复杂工况下三维地基极限承载力可靠度研究之一——地基极限承载力的三维解析解

基于三维空间分析，采用极限分析法上限原理，推导了矩形基础地基极限承载力的三维解析解，综合考虑了偏心倾斜外荷载、埋深、超载等因子对地基土体滑动模式和地基承载力的影响；并应用工程实例进行了对比分析；利用三维解析解通过简便计算可得到相应参数，进而求得地基极限承载力，可方便应用于工程设计。     

方形浅基础地基极限承载力公式的改进

针对已有方形浅基础地基极限承载力计算方法的假定条件、计算方法、屈服准则等的适应性特点,对方形浅基础地基极限承载力的解析解进行了研究。假定地基整体剪切破坏面形态呈Prandtl-Reissner经典理论滑动面形状、地基土体破坏时为不变形的刚塑性体,且破坏面均服从Mohr-Coulomb屈服条件,根据刚塑性体的静力平衡条件,考虑整个被动区的极限平衡,严格推导了方形浅基础地基极限承载力的理论解,并与Vesic半经验公式以及其他解析解进行了对比,对比结果表明:考虑整个被动区的极限平衡能使承载力系数Nc和Nq提高,但二者随内摩擦角的变化规律有差异;本文理论解与Vesic半经验公式以及其他解析解相似,是方形浅基础地基极限承载力计算方法的进一步改进。     

圆形浅基础地基极限承载力理论公式的改进

针对已有圆形浅基础地基极限承载力计算方法的假定条件、计算方法、屈服准则等的适应性特点,对圆形浅基础地基极限承载力的解析解进行了研究.假定地基整体剪切破坏面形态呈Prandtl-Reissner经典理论滑动面形状、地基土体破坏时为不变形的刚塑性体,且破坏面均服从Mohr-Coulomb屈服条件,根据刚塑性体的静力平衡条件,考虑破坏面上的摩阻力项,严格推导了圆形浅基础地基极限承载力的理论解,并与Vesic半经验公式以及其他解析解进行了对比,对比结果表明:考虑破坏面上的摩阻力σtan(φ)项能使承载力系数Nc和Nq提高,但二者随内摩擦角的变化规律有差异;本文理论解与Vesic半经验公式以及其他解析解相似,是对圆形浅基础地基极限承载力计算方法的进一步改进.     

斜坡均质地基极限承载力影响因素分析

基于有限元方法,通过建立斜坡不同位置地基有限元数值模型,针对地基土内摩擦角、边坡角度、斜坡高度及基础埋深对处于斜坡坡底、1/4斜坡、坡中、3/4斜坡及坡顶的斜坡地基极限承载力的影响展开对比分析。结果表明,斜坡不同位置地基的极限承载力为坡顶3/4斜坡坡中1/4斜坡坡底;增大地基内摩擦角与基础埋深可提升斜坡地基极限承载力;增大边坡角会导致斜坡地基极限承载力减小;斜坡高度小于6 m时增大斜坡高度可增强斜坡地基极限承载力,斜坡高度超过6 m时斜坡地基极限承载力不再受斜坡高度的影响。     

再论文克勒地基板极限承载力的弹塑性解

为了完善文克勒地基板极限承载力的理论基础,针对圆形荷载作用下的文克勒地基上无限大板达到其极限承载力状态时的破坏性状,即板顶出现环状裂缝,以板切向弯曲曲率是否达到其弹性极限弯曲曲率为准则将板划分为2个区域,环内屈服区釆用刚塑性假设,环外弹性区采用线弹性假设,联立方程求解,推演得到了文克勒地基板上作用圆形均布或刚性承载板荷载的极限承载力问题的解析解。分析了材料泊松比、残余弯矩比、荷载圆半径、荷载类型等因素对地基板的极限承载力、屈服区和环裂区范围的影响,并将分析结果与刚塑性解、其他弹塑性解进行对比。最后,归纳给出了2种荷载形式下的地基板极限承载力近似计算式。研究结果表明：板材料的泊松比对屈服区半径、环状裂缝半径及极限承载力影响不大;当荷载圆半径较小时,环状裂缝发生在屈服区,当荷载圆半径较大时,环状裂缝出现在弹性区;板残余弯矩比对环裂半径的影响随荷载圆半径的变化而变化;随着板残余弯矩比的减小,屈服区边界内缩,板极限承载力减小;在荷载圆半径相同时,刚性承载板荷载的环裂半径比圆形均布荷载的环裂半径略大,相应的极限承载力也稍大,最大偏差约为30%;在常见荷载圆半径范围内,刚塑性解的极限承载力比所提方法弹塑性解要大,偏差随荷载圆半径的增大而减小。     

路堤下水平加筋体与散体材料桩复合地基极限承载力

针对路堤荷载下水平加筋体与散体材料桩复合地基的极限承载力计算问题,分析了水平加筋体、路堤和地基之间的相互作用,得到了三者的作用力关系以及速度关系;研究了散体材料桩对地基承载力的影响,得到了考虑桩体置换率、地基土固结度影响的复合地基土体强度指标的计算公式;根据极限分析理论,从能量平衡角度推导出了地基极限承载力计算公式;对实际路堤工程设计计算进行了研究,搜索出最危险滑动面以及路堤极限高度。最后,通过工程实例,对比了路堤极限高度计算值和实测值,并分析了筋材极限强度发挥系数、固结度等因素对地基极限承载力的影响。结果表明:计算值与实际情况很接近,结果较为理想。     

基于统一强度理论的水平加筋材料复合地基极限分析

结合统一强度理论和极限分析法,对水平加筋增强体复合地基承载力进行了研究。通过对已有以主应力表达的统一强度理论关系式进行变换,导出了以任意平面上的剪应力和正应力表达的统一强度理论关系式;将统一强度理论与相关联流动准则相结合,解决了基于统一强度理论进行极限分析的基本问题;并结合加筋材料对地基极限承载力的影响,对水平加筋材料复合地基进行了极限分析,得到了水平加筋材料复合地基极限承载力计算公式。最后结合工程算例对地基极限承载力的影响因素进行分析,对实际工程具有一定指导意义。     

考虑空间变异性的地基极限承载能力上限有限元分析

基于极限分析上限法,对考虑空间变异性的地基极限承载能力进行上限有限元分析;空间变异性的引入形式采用黏聚力随深度线性增大和黏聚力按高斯随机场分布两种方法进行;在OptumG2中考虑两种模式的参数变化模式并进行建模分析,得到两种模式下不同土体参数的变化情况对地基承载力的影响规律。分析结果表明:土体的内摩擦角、外加超载、黏聚力均值和土体重度,其中任一参数值的增大,均会导致地基极限承载能力的增大;当保持黏聚力的均值不变时,均质条件下的地基承载力较土体黏聚力随深度线性增大时大,且变化梯度越大,相应的地基承载力越小;对于土体黏聚力呈高斯随机场分布的情况,地基承载力计算结果的平均值、最小值和最大值随黏聚力均值的增大不断增大,且随机场参数的变化也会对地基的极限承载力产生影响。     

钢筋混凝土箱涵地基基础设计的几个问题探讨

钢筋混凝土箱涵在公路、铁路工程中的数量庞大,但在地基基础设计过程中往往易走入误区,比如将地基强度(地基承载力)作为受控条件。对此,通过太沙基地基极限承载力表达式给出钢筋混凝土箱涵地基承载力的基本组成及数学解,论证了地基承载力不是钢筋混凝土箱涵地基基础设计的受控条件,该结论同样适用于采用整体式(对应于墙下条形基础)的其他类型涵洞。同时,介绍了钢筋混凝土箱涵地基基础设计需要考虑的其他要素。     

黏土斜坡地基中水平受荷桩承载特性研究

运用ABAQUS有限元分析软件建立桩基-边坡耦合三维数值模型,并模拟黏土边坡中的不排水加载条件,分析了坡度分别为0°,15°,30°,45°,60°条件下,桩顶水平荷载分级施加时的桩身水平变形和弯矩分布规律及变化趋势,研究黏土斜坡地基中单桩的水平承载特性。结果表明:斜坡对桩基水平承载力的影响不容忽视,坡度越大,桩身变形及弯矩越大;单桩水平临界/极限承载力均随坡度的增加而减小,提出了黏土斜坡地基中不同坡度区间内的单桩临界/极限承载力折减系数。     

带立柱浅基础侧向极限承载力探讨

 在综合分析影响带立柱浅基础抗侧向倾覆机理与侧向抗倾覆稳定性的基础上,对立柱基础侧向的土体破坏模式进行了分析与研究,并基于极限分析原理,推导了带立柱浅基础的侧向极限承载力理论公式。将这些理论公式应用于工程分析,其结果相对现有规范公式相当理想,研究结果表明,推导过程所做的假设具有可信及可用性,该公式的推导结果对于工程实际应用具有较重要的价值。     

浅埋条形基础抗震承载力拟动力分析

采用拟动力法推导出基岩至地表之间不同深度土层地震加速度时程，在此基础上针对砂性土地基，利用极限分析上限定理推导了地震作用下地基极限承载力系数N_γE的求解方法，并进一步分析了地震动向地表传播过程中，不同深度土层振动相位差与地震加速度幅值放大效应对N_γE的影响。研究结果表明:采用拟动力法计算出的N_γE随地震加速度和地基土内摩擦角的变化关系呈现出与拟静力计算结果相同的趋势，但振动相位差的影响导致前者明显高于后者，且地震波长越短，二者差异越明显；地表地震加速度是N_γE的主要影响因素，其在地基发生极限破坏时总是达到幅值；幅值放大效应由于放大了地表地震加速度幅值而导致N_γE显著降低。     

桩基荷载下溶洞顶板承载特性物理模拟研究

应用相似原理将溶洞顶板简化,通过对现场灰岩岩样的室内试验,并结合相似原理,选取能较好模拟灰岩力学特征的模拟材料.在自制桩基物理模拟试验平台上,对模拟项板试件进行极限承载力破坏试验,得到试件的应力应变曲线,并得出相应实际灰岩溶洞顶板的承载能力,为工程设计和施工提供依据.     

黄土地区摩擦桩基承载力现场试验及数值分析

针对黄土地区摩擦桩基极限承载力的确定,分别进行静载试验及数值分析,计算得出桩顶沉降值、极限承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力、荷载分担比等参数的分布情况。数值分析与现场试验对比结果表明:两种方法在达到预估最大加载量时,桩顶沉降值误差仅为3.34%,桩端荷载分担比仅相差0.07%;确定的极限承载力误差为0.01%;数值分析所得桩身轴力和桩侧摩阻力分布规律与现场实际情况吻合良好。证明所采用的数值分析方法较为贴近工程实际,验证了方法的可靠性。     

基于神经网络的混凝土预制桩单桩竖向极限承载力参数分析

应用BP神经网络，对混凝土预制桩单桩竖向极限承载力进行预测，并分析了各种参数对单桩竖向极限承载力的影响。通过影响因素分析，确定了桩径、桩长、入土深度、桩侧摩阻力加权平均值、桩端阻力平均值等参数对单桩竖向极限承载力有影响。对混凝土预制桩单桩静载试验资料进行分析和取样，将包含上述参数的样本与单桩竖向极限承载力形成数据对，采用三层神经网络进行训练，输入层为各参数，输出层为单桩竖向极限承载力，建立了混凝土预制桩单桩竖向极限承载力预测模型。研究表明，所建立的模型能够有效地预测混凝土预制桩单桩竖向极限承载力，通过参数分析，能够得出各参数对单桩竖向极限承载力的影响规律，从而确定比较合理的单桩设计参数。     

全高刚性直立面板型加筋砂土挡墙极限承载力的影响因素敏感性分析

基于传统的塑性极限分析上限定理,利用序列二次规划法（SQP）,分别计算了筋材铺设长度、筋材拉力、加筋层数、砂土内摩擦角、砂土重度、挡墙高度共6 种影响因素作用下具有全高刚性直立面板型加筋砂土挡墙的极限承载力。根据正交分析方法,给出了各个因素的敏感性顺序。结果表明:加筋层数和筋材拉力对加筋砂土挡墙极限承载力的影响最为显著。因此,选用高强度加筋材料并加密布筋间距（即增大加筋层数）,是提高全高刚性直立面板型加筋砂土挡墙承载力的有效措施。     

柱锤冲扩桩法在湿陷性黄土中复合地基承载力计算研究

基于目前国内外理论计算方法及其存在的问题,结合湿陷性黄土的特点,对柱锤冲扩桩法的加固机制进行进一步的分析。首先运用弹塑性力学和圆孔扩张理论,对柱锤冲扩桩法复合地基承载力进行推导;然后结合具体现场工程实例,采用静载荷试验测得复合地基承载力,动力触探检验加固效果和加固深度; 最后将推导结果与规范、实测数据进行对比,证明该公式的计算结果与静载荷试验的实测值较为接近,地基承载力和加固深度能够满足设计要求。