【摘要】：近幾十年來,設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),對于地基承載力問題通常將地基視為各向同性介質(zhì)。然而,在土體顆粒自身重力和外部荷載的作用下,使得土的強(qiáng)度具有不同程度的各向異性狀態(tài),這使得傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有一定局限性和不安全性。因此,研究土體強(qiáng)度各向異性對地基極限承載力的影響具有重大的意義。本文為了考慮天然土體的各向異性特征,在土體材料微觀組構(gòu)理論的基礎(chǔ)上,建立了強(qiáng)度各向異性下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算公式,并通過極限平衡法和有限元法對地基極限承載力進(jìn)行一系列研究。選取杭州市典型地基粉土為研究對象,研究不同屈服法則、考慮強(qiáng)度各向異性情況對地基(水平地基和臨坡地基)極限承載力的影響,同時(shí)探尋臨坡地基的坡角、坡頂距對極限承載力、破壞形態(tài)的影響情況。通過分析結(jié)果,得到以下結(jié)論:(1)對土體的各向異性強(qiáng)度理論的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述;并根據(jù)巖土材料的微觀組構(gòu)理論和Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則,對各向異性狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了修正,并提出考慮各向異性下c、?值的修正公式,并結(jié)合已有的試驗(yàn)結(jié)果對該公式的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。(2)詳細(xì)介紹了Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則,Matsuoka-Nakai屈服準(zhǔn)則和Lade-Duncan屈服準(zhǔn)則與Drucker-Prager準(zhǔn)則之間的等效代換原理,總結(jié)了系列Drucker-Prager準(zhǔn)則在ABAQUS中參數(shù)輸入計(jì)算方法及剪脹角的轉(zhuǎn)換關(guān)系。不同剪脹角的選取對地基極限承載力的大小會產(chǎn)生不同程度的影響,地基承載力值的大小隨剪脹角的增大而增大,合理地選取剪脹角對地基承載力的計(jì)算有著重要的意義。(3)在強(qiáng)度各向異性跟各向同性情況下,在不同準(zhǔn)則下的臨坡地基極限承載力大小有所差異,但表現(xiàn)出一致的趨勢,即為:L-D屈服準(zhǔn)則所得值M-N屈服準(zhǔn)則所得值DP4屈服準(zhǔn)則所得值M-C屈服準(zhǔn)則所得值。在實(shí)際工程中,地基承載力的取值可考慮取M-C屈服準(zhǔn)則與L-D屈服準(zhǔn)則計(jì)算值之間范圍的值,在該范圍內(nèi)的地基極限承載力取值較M-C屈服準(zhǔn)則計(jì)算值有不同程度的提高,從而使得工程設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。(4)將各向異性強(qiáng)度引入計(jì)算地基承載力的有限元法中,并結(jié)合算例對各種方法計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對比和分析。通過理論解與有限元數(shù)值解的比較,驗(yàn)證了本文所提方法的合理性。并對比三軸試驗(yàn)參數(shù)及平面應(yīng)變參數(shù)下模擬的地基極限承載力值,說明三軸試驗(yàn)參數(shù)模擬所得值與平面應(yīng)變參數(shù)模擬所得值之間的誤差不容忽視。此外,由于水平地基與臨坡地基的破壞滑裂面范圍不同,導(dǎo)致臨坡地基在這兩種試驗(yàn)條件下所得地基承載力的差值較水平地基小。(5)臨坡地基的地基極限承載力與邊坡模型的坡角與坡頂距有關(guān)。在相同條件下各向同性地基極限承載力值均大于各向異性值;在各向同性和各向異性的情況下,臨坡地基極限承載力與坡角成負(fù)相關(guān)關(guān)系,且隨著基礎(chǔ)距坡頂?shù)木嚯x越大,邊坡角對于地基承載力的影響越小;在各向同性和各向異性的情況下,臨坡地基極限承載力均隨坡頂距的增大而增大,當(dāng)坡頂距較小時(shí),不同坡角的地基極限承載力值相差較大;當(dāng)坡頂距較大時(shí),不同坡角的地基承載力差距逐漸減小,此時(shí)可將臨坡地基視為水平地基。(6)臨坡地基的塑性區(qū)分布與臨坡地基模型的坡角與坡頂距有關(guān)。當(dāng)臨坡地基坡頂距較小或坡角較大時(shí),臨坡一側(cè)的塑性區(qū)范圍明顯大于另一側(cè),兩側(cè)塑性區(qū)呈不對稱分布,當(dāng)臨坡地基坡頂距很小或坡角很大時(shí),臨坡一側(cè)土體抗力明顯減弱,此時(shí)塑性區(qū)從基礎(chǔ)一側(cè)貫穿到邊坡坡角,地基的破壞模式呈明顯非對稱性;隨著坡頂距的逐漸增大,基礎(chǔ)兩側(cè)的塑性區(qū)范圍逐漸趨于相同,臨坡地基的破壞模式將越來越接近于水平地基。
【圖文】：

圖 1-1 Prandtl 地基極限承載力理論模型Figure 1-1 Prandtl model of ultimate bearing capacity for foundationrandtl理論的基礎(chǔ)上， H Reissner對公式（1.3）進(jìn)行了修正，考慮。 H Reissner將基礎(chǔ)兩側(cè)土層的作用等效為均布荷載（ q d）作置深度作用的地基承載力計(jì)算式：ucqp cN qNrandtl公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，當(dāng) c 0， d 0時(shí)，出現(xiàn)承載力計(jì)算結(jié)果為，這主要是因?yàn)镻randtl公式并沒有考慮地基自重的作用。19 世hil對Prandtl地基破壞模型進(jìn)行改善，提出了自己所假設(shè)的滑裂線地基極限承載力由包括以下三個(gè)方面[10]：土的內(nèi)聚力c 、基礎(chǔ)兩度 。滑動(dòng)區(qū)分為如下 3 個(gè)區(qū)域，Ⅰ區(qū)為彈性壓密區(qū)；Ⅱ區(qū)為普則是朗肯被動(dòng)區(qū)，破裂面與水平面之間夾角為 45 /2。他將彈基礎(chǔ)底面夾角由 45 /2改為 ，過渡區(qū)輻射線范圍由 /2。太沙基極限承載力模型如圖 1-2 所示。

圖 1-1 Prandtl 地基極限承載力理論模型Figure 1-1 Prandtl model of ultimate bearing capacity for foundation .Prandtl理論的基礎(chǔ)上， H Reissner對公式（1.3）進(jìn)行了修正，考響。 H Reissner將基礎(chǔ)兩側(cè)土層的作用等效為均布荷載（ q d）埋置深度作用的地基承載力計(jì)算式：ucqp cN qNPrandtl公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，當(dāng) c 0， d 0時(shí)，出現(xiàn)承載力計(jì)算結(jié)果況，，這主要是因?yàn)镻randtl公式并沒有考慮地基自重的作用。19 世zaghil對Prandtl地基破壞模型進(jìn)行改善，提出了自己所假設(shè)的滑裂線為地基極限承載力由包括以下三個(gè)方面[10]：土的內(nèi)聚力c 、基礎(chǔ)重度 。滑動(dòng)區(qū)分為如下 3 個(gè)區(qū)域，Ⅰ區(qū)為彈性壓密區(qū)；Ⅱ區(qū)為區(qū)則是朗肯被動(dòng)區(qū)，破裂面與水平面之間夾角為 45 /2。他將與基礎(chǔ)底面夾角由 45 /2改為 ，過渡區(qū)輻射線范圍由 4 /2。太沙基極限承載力模型如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU470

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本文編號：2607601