基于摩尔—库仑屈服准则的条形基础极限承载力分析

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wei2006006
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假定土体满足相关联的流动准则,采用理想刚塑性模型计算了摩尔-库仑地基上条形基础的极限承载力。论文根据土体任意一点的平衡微分方程,得到了极限状态下土的滑移线微分方程,采用数值方法计算了地基极限承载力及承载力系数Nγ,并在合理假定的基础上对光滑基础和粗糙基础的极限承载力的解析解进行了推导。本文的主要工作包括以下几部分:(1)采用有限差分法编制了求解光滑基础和粗糙基础的承载力计算程序,并对计算结果进行了分析。将本文承载力系数Nγ与其他学者的结果进行了对比,对现有学者承载力系数Nγ的解答分析后发现,各学者计算采用的假定与滑移线场数值计算结果不同是导致误差的主要原因。计算了传统叠加方法对极限承载力的误差,并给出了误差的评估公式,讨论了叠加产生的误差范围。计算发现光滑基础叠加大约低估了 16%~24%的极限承载力,粗糙基础叠加大约低估了 17%~32%的承载力。根据数值计算结果,分析了超载比对滑移线破裂面及承载力系数Nγ的影响,提出了考虑超载比和内摩擦角双参数的近似拟合公式,当选择合适的拟合参数时,光滑基础和粗糙基础近似解与精确解的误差可以分别控制在3%和2%以内。(2)基于光滑基础滑移线计算结果,在合理假定的基础上推导了考虑土体重度后光滑基础的滑移线和上限解析解。当对滑移线场做适当假定后,考虑土体重度的极限承载力公式形式依然可以写成三项叠加的形式,且承载力系数Nq和Nc与Prandtl的解析解完全相同,承载力系数Nγ同时考虑了超载比λ和内摩擦角Φ的影响,且计算结果与数值计算结果误差在2%以内,证明了本文假定的合理性。构造了基础底角为双变量的光滑基础机动场,推导了该机动场下极限承载力的上限解,当基础底角为特定角度时,该上限解与经典解答一致,讨论了两底角相等、主动区顶角等于π/2-Φ两种情况时的上限解答,给出了近似计算公式。(3)采用极限平衡法对粗糙基础的极限承载力解析解做了推导。推导时假定主动区底角为变量且过渡区形状为修正的对数螺旋线,得到了综合考虑双变量影响的极限承载力公式,当变量与以往学者的假定相同时,该解答与经典解答一致。当过渡区为对数螺旋线时,采用近似公式求解了极限承载力的最小值,该结果与精确解误差较小。采用考虑超载比和内摩擦角双参数的近似公式对其他学者的数值计算结果进行了拟合,并与本文结果进行了对比,证明了近似公式具有良好的拟合效果,可作为同时考虑超载比λ和内摩擦角Φ影响的近似通式。(4)通过某路基的地基极限承载力计算和某变电站工程条形基础安全系数验算两个工程案例介绍了极限承载力计算在工程中的应用,并将本文的计算结果与经典公式计算结果进行了对比分析。对于黏聚力较大而内摩擦角很小的黏土,按照光滑基础和粗糙基础破坏模式得到的承载力计算结果差别很小,此时通过增加基底粗糙度来提高承载力的方法难以实现,提高地基安全性的措施在于加大基础宽度、降低基底应力或采取地基处理措施提高地基承载力;对于内摩擦角较大而黏聚力为较小或无黏聚力的砂性土,按光滑基础和粗糙基础破坏模式计算得到的极限承载力结果差别较大,说明基础底部粗糙度对地基承载力具有很大的影响。此时可以通过增大基础底部对地基的约束来提高地基承载力。
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