随着城市开发和交通建设的迅猛发展,设计和施工中遇到下伏空洞地基的情况甚为常见。如何合理评价下伏空洞地基的稳定性成为该类工程建设成败的关键,若处治不当可能给工程带来极大的安全隐患和经济损失。然而,目前对于下伏空洞地基承载力的计算还远不能满足实际工程的需求,对其地基的破坏机理也认识尚浅,相关规范在这方面的内容亦过于简单。目前,下伏空洞地基的稳定性分析,由于影响因素众多,分析评价方法仍然依靠定性分析和工程经验,至于定量评价仍处于探索阶段,下伏空洞地基承载力的确定方法十分匮乏。同时由大量工程实践经验表明,下伏空洞地基经恰当的处治可胜任建筑物的地基。因此,开展下伏空洞地基极限承载力和破坏模式的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。针对目前下伏空洞地基稳定性评价分析方法的不足。本文采用一种新型的岩土工程稳定性分析方法―上限有限元法对地基破坏时的极限状态进行数值模拟。首先,阐述了极限分析的基本假定以及极限分析上限定理;在此基础上,详细介绍了上限有限元方法的数值原理包括:数值离散方法、上限定理优化模型和基于可行弧内点算法的优化模型求解;同时对网格自适应上限有限元方法理论作了简要介绍;其次,对下伏空洞地基提出合理的计算假定,建立一个可考虑多种因素影响的计算模型,提出一种地基承载力的分析方法,并对上限有限元方法的计算过程进行简要说明;然后,利用上限有限元法计算出多种工况下的地基极限承载力上限解,按Terzaghi建议的地基承载力公式,得到承载力系数Nc、Nq、Nγ,并对其影响因素进行分析;同时根据大量的能量耗散图及速度场图提出三类典型的破坏模式,并对其影响因素进行分析。最后,对于空洞处于基础一侧时下伏空洞地基极限承载力以及能量耗散图进行了上限有限元数值计算,并对空洞位置的影响进行了分析。研究表明:随着φ的增大Nc和Nq均增大,而当φ较大时,Nγ才出现正数,且随着φ增大而增大;随着H/B的增大Nc和Nq均增大,而当φ较小时,Nγ随着H/B的增大而减少,当φ较大时,Nγ随着H/B的增加而增加;Nc、Nq和Nγ均随着D/B的增大而减少;下伏空洞地基存在三种典型的破坏模式:冲切破坏模式、冲切剪压破坏模式和Prandtl破坏模式;随着空洞与基础中心线距离X和空洞深度Y的增大地基极限承载力也增大;地基破坏向Prandtl破坏模式发展。