基–条形基础–框架结构共同作用力学模型。该力学模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响以及框架结构建筑物的基础和建筑物的长度等影响因素,从理论上分析了采动过程中上部结构变形、内力等变化规律及主要因素的影响规律,推导出计算采动区建筑物移动变形和各种附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论依据和计算工具。

临坡条形基础极限承载力上限计算

利用极限分析中的机动法,构建临近边坡条形基础承受极限承载力的二维机动许可破坏模式.根据外力功率与内部耗能相等获得极限承载力的目标表达式,并把其转化成了一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值问题计算模型.通过编制和调用计算程序,对建立的计算模型采用序列二次规划法(SQP)进行了优化求解.研究结果表明:边坡倾斜程度δ和岩土体内摩擦角φ对临坡条形基础地基承载力影响较大;边坡坡角δ的增加将使地基破坏区域发生显著变化,使各分项系数Nγ,Nc,Nq迅速减小;而内摩擦角φ增加对Nγ、Nc、Nq的影响则相反.

复合加载模式下条形基础承载力下限分析

为了求解复合加载模式下条形基础的极限承载力,本文在塑性极限分析理论与Meyerhof"等效宽度"概念的基础上,构造了可变的静力许可应力场,推导了复合加载模式下条形基础承载力的下限解,给出了简易的承载力计算公式.并采用了通用有限元软件ABAQUS进行了数值验证.结果表明,构造的静力许可应力场能够较好地反映地基的破坏模式;推导的基础承载力下限解,能够较好地求解复合加载模式下地基的极限承载力;给出的承载力简易计算公式及下限解答与ABAQUS数值分析结果较吻合.

顶部条形基础作用下加筋挡墙性能的试验研究

针对加筋挡墙顶部受条形基础载荷作用时的工作性能开展试验研究,分析条形基础距挡墙面板距离对基础极限承载力、加筋挡墙变形特点、筋材应变和破坏模式的影响。试验结果表明:基础极限承载力随基础偏移距离D增加呈现先增大后减小的趋势,且在D为0.3H(H为挡墙高度)时达到最大值;条形基础加载至破坏前一级载荷时,基础沉降与挡墙高度比值均小于2%,面板水平位移与挡墙高度比值均小于1%,且当D/H小于0.6时,面板顶部水平位移明显大于中底部;各层筋材中应变最大值随D/H增加而逐渐向远离面板方向发展,且筋材最大应变由最初出现在顶层而转向中间层;顶部受条形基础载荷作用下加筋挡墙破坏以3种模式为主,即顶层面板挤出的浅层破坏、破坏面沿基础边缘发展并向深部推进和加筋挡墙整体破坏。

条形基础荷载对边坡稳定性影响与加固研究

西部山区土地资源贫乏,为了合理地利用土地资源经常在边坡上修筑各类建筑物与构筑物,由于基础荷载会影响边坡的稳定性,荷载过大甚至会引起滑坡,造成生命与财产的重大危害。对此,以坡顶条形基础荷载作用于边坡稳定性为研究模型,应用M-C线性破坏准则结合极限分析上限定理,分析附加应力对边坡稳定性的影响。对于稳定性较差的土质边坡,采用抗滑桩进行超前支护,研究地震荷载作用下超前支护桩加固边坡的抗力荷载、临界屈服加速度的影响因素。为坡顶条形基础荷载下边坡稳定性分析与超前支护设计提供一种合理的计算方法。

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。

临近基坑条形基础地基承载力简化上限解

利用极限分析的机动法估算了临近基坑条形基础地基承载力系数.作为一种简化手段,分别按土的粘聚力、基础埋深(超载)和土的自重三项估算临近基坑地基极限荷载.采用多滑块破坏机构及一种简单算法给出了基坑附近地基承载力系数,由此得到的承载力减损因数,可以很方便地借助地面水平时条形基础地基承载力去估算临近基坑地基承载力.根据极限分析上限理论,这种使影响地基承载力的每一项因素都单独达到最小的处理方法不是严格的上限解,但在工程实践中是可行的.

均质土地基上埋深条形基础极限承载力系数数值研究

以K.Terzaghi提出的叠加公式为基础计算均质地基上埋深条形基础的极限承载力,需要确定承载力系数及相应的埋深修正系数。一般情况是采用极限平衡法、滑移线法及上限分析法进行承载力问题的研究,但受假定破坏模式的影响,不同的研究成果具有较大差异,而有限元法并不事先假定破坏模式,其计算结果具有较高精度。通过在基础与地基土接触面及基础边缘土体内数值奇异点引入接触面单元,建立适用于埋深条形基础的理想弹塑性有限元数值计算模型。利用在ABAQUS平台上开发的计算模块,对饱和不排水黏土地基、砂土地基及土体摩擦角与黏聚力均不为0的地基承载力问题进行系统的有限元计算,分析各系数随基础侧面粗糙程度、地基土强度参数、超载大小等影响因素的变化规律,并与已有结果进行对比,所给出的承载力系数及相应埋深修正系数的计算图表,可供基础工程设计参考。

用薄层法分析层状地基中条形基础的阻抗函数

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法,以往薄层法在柱坐标体系中建立求解方程,并通过直角坐标系和柱坐标系的转化关系而得到直角坐标系中的解答,本文从直角坐标直接推导了层状地基在无限长线荷载作用下的计算公式,求解了层状地基在垂直方向和水平方向上无限长线激振荷载作用下薄层法位移基本解。结合容积法得出了层状地基中基础-地基动力相互作用方程及条形基础阻抗函数的计算公式。本文计算了半无限弹性地基以及基岩上覆盖层在无限长简谐线荷载作用下的位移反应,计算了半无限弹性地基以及基岩上覆盖层地基中明置与埋置条形基础的地基阻抗函数。计算结果与已有的研究结果的比较表明两者吻合较好,验证了本文方法的适用性。

基于弹性半空间Green函数的明置条形基础阻抗解答

基于弹性半空间理论,在Lamb解的基础上推导了非轴对称的简谐线激振荷载及条形均布激振荷载作用下的地基Green函数。然后将明置条形基础与地基的接触面分割成若干个条形单元,根据刚体位移所决定的各单元位移,运用上述Green函数求解各单元的接触力,将所求得的力叠加即为地基阻抗函数。通过分段积分法及Cauchy主值积分对涉及的多值广义积分进行数值处理,计算了明置条形基础的垂直阻抗,观察了其收敛性,亦计算了其水平和回转动柔度,并与半解析半数值的薄层法的结果进行了比较,表现出很好的一致性。最后通过算例讨论了土体泊松比对明置条形基础阻抗的影响。

条形基础砂土地基的破坏模型试验

为了研究条形基础砂土地基的剪切破坏形式和承载机理,在相似理论的指导下,进行了一组条形基础砂土地基的模型试验,模拟了砂土地基受荷后产生变形、扩展直到破坏的全过程;测量并分析了地基中不同点处的土压力大小及其分布规律,观测了剪切带的形成和发展过程。结果表明,模型试验能够很好地体现砂土地基变形、破坏的整个过程及其沉降变形特性、地基中各点的真实应力状态及其变化规律,对于研究深基坑变形过程和破坏形态具有应用价值。

非均质地基上条形基础沉降的随机有限元分析

针对非均质地基土上条形基础弹性沉降计算的复杂性,建立了无量纲化有限元模型,处理了边界距离和弹性模量变异性问题。在确定性分析基础上,分别运用一阶Taylor展开式随机有限元(简称SFEM)和Monte-Carlo数值模拟随机有限元(简称RFEM)分析了土体弹性模量变异性对基础沉降的影响。结果表明,SFEM低估了基础沉降特征值受弹性模量变异性的影响程度。弹性模量变异系数越大,SFEM对基础沉降均值和标准差低估程度越显著,基础沉降均值随弹性模量空间相关距离逐渐减小。RFEM分析结果则呈现波动性但整体有不断增大趋势,因而基础沉降计算结果更为合理。

岩石地基上高层建筑条形基础初探

主要研究岩石地基上高层建筑条形基础的计算模型和参数取值,提出文克尔地基模型为计算这类基础的适用模型,阐述了岩石地基上基床系数的特点,给出用岩石天然状态下的单轴抗压强度换算基床系数的回归公式,最后分析了基础结构在这种模型下的内力特征,并用一个工程算例说明了本文的方法,可供地基基础设计参考。

层状横观各向同性地基上刚性条形基础动力刚度系数

采用间接边界元方法(IBEM)研究了层状横观各向同性(TI)地基上明置条形基础平面内动力刚度系数。首先,在波数域中求解TI介质动力平衡方程,建立了TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵,并通过集整土层和半空间刚度矩阵,求得层状TI地基整体动力刚度矩阵。然后,采用刚度矩阵方法求得层状TI地基表面均布荷载动力格林函数。最后,由基础与地基表面的混合边界条件求得明置条形基础的平面内动力刚度系数。均布荷载动力格林函数的引入克服了传统边界元方法的奇异性问题,同时,精确动力刚度矩阵的引入使得方法不受土层厚度的限制。通过与已有结果比较验证了方法的正确性,并以均匀TI半空间地基、单一TI土层地基和多TI土层地基上明置基础为例进行了数值计算分析,探讨了TI参数、振动频率和土层对刚度系数的影响。研究表明,土体TI参数对刚度系数有着显著的影响,尤其是层状TI地基中刚度系数的峰值频率和峰值十分依赖于TI参数的变化;逆序地基与正常序列地基上基础刚度系数差异明显,逆序地基对应刚度系数随频率振荡剧烈且数值较大。