横观各向同性土质地基承载力的研究

发布时间：2020-03-30 13:25

【摘要】：近几十年来,设计人员在进行地基基础设计时,对于地基承载力问题通常将地基视为各向同性介质。然而,在土体颗粒自身重力和外部荷载的作用下,使得土的强度具有不同程度的各向异性状态,这使得传统的设计方法具有一定局限性和不安全性。因此,研究土体强度各向异性对地基极限承载力的影响具有重大的意义。本文为了考虑天然土体的各向异性特征,在土体材料微观组构理论的基础上,建立了强度各向异性下抗剪强度指标参数的计算公式,并通过极限平衡法和有限元法对地基极限承载力进行一系列研究。选取杭州市典型地基粉土为研究对象,研究不同屈服法则、考虑强度各向异性情况对地基(水平地基和临坡地基)极限承载力的影响,同时探寻临坡地基的坡角、坡顶距对极限承载力、破坏形态的影响情况。通过分析结果,得到以下结论:(1)对土体的各向异性强度理论的产生机理进行了详细的阐述;并根据岩土材料的微观组构理论和Mohr-Coulomb强度准则,对各向异性状态下的抗剪强度指标进行了修正,并提出考虑各向异性下c、?值的修正公式,并结合已有的试验结果对该公式的有效性进行验证。(2)详细介绍了Mohr-Coulomb屈服准则,Matsuoka-Nakai屈服准则和Lade-Duncan屈服准则与Drucker-Prager准则之间的等效代换原理,总结了系列Drucker-Prager准则在ABAQUS中参数输入计算方法及剪胀角的转换关系。不同剪胀角的选取对地基极限承载力的大小会产生不同程度的影响,地基承载力值的大小随剪胀角的增大而增大,合理地选取剪胀角对地基承载力的计算有着重要的意义。(3)在强度各向异性跟各向同性情况下,在不同准则下的临坡地基极限承载力大小有所差异,但表现出一致的趋势,即为:L-D屈服准则所得值M-N屈服准则所得值DP4屈服准则所得值M-C屈服准则所得值。在实际工程中,地基承载力的取值可考虑取M-C屈服准则与L-D屈服准则计算值之间范围的值,在该范围内的地基极限承载力取值较M-C屈服准则计算值有不同程度的提高,从而使得工程设计更加经济合理。(4)将各向异性强度引入计算地基承载力的有限元法中,并结合算例对各种方法计算得到的结果进行了详细对比和分析。通过理论解与有限元数值解的比较,验证了本文所提方法的合理性。并对比三轴试验参数及平面应变参数下模拟的地基极限承载力值,说明三轴试验参数模拟所得值与平面应变参数模拟所得值之间的误差不容忽视。此外,由于水平地基与临坡地基的破坏滑裂面范围不同,导致临坡地基在这两种试验条件下所得地基承载力的差值较水平地基小。(5)临坡地基的地基极限承载力与边坡模型的坡角与坡顶距有关。在相同条件下各向同性地基极限承载力值均大于各向异性值;在各向同性和各向异性的情况下,临坡地基极限承载力与坡角成负相关关系,且随着基础距坡顶的距离越大,边坡角对于地基承载力的影响越小;在各向同性和各向异性的情况下,临坡地基极限承载力均随坡顶距的增大而增大,当坡顶距较小时,不同坡角的地基极限承载力值相差较大;当坡顶距较大时,不同坡角的地基承载力差距逐渐减小,此时可将临坡地基视为水平地基。(6)临坡地基的塑性区分布与临坡地基模型的坡角与坡顶距有关。当临坡地基坡顶距较小或坡角较大时,临坡一侧的塑性区范围明显大于另一侧,两侧塑性区呈不对称分布,当临坡地基坡顶距很小或坡角很大时,临坡一侧土体抗力明显减弱,此时塑性区从基础一侧贯穿到边坡坡角,地基的破坏模式呈明显非对称性;随着坡顶距的逐渐增大,基础两侧的塑性区范围逐渐趋于相同,临坡地基的破坏模式将越来越接近于水平地基。
【图文】：

图 1-1 Prandtl 地基极限承载力理论模型Figure 1-1 Prandtl model of ultimate bearing capacity for foundationrandtl理论的基础上， H Reissner对公式（1.3）进行了修正，考虑。 H Reissner将基础两侧土层的作用等效为均布荷载（ q d）作置深度作用的地基承载力计算式：ucqp cN qNrandtl公式进行计算时，当 c 0， d 0时，出现承载力计算结果为，这主要是因为Prandtl公式并没有考虑地基自重的作用。19 世hil对Prandtl地基破坏模型进行改善，提出了自己所假设的滑裂线地基极限承载力由包括以下三个方面[10]：土的内聚力c 、基础两度 。滑动区分为如下 3 个区域，Ⅰ区为弹性压密区；Ⅱ区为普则是朗肯被动区，破裂面与水平面之间夹角为 45 /2。他将弹基础底面夹角由 45 /2改为 ，过渡区辐射线范围由 /2。太沙基极限承载力模型如图 1-2 所示。

图 1-1 Prandtl 地基极限承载力理论模型Figure 1-1 Prandtl model of ultimate bearing capacity for foundation .Prandtl理论的基础上， H Reissner对公式（1.3）进行了修正，考响。 H Reissner将基础两侧土层的作用等效为均布荷载（ q d）埋置深度作用的地基承载力计算式：ucqp cN qNPrandtl公式进行计算时，当 c 0， d 0时，出现承载力计算结果况，，这主要是因为Prandtl公式并没有考虑地基自重的作用。19 世zaghil对Prandtl地基破坏模型进行改善，提出了自己所假设的滑裂线为地基极限承载力由包括以下三个方面[10]：土的内聚力c 、基础重度 。滑动区分为如下 3 个区域，Ⅰ区为弹性压密区；Ⅱ区为区则是朗肯被动区，破裂面与水平面之间夹角为 45 /2。他将与基础底面夹角由 45 /2改为 ，过渡区辐射线范围由 4 /2。太沙基极限承载力模型如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU470

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本文编号：2607601