臨坡地基破壞模式及極限承載力確定方法研究.pdf

1、臨坡地基已經(jīng)廣泛地成為各類工程結(jié)構(gòu)普遍的地基或路基型式，必須保證足夠的承載能力和穩(wěn)定性。工程上臨坡地基承載力設(shè)計(jì)方法相對滯后，一直沿用從傳統(tǒng)平地基承載力公式出發(fā)進(jìn)行修正的方法，現(xiàn)行規(guī)范也沒有明確的計(jì)算公式，因此，開展適合臨坡地基工程特點(diǎn)的破壞模式和承載力分析計(jì)算方法研究，具有重要的理論意義和工程實(shí)踐意義。
　　為了研究臨坡地基的滑動(dòng)變形形態(tài)、土壓力分布特征、破壞模式及極限承載力，采用在特制地槽內(nèi)填筑土石混填臨坡地基，進(jìn)行條形基礎(chǔ)地

2、基模型的豎向靜載試驗(yàn)研究。然后，采用有限元分析軟件ABAQUS對臨坡地基的破壞模式和極限承載力進(jìn)行數(shù)值仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，為臨坡地基的破壞模式與極限承載力確定方法研究提供有利參考。
　　采用極限平衡分析方法對臨坡條形基礎(chǔ)地基的破壞模式和極限承載力進(jìn)行研究。結(jié)合臨坡條形基礎(chǔ)地基工程特點(diǎn)，通過深入研究其破壞機(jī)理，借鑒臨坡地基試驗(yàn)破壞模式與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建出考慮臨坡條形基礎(chǔ)地基破壞模式雙側(cè)性與非對稱性特征的合理破壞模式，然

3、后在此研究基礎(chǔ)上，采用簡化的剛體極限平衡分析方法，導(dǎo)出了反映破壞模式雙側(cè)性與非對稱性以及基礎(chǔ)與坡頂距離影響的臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載力分析模型，應(yīng)用序列二次規(guī)劃優(yōu)化分析方法，解決雙側(cè)性與非對稱性引起的地基破壞幾何模型的不確定性問題，建立出臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載能力的確定方法。
　　然后，針對現(xiàn)有臨坡地基承載力研究方法中沒有充分考慮基礎(chǔ)埋深內(nèi)土體抗剪強(qiáng)度貢獻(xiàn)和基礎(chǔ)側(cè)壁摩擦作用的問題，基于Meyerho f理論求解基礎(chǔ)埋深內(nèi)土體抗剪

4、強(qiáng)度影響作用的思路，利用臨坡條形基礎(chǔ)地基試驗(yàn)研究結(jié)果，構(gòu)建出單側(cè)滑移破壞模式，應(yīng)用剛體極限平衡分析方法，導(dǎo)出了能夠反映臨坡條形基礎(chǔ)埋深內(nèi)土體抗剪強(qiáng)度作用、基礎(chǔ)距坡頂距離、基礎(chǔ)兩側(cè)埋置深度不同以及基礎(chǔ)兩側(cè)側(cè)壁與土體摩擦作用影響的臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載力簡化計(jì)算公式。
　　其次，采用極限分析上限方法對臨坡條形基礎(chǔ)和矩形基礎(chǔ)地基的破壞模式和極限承載力進(jìn)行研究?？紤]到單側(cè)破壞模式偏于安全更適合基礎(chǔ)距坡頂距離較小的情況，而雙側(cè)破壞模式更能

5、反映基礎(chǔ)兩側(cè)滑塊大小和同一滑塊幾何形狀的雙重非對稱性特征，本文分別構(gòu)建出考慮臨坡條形基礎(chǔ)地基破壞不對稱性特點(diǎn)的單側(cè)和雙側(cè)滑動(dòng)破壞模式，利用極限分析上限方法，構(gòu)建機(jī)動(dòng)允許的速度場，導(dǎo)出臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載力計(jì)算公式，并引進(jìn)優(yōu)化算法，建立出臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載能力確定方法。針對單側(cè)滑動(dòng)破壞機(jī)構(gòu)，允許基底與土體間存在滑動(dòng)，考慮基底為有限摩擦，臨坡地基承載力計(jì)算公式中計(jì)入表面摩擦引起的能量耗散。針對臨坡矩形基礎(chǔ)地基破壞模式的非對稱性和三

6、維端部效應(yīng)，提出簡化的三維雙側(cè)破壞機(jī)構(gòu)，基于極限分析上限理論，建立臨坡矩形基礎(chǔ)地基極限承載力確定方法。最后，針對現(xiàn)有臨坡地基承載力分析方法研究大多基于線性Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，考慮巖土材料破壞的非線性特性，采用非線性破壞準(zhǔn)則和多切線法，引入極限分析上限理論，基于臨坡條形基礎(chǔ)地基試驗(yàn)的非對稱性破壞模式，構(gòu)建地基單側(cè)剛性多滑塊破壞模型及相應(yīng)運(yùn)動(dòng)允許速度場，從而建立非線性破壞準(zhǔn)則下臨坡條形基礎(chǔ)地基極限承載力確定方法。
　　此

7、外，對臨坡條形基礎(chǔ)雙層地基的破壞模式和極限承載力確定方法進(jìn)行研究。結(jié)合非對稱性破壞特征和層狀地基特征，構(gòu)建臨坡條形基礎(chǔ)雙層黏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，確定與多滑塊離散模式相對應(yīng)的機(jī)動(dòng)允許速度場，利用上限方法，導(dǎo)出地基極限承載力計(jì)算模型，從而建立臨坡條形基礎(chǔ)雙層黏土地基極限承載力確定方法。
　　最后，基于滑移線場理論對臨坡條形基礎(chǔ)地基的破壞模式和極限承載力確定方法進(jìn)行研究。首先，探討無

8、重土平地基Hill破壞模型及其承載力滑移線解和斜坡地基Hill破壞模型及其承載力滑移線解，提出臨坡條形基礎(chǔ)地基破壞模式應(yīng)是介于平地基破壞模式和斜坡地基破壞模式兩種臨界狀態(tài)之間的一種連續(xù)變化模式，并據(jù)此構(gòu)建臨坡條形基礎(chǔ)無重土地基的雙側(cè)不對稱Hill滑動(dòng)破壞模式;在相同地基與邊界條件下，改變坡頂距的臨坡地基極限承載力滑移線解答則是介于平地基與斜坡地基滑移線解答之間的一個(gè)連續(xù)函數(shù)解;然后，通過引入寬度比系數(shù)將基底分為兩個(gè)均布受壓區(qū)，采用“等代