【摘要】：近幾十年來,設計人員在進行地基基礎設計時,對于地基承載力問題通常將地基視為各向同性介質。然而,在土體顆粒自身重力和外部荷載的作用下,使得土的強度具有不同程度的各向異性狀態(tài),這使得傳統(tǒng)的設計方法具有一定局限性和不安全性。因此,研究土體強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理論的基礎上,建立了強度各向異性下抗剪強度指標參數的計算公式,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。通過分析結果,得到以下結論:(1)對土體的各向異性強度理論的產生機理進行了詳細的闡述;并根據巖土材料的微觀組構理論和Mohr-Coulomb強度準則,對各向異性狀態(tài)下的抗剪強度指標進行了修正,并提出考慮各向異性下c、?值的修正公式,并結合已有的試驗結果對該公式的有效性進行驗證。(2)詳細介紹了Mohr-Coulomb屈服準則,Matsuoka-Nakai屈服準則和Lade-Duncan屈服準則與Drucker-Prager準則之間的等效代換原理,總結了系列Drucker-Prager準則在ABAQUS中參數輸入計算方法及剪脹角的轉換關系。不同剪脹角的選取對地基極限承載力的大小會產生不同程度的影響,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算有著重要的意義。(3)在強度各向異性跟各向同性情況下,在不同準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屈服準則所得值M-N屈服準則所得值DP4屈服準則所得值M-C屈服準則所得值。在實際工程中,地基承載力的取值可考慮取M-C屈服準則與L-D屈服準則計算值之間范圍的值,在該范圍內的地基極限承載力取值較M-C屈服準則計算值有不同程度的提高,從而使得工程設計更加經濟合理。(4)將各向異性強度引入計算地基承載力的有限元法中,并結合算例對各種方法計算得到的結果進行了詳細對比和分析。通過理論解與有限元數值解的比較,驗證了本文所提方法的合理性。并對比三軸試驗參數及平面應變參數下模擬的地基極限承載力值,說明三軸試驗參數模擬所得值與平面應變參數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,導致臨坡地基在這兩種試驗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。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相關關系,且隨著基礎距坡頂的距離越大,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,當坡頂距較小時,不同坡角的地基極限承載力值相差較大;當坡頂距較大時,不同坡角的地基承載力差距逐漸減小,此時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。當臨坡地基坡頂距較小或坡角較大時,臨坡一側的塑性區(qū)范圍明顯大于另一側,兩側塑性區(qū)呈不對稱分布,當臨坡地基坡頂距很小或坡角很大時,臨坡一側土體抗力明顯減弱,此時塑性區(qū)從基礎一側貫穿到邊坡坡角,地基的破壞模式呈明顯非對稱性;隨著坡頂距的逐漸增大,基礎兩側的塑性區(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理論的基礎上， H Reissner對公式（1.3）進行了修正，考慮。 H Reissner將基礎兩側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算式：ucqp cN qNrandtl公式進行計算時，當 c 0， d 0時，出現(xiàn)承載力計算結果為，這主要是因為Prandtl公式并沒有考慮地基自重的作用。19 世hil對Prandtl地基破壞模型進行改善，提出了自己所假設的滑裂線地基極限承載力由包括以下三個方面[10]：土的內聚力c 、基礎兩度 �；瑒訁^(qū)分為如下 3 個區(qū)域，Ⅰ區(qū)為彈性壓密區(qū)；Ⅱ區(qū)為普則是朗肯被動區(qū)，破裂面與水平面之間夾角為 45 /2。他將彈基礎底面夾角由 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理論的基礎上， H Reissner對公式（1.3）進行了修正，考響。 H Reissner將基礎兩側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算式：ucqp cN qNPrandtl公式進行計算時，當 c 0， d 0時，出現(xiàn)承載力計算結果況，，這主要是因為Prandtl公式并沒有考慮地基自重的作用。19 世zaghil對Prandtl地基破壞模型進行改善，提出了自己所假設的滑裂線為地基極限承載力由包括以下三個方面[10]：土的內聚力c 、基礎重度 �；瑒訁^(qū)分為如下 3 個區(qū)域，Ⅰ區(qū)為彈性壓密區(qū)；Ⅱ區(qū)為區(qū)則是朗肯被動區(qū)，破裂面與水平面之間夾角為 45 /2。他將與基礎底面夾角由 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。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU470

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本文編號：2607601