臨坡矩形淺基礎(chǔ)地基極限承載力上限分析

地基承載力是土木工程中研究的基礎(chǔ)性問題,同時也是難點(diǎn)問題,它與土工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān),準(zhǔn)確分析和計(jì)算地基承載力對于土木工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要的參考和指導(dǎo)作用.本文以下限有限元法為理論基礎(chǔ),通過構(gòu)建有限元模型,對地基由初始的線彈性狀態(tài)向塑性流動極限破壞狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行了模擬,對豎直荷載下淺地基極限承載力以及剛度、粗糙度等對地基極限承載力的影響進(jìn)行了分析.

在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,結(jié)合臨坡條形基礎(chǔ)雙層粘土地基臨近邊坡的非對稱性特征和層狀地基特征,構(gòu)建出臨坡條形基礎(chǔ)雙層粘土地基的多滑塊組合單側(cè)滑移破壞模式;根據(jù)速度相容關(guān)系和速度三角形閉合條件,確定出多滑塊離散模式相對應(yīng)的機(jī)動允許速度場;引入上限極限分析理論,導(dǎo)出臨坡條形基礎(chǔ)雙層粘土地基極限承載力計(jì)算模型,在此模型上采用序列二次規(guī)劃算法進(jìn)行優(yōu)化求解,建立了臨坡條形基礎(chǔ)雙層粘土地基極限承載力確定方法.利用matlab的符號運(yùn)算功能和優(yōu)化函數(shù)編程計(jì)算進(jìn)行實(shí)例分析,并與有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析,表明了本文研究方法的可行性與合理性.

建筑物或構(gòu)筑物基礎(chǔ)臨近邊坡置放的情況在實(shí)際工程中十分普遍,但目前對于臨近邊坡基礎(chǔ)的地基承載力及破壞模式尚缺乏深入研究。采用不連續(xù)布局優(yōu)化(dlo)極限分析法建立數(shù)值模型,分析邊坡幾何尺寸、土體參數(shù)和基礎(chǔ)位置對臨坡條形基礎(chǔ)的極限承載力和邊坡破壞模式的影響,并對國內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范推薦的計(jì)算方法進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明:極限承載力隨邊坡高度和邊坡傾斜角的增大而減小,當(dāng)坡高超過臨界高度后,極限承載力將不受其影響；極限承載力隨土體黏聚力和內(nèi)摩擦角的增大而提高,滑動面隨黏聚力的增大而變淺,隨內(nèi)摩擦角的增大而變深；極限承載力隨基礎(chǔ)與坡肩相對距離的增大而提高,當(dāng)基礎(chǔ)置放位置超過某臨界距離后極限承載力不受邊坡影響。在土體強(qiáng)度高、坡角較大時,《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的臨坡基礎(chǔ)最小置放距離偏于危險(xiǎn),設(shè)計(jì)時仍需考慮邊坡對承載力的減損作用；在土體強(qiáng)度較低、坡角較小時,規(guī)范規(guī)定值偏于保守。美國aashto規(guī)范對邊坡地基極限承載力的取值在砂土邊坡時較為可靠,但其僅適用于坡面破壞模式的情況；飽和黏土邊坡的承載力曲線有悖于理論解,對臨界距離的規(guī)定同樣存在低估。

為研究邊坡角大小對地基承載力的影響,采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,建立了簡化的地基及邊坡-地基模型,分析了地基的極限承載力隨著邊坡坡角的變化規(guī)律,并計(jì)算出地基的極限承載力大小。結(jié)果表明,有限元強(qiáng)度折減法能夠計(jì)算出地基極限承載力;在相同的基礎(chǔ)荷載等量加載情況下,邊坡-地基模型隨著坡角的增加,安全系數(shù)變化趨勢先保持與0°(地基)模型變化趨勢相同,即在坡角為0°~30°之間,而后隨著荷載等量增加其安全系數(shù)呈現(xiàn)出減小的趨勢,并且減小幅度逐漸變緩,最后基本不變;當(dāng)坡角增加到40°之后,安全系數(shù)變化趨勢比較基本呈現(xiàn)線性減小趨勢,減小幅度較為緩慢;邊坡的形成將對地基極限承載力有衰減效應(yīng),并且地基極限承載力的衰減效應(yīng)隨著坡角的增加總體呈非線性變大趨勢,但其衰減效應(yīng)幅度隨著坡角的增加逐漸變緩。

為研究邊坡角大小對地基承載力的影響,采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,建立了簡化的地基及邊坡-地基模型,分析了地基的極限承載力隨著邊坡坡角的變化規(guī)律,并計(jì)算出地基的極限承載力大小。結(jié)果表明,有限元強(qiáng)度折減法能夠計(jì)算出地基極限承載力;在相同的基礎(chǔ)荷載等量加載情況下,邊坡-地基模型隨著坡角的增加,安全系數(shù)變化趨勢先保持與0°（地基）模型變化趨勢相同,即在坡角為0°～30°之間,而后隨著荷載等量增加其安全系數(shù)呈現(xiàn)出減小的趨勢,并且減小幅度逐漸變緩,最后基本不變;當(dāng)坡角增加到40°之后,安全系數(shù)變化趨勢比較基本呈現(xiàn)線性減小趨勢,減小幅度較為緩慢;邊坡的形成將對地基極限承載力有衰減效應(yīng),并且地基極限承載力的衰減效應(yīng)隨著坡角的增加總體呈非線性變大趨勢,但其衰減效應(yīng)幅度隨著坡角的增加逐漸變緩。

為研究邊坡角大小對地基承載力的影響,采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,建立了簡化的地基及邊坡-地基模型,分析了地基的極限承載力隨著邊坡坡角的變化規(guī)律,并計(jì)算出地基的極限承載力大小.結(jié)果表明,有限元強(qiáng)度折減法能夠計(jì)算出地基極限承載力;在相同的基礎(chǔ)荷載等量加載情況下,邊坡-地基模型隨著坡角的增加,安全系數(shù)變化趨勢先保持與0°(地基)模型變化趨勢相同,即在坡角為0°～30°之間,而后隨著荷載等量增加其安全系數(shù)呈現(xiàn)出減小的趨勢,并且減小幅度逐漸變緩,最后基本不變;當(dāng)坡角增加到40°之后,安全系數(shù)變化趨勢比較基本呈現(xiàn)線性減小趨勢,減小幅度較為緩慢;邊坡的形成將對地基極限承載力有衰減效應(yīng),并且地基極限承載力的衰減效應(yīng)隨著坡角的增加總體呈非線性變大趨勢,但其衰減效應(yīng)幅度隨著坡角的增加逐漸變緩.

溶洞上方圓形基礎(chǔ)地基極限承載力有限元分析——針對3種典型圍巖條件，采用有限元方法對巖溶地區(qū)圓形基礎(chǔ)下溶洞頂板穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算，討論巖石地基極限承載力的確定方法，得出不同圍巖、溶洞頂板跨度、頂板厚度條件下地基的極限承載力，并分析極限承載力...

雙層地基極限承載力的數(shù)值分析——基于極限平衡滑移線理論，采用差分算法及土層交界面處理公式編制了適合上層軟、下層硬(飽和粘土除外)的土層組合的雙層地基數(shù)值計(jì)算程．由程得到了均質(zhì)地基和雙層地基的滑移線網(wǎng)和承載力曲線，揭示出雙層地基承載力明顯高于均...

依據(jù)涵洞兩側(cè)填土荷載的特點(diǎn),基于極限平衡理論,在邁耶霍夫-漢納極限承載力公式基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了用于計(jì)算具有硬殼層的涵洞地基極限承載力的計(jì)算公式.將漢森加權(quán)平均法、應(yīng)力擴(kuò)散角法、本文提出的改進(jìn)公式法和有限元法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析,研究了路堤填土高度、硬殼層厚度、硬殼層與下臥軟土層的黏聚力比和內(nèi)摩擦角比對極限承載力的影響,并將工程實(shí)例結(jié)果與4種理論計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比.結(jié)果表明:隨著路堤填土高度和硬殼層厚度的增加,改進(jìn)公式法和有限元法計(jì)算的地基承載力結(jié)果最為接近;黏聚力比和內(nèi)摩擦角比的變化對改進(jìn)公式法和有限元法的計(jì)算結(jié)果影響較為一致;改進(jìn)公式法的計(jì)算結(jié)果比漢森加權(quán)法和擴(kuò)散應(yīng)力角法更加接近工程實(shí)例.

針對目標(biāo)跟蹤過程中發(fā)生遮擋時跟蹤出現(xiàn)偏差的情況，在傳統(tǒng)meanshift跟蹤算法的基礎(chǔ)上引入極限學(xué)習(xí)機(jī)（extremelearningmachine，elm），提出了基于elm與meanshift的目標(biāo)跟蹤算法。該算法根據(jù)過去3個時刻的目標(biāo)位置信息。利用elm預(yù)測出目標(biāo)當(dāng)前可能位置，代替目標(biāo)前一時刻位置作為meanshift迭代起始點(diǎn)，并在鄰域范圍內(nèi)進(jìn)行迭代，得到目標(biāo)的真實(shí)位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有的改進(jìn)算法相比，新算法減少了迭代次數(shù)和運(yùn)算時間，同時在遮擋情況下能夠準(zhǔn)確定位目標(biāo)位置并進(jìn)行跟蹤，提高了跟蹤系統(tǒng)的實(shí)時性和魯棒性。

基于極限平衡滑移線理論,采用差分算法及土層交界面處理公式編制了適合上層軟、下層硬(飽和粘土除外)的土層組合的雙層地基數(shù)值計(jì)算程序.由程序得到了均質(zhì)地基和雙層地基的滑移線網(wǎng)和承載力曲線,揭示出雙層地基承載力明顯高于均質(zhì)粉土地基承載力.

復(fù)合加載情況下,精確求解非均質(zhì)地基上矩形基礎(chǔ)的極限承載力以及評價(jià)影響極限承載力的相關(guān)因素,具有很強(qiáng)的工程實(shí)用與理論參考價(jià)值.基于極限平衡原理,在mohr-coulomb破壞準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,將非均質(zhì)地基上矩形基礎(chǔ)極限承載力問題等價(jià)為邊界待定的泛函極值問題.利用變分方法得到與平衡方程等價(jià)的積分約束條件,和相應(yīng)的歐拉方程與橫截條件.在引入問題的邊界條件后,求得復(fù)合加載情況下非均質(zhì)地基破壞時的滑裂面函數(shù)與破壞包絡(luò)面.同時研究了土體內(nèi)摩擦角φ_(i)、土體黏聚力c_(i)、矩形基礎(chǔ)長寬比l/b、土層強(qiáng)度比c_(i)/c_(i+1)與地下水位變化等因素對地基極限承載力與地基破壞包絡(luò)面的影響.

針對巖石地基承載力問題,引入hoek-brown強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則,提出局部剪切破壞模式巖石地基承載力的計(jì)算表達(dá)式,基于極限平衡理論,建立破壞面上的靜力平衡方程,推導(dǎo)出整體剪切破壞模式巖石地基承載力的計(jì)算公式.依據(jù)已有的成果假定空洞巖石地基頂板的沖切破壞體為一圓錐體,利用極限平衡法,得到了抗拉作用、抗剪作用及抗拉剪共同作用時下伏空洞地基極限承載力的計(jì)算表達(dá)式；并進(jìn)一步通過模型試驗(yàn)驗(yàn)證了理論方法的合理性.結(jié)果表明:1)在計(jì)算完整巖石地基極限承載力時,采用整體剪切破壞模式得到的理論結(jié)果與實(shí)測結(jié)果較吻合；2)在計(jì)算空洞頂板極限承載力時,對比單獨(dú)考慮沖切破壞面上的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力作用得到的結(jié)果,考慮兩者共同作用計(jì)算的結(jié)果更接近實(shí)測結(jié)果.

碎石土地基極限承載力統(tǒng)計(jì)分析——根據(jù)收集的地基荷載試驗(yàn)資料和在前期工作的基礎(chǔ)上，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)原理和工程經(jīng)驗(yàn)，提出了碎石土地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值表及其分布類型和統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)。為《橋規(guī)》修改和按地基基礎(chǔ)可靠性設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

應(yīng)用塑性極限分析法上限定理及變分原理,確定非均質(zhì)及各向異性地基土的極限承載力,導(dǎo)出了確定非均質(zhì)和各向異性地基土極限承載力的基本公式。利用編制的計(jì)算機(jī)程序分析了土非均質(zhì)和各向異性參數(shù)對承載力的影響。將結(jié)果與其他學(xué)者結(jié)果進(jìn)行了比較,說明用本文提出的方法獲得的承載力結(jié)果更為可靠。

與水平地面地基土體的對稱破壞模式不同,臨坡地基土體隨不同工況呈現(xiàn)較明顯的多種破壞模式?；谏舷薹治鲇邢拊夹g(shù),通過對臨坡地基土建模,得到非線性上限規(guī)劃模型,采用可行弧內(nèi)點(diǎn)算法對其進(jìn)行求解。將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度場和能量耗散圖,并與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。分析結(jié)果表明,上限有限元法能夠較清楚地模擬出臨坡地基破壞的幾種模式,并得到合理解。通過把臨坡地基承載力轉(zhuǎn)為terzaghi建議的分項(xiàng)系數(shù)疊加形式,對分項(xiàng)系數(shù)n_c、n_γ、n_q的變化規(guī)律進(jìn)行討論,發(fā)現(xiàn)n_c和n_q變化趨勢基本符合現(xiàn)有的單調(diào)變化規(guī)律,但對于n_γ而言,由于破壞模式改變造成了破壞體體積變化,得到n_γ發(fā)生非單調(diào)改變的變化規(guī)律。以臨坡基礎(chǔ)完全不受斜坡影響的距離α_0/b作為絕對安全距離,并給出部分計(jì)算圖表,為斜坡地基設(shè)計(jì)提供參考。

與水平地面地基土體的對稱破壞模式不同,臨坡地基土體隨不同工況呈現(xiàn)較明顯的多種破壞模式?；谏舷薹治鲇邢拊夹g(shù),通過對臨坡地基土建模,得到非線性上限規(guī)劃模型,采用可行弧內(nèi)點(diǎn)算法對其進(jìn)行求解。將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度場和能量耗散圖,并與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。分析結(jié)果表明,上限有限元法能夠較清楚地模擬出臨坡地基破壞的幾種模式,并得到合理解。通過把臨坡地基承載力轉(zhuǎn)為terzaghi建議的分項(xiàng)系數(shù)疊加形式,對分項(xiàng)系數(shù)n_c、n_γ、n_q的變化規(guī)律進(jìn)行討論,發(fā)現(xiàn)n_c和n_q變化趨勢基本符合現(xiàn)有的單調(diào)變化規(guī)律,但對于n_γ而言,由于破壞模式改變造成了破壞體體積變化,得到n_γ發(fā)生非單調(diào)改變的變化規(guī)律。以臨坡基礎(chǔ)完全不受斜坡影響的距離α_0/b作為絕對安全距離,并給出部分計(jì)算圖表,為斜坡地基設(shè)計(jì)提供參考。

地基極限承載力計(jì)算（29頁，清楚明了）——本資料為地基極限承載力計(jì)算，共29頁。簡介：地基承載力：地基對基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)載荷的承受能力，其大小取決于地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)兩個方面。容許承載力：指滿足（1）地基不會產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)；（2）地基變形引起的...

在復(fù)合加載情況下精確求解層狀非均質(zhì)地基的極限承載力,具有很強(qiáng)的工程實(shí)用與理論參考價(jià)值?；谕馏w極限平衡理論與通用有限元軟件abaqus,針對復(fù)合加載情況下上硬下軟的雙層不排水飽和軟黏土地基的極限承載力,進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算,得出了上層土臨界深度hcr的計(jì)算公式、豎向極限承載力pv的計(jì)算公式以及復(fù)合加載情況下地基破壞時的破壞包絡(luò)面方程。研究結(jié)果表明:上層土臨界深度hcr取決于土層間強(qiáng)度比su1/su2;豎向極限承載力pv與破壞包絡(luò)面取決于土層間強(qiáng)度比su1/su2、上層土深度h1與基礎(chǔ)型式。

本文介紹了以特征線法為基本原理確定地基極限承載力的計(jì)算機(jī)程序analysisofbearingcapacity,并著重闡述了該程序的計(jì)算方法以及在計(jì)算過程中一些參數(shù)的定義,通過與《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》中的兩種地基承載力計(jì)算方法進(jìn)行分析對比,提出該軟件運(yùn)用在實(shí)際工程中該注意的問題,并得到運(yùn)用該軟件計(jì)算地基極限承載力的優(yōu)點(diǎn)以及一些不足之處。

隨著鋼管加工制作工藝的發(fā)展,矩形鋼管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越普及。因此,對矩形鋼管截面在復(fù)雜內(nèi)力下的極限承載力相關(guān)關(guān)系的準(zhǔn)確了解就顯得很有必要。簡述了矩形截面鋼管極限承載力的研究現(xiàn)狀,對矩形管截面塑性極限狀態(tài)下的彎矩-剪力相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo),并通過有限元參數(shù)分析,以截面高跨比和腹板-翼緣面積比為參數(shù),分析了剪力對矩形管截面極限彎矩的影響。最后,給出了軸力、彎矩、剪力和扭矩共同作用下矩形管截面的極限承載力相關(guān)關(guān)系表達(dá)式,并繪制了可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用的復(fù)雜內(nèi)力下的極限承載力相關(guān)曲面。

采用彈塑性有限元分析了條形基礎(chǔ)作用下不排水條件的雙層粘性土地基極限承載力性狀。采用修正的地基承載力系數(shù)表征,并將不同的幾何與土層參數(shù)條件下的數(shù)值解與上下限解和經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)解進(jìn)行比較。表明彈塑性位移有限元法可以很好地求解地基的極限承載力問題,其求解得到的修正地基承載力系數(shù)與基于下限原理的有限元解很接近,而上限解高估了地基的極限荷載值,傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)解在某些條件下卻偏小。