饱和软黏土中梯形浅基础承载特性研究

以ABAQUS有限元软件为平台,采用理想弹塑性本构模型模拟了浅基础及周围土体,建立了梯形浅基础的二维有限元模型,研究了不排水饱和软黏土中不同尺寸的梯形浅基础在竖向荷载、水平荷载和弯矩荷载单独作用模式下的地基承载特性,分析了基础侧面倾斜角度和深宽比两个变量对承载力的影响,针对25组模型的地基极限承载力进行无量纲和归一化处理,提出了承载力系数计算公式。数值计算结果表明:梯形浅基础的竖向承载力系数Nc随着基础倾斜角度α的增加呈幂指数函数形式增长,随着基础深宽比d/B的增加呈线性增长;水平承载力系数Nh随着基础倾斜角度α的增加呈幂指函数形式增长,随着基础深宽比d/B的增加呈线性增长;弯矩承载力系数Nm随着基础倾斜角度α的增加呈幂指函数形式增长,随着基础深宽比d/B的增加亦呈幂指函数形式增长。

水平受荷桩的弹性有限元虚拟加载上限分析

基于将塑性上限分析等效为弹性迭代计算的总量虚拟加载上限分析理论,在商业化有限元软件ABAQUS中实现了弹性有限元虚拟加载上限方法(弹性有限元T-EMSD)。应用弹性有限元T-EMSD法分析了不排水黏土中的二维水平受荷桩,其获得的荷载-位移曲线与弹塑性有限元分析结果一致,其极限承载力与塑性解相近。在极限位移加载量下弹性有限元T-EMSD法对应的上限机构从弹性始速度场开始随迭代逐渐演化,迭代收敛后的速度场和解析塑性破坏机构相似。与其他基于可变强度概念(MSD)的方法相比,弹性有限元T-EMSD法对水平受荷桩桩身的分析具有更高的精度。弹性有限元T-EMSD法最大的优势在于可在计算中自然地获得塑性机构,因而可被用于研究一些塑性机构难以构造的复杂问题,并对弹塑性数值方法进行验证。

基于弹性有限元的虚拟加载上限分析方法

构造连续相容的塑性变形场是MSD法的关键所在,但塑性变形场难以构造并且无普遍适用的构造方法。本文通过弹性有限元实现了虚拟加载上限法,真正解决了MSD类方法变形场构造困难的问题。其可同时获得给定位移下的荷载及相应的速度场,并将传统塑性上限分析中耗时的最优化分析等效为迭代计算。应用弹性有限元虚拟加载上限法分析了二维水平受荷桩、条形基础及条形锚板这3个土力学的经典问题,其获得的荷载–位移曲线和弹塑性有限元分析结果一致,并且其极限承载力逼近公认的塑性解,验证了本文方法分析整个加载过程的有效性。通过分析加载过程中的速度场,发现本文方法都是从同一初始速度场开始随迭代逐渐演化,在极限位移加载量下迭代收敛后获得的速度场和最优塑性破坏机构相似。本文方法可用于研究一些塑性速度场难以构造的复杂问题。