考虑埋置条件的岩石地基中独立基础力学特性及其设计方法研究

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随着近年来西部地区工业化和城市化的飞速发展,大量高层建筑被修建于城市的中心区域。西部地区多为山地地区,岩石埋藏较浅,采用独立基础不仅能较好的利用到岩石特性将高层建筑荷载传递到地基中,同时也能节省经济、缩短工期。目前国内关于独立基础的计算设计方法是依据国标《建筑地基基础设计规范》中主要源于土质地基独立基础研究成果而获得的方法,利用该方法进行设计不仅难以充分发挥岩石地基的承载力,还造成建造基础的材料浪费。在实际工程中,独立基础具有一定的埋置条件,而目前关于埋置条件下岩石地基中独立地基的受力特性及其设计方法研究相对较少。为充分认识岩石埋置条件下独立基础的受力特性,并获得其设计方法,本文开展了实际工程岩石地基中独立基础现场原位原型试验,结合理论推导和有限元数值模拟,分析了埋置条件的不同因素对独立基础的承载力与基础岩石间相互作用力分布的影响,提出了更加符合实际的、不同埋置条件下的岩石地基中独立基础设计方法。主要研究内容及结论如下:(1)进行实际工程中岩石埋置条件下的独立基础现场原位试验,获得基底反力、侧向压力相关测试数据,并分析研究其分布规律。(2)针对岩石地基中独立基础所处的工程环境特点,采用理论分析、现场试验以及数值模拟等方法,分析了埋置条件各因素对独立基础承载力的影响,获得了基础承载力与基础岩石间侧壁摩擦系数、底面摩擦系数以及岩石地基弹性模量的大小成正相关、与基础宽高比呈负相关的结论。(3)利用弹性力学基本原理、试验以及数值模拟方法分析不同因素对岩石埋置条件下独立基础约束力分布规律的影响。结果表明,基础岩石间侧壁摩擦系数、底面摩擦系数以及岩石地基弹性模量只影响独立基础反力分布曲线的变化幅度,不影响曲线的整体形状,而基础宽高比不同,基础的约束力呈现出不同的分布规律。(4)分析岩石埋置条件下独立基础的受力特点,并利用数值模拟方法研究有无埋置条件对独立基础基底反力以及承载力的不同影响。结果表明,当独立基础处于埋置条件下时,基础底面中心的基底反力有所降低,基础底面边缘处的基底反力有所增大,基础承载力也将得到一定程度的提高。(5)针对现行岩石地基独立基础的设计方法,本文基于上述研究成果提出了独立基础位于岩石埋置条件下的承载力计算公式。通过采用该公式设计的独立基础与实际工程中即现场原位试验的独立基础对比分析,表明本文提出的设计计算方法经济实用。
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