岩质边坡地基与上部结构及基础的共同作用分析

摘要

在我国山区的城市建设中，大量的建筑物需要建设在边坡地基上。岩质边坡地基-上部结构-基础的共同作用研究成为岩土工程实践中所面临的一个具有现实意义的重要课题。本文在该课题现有研究成果的基础上，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，对岩质边坡地基与上部结构及基础的共同作用进行了进一步的深入研究，所做的主要工作和相关研究结论如下：
　　 ①针对不同基础型式，对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响进行了研究。计算分析表明，在岩质边坡地基上，为减小上部结构位移，降低上部结构次应力的影响，提高坡体的安全度，各种不同基础型式中，以桩基础最优，如需采用浅基型式(独基、条基、筏基)，也应优先采用连续基础(筏基或条基)。数值分析结论对工程实践具有一定参考意义。
　　 ②针对岩体强度、边坡坡度及边坡高度的不同情况，对边坡体对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响进行了研究，计算分析表明：
　　 1)边坡岩体强度较高时，边坡及上部结构的水平和竖向位移均较小，基础的沉降量、差异沉降及弯矩内力也较小；岩体强度对底层柱内力的影响显著；岩体强度越低，上部结构产生的次应力越大。
　　 2)坡度较大时，坡体及上部结构会向边坡临空面前倾，坡度较小时则相反；坡度越缓，坡体位移越小，基础平均沉降量也越小，近坡面的柱底处基础内力越大，柱间处则越小，同时上部结构弯矩分布趋于对称，但底层框架边柱的弯矩内力值较刚性地基情况有所增大。
　　 3)坡高越大，边坡及上部结构的位移也越大，边坡塑性区也越大，坡面不均匀沉降趋势也越大，基础平均沉降量亦越大；坡高的变化对靠近坡面的基础弯矩内力影响较大，坡高越大，柱底处基础内力越大，柱间处则减小；坡高造成上部底层框架中柱上产生弯矩且柱底比柱顶大；随坡高的增大，底层框架边柱的弯矩内力较刚性地基情况会增大，且在柱底处更为突出。
　　 ③针对上部建筑距边坡的距离及建筑层数对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响进行了计算分析研究，结果表明：
　　 1)增大建筑边距对减少坡体及上部结构的水平位移，降低筏基平均沉降量，提高边坡稳定性有重要意义。边距较小时，筏基整体倾斜表现为朝边坡临空面前倾，边距较大时反之；边距的改变对近坡面的基础内力影响较大，边距越大，柱底处基础内力越大，柱间处则会减小；随着建筑边距的增加，上部结构底层中柱弯矩减小，但边柱的弯矩较刚性地基情况则会增大。
　　 2)建筑层数越少，坡体及上部结构的位移也越小，安全度也越高，筏基整体沉降也趋于平缓；建筑层数的变化对上部结构和基础的内力影响显著，层数较多时，无论是柱底还是柱间处，筏基的内力均会随之增大，同时近坡面处基础弯矩较远离坡面处的基础弯矩会有所增大；减少建筑层数，坡项上部结构内力趋于对称(中柱弯矩减小)，而增加建筑层数，底层框架边柱的内力分布则会产生反向，尤其是近坡面处边柱底端弯矩。其中有关结果对工程设计具有参考意义。
　　 ④采用C++语言在VC++平台中编制了岩质边坡地基与上部结构及基础共同作用分析计算程序RSFIAP-2008，该程序可对多高层框架结构与柱下独基、条基、筏基、桩基及均质岩坡地基的共同作用受力问题进行计算分析，在科学研究和工程实践领域中有一定的实践利用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1上部结构与地基基础共同作用分析的研究现状

1.2.2边坡地基与上部结构及基础共同作用国内外研究现状

1.3论文的研究目的、内容与技术路线

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.3.3研究的技术路线

2岩质边坡地基与上部结构及基础的有限元分析基本理论

2.1引言

2.2岩质边坡地基的有限元分析

2.2.1边坡地基本构模型

2.2.2边坡地基单元模拟

2.2.3应变和应力计算

2.2.4单元刚度矩阵

2.3上部结构的有限元分析

2.3.1子结构法原理

2.3.2共同作用分析中上部结构刚度和荷载的凝聚

2.3.3上部结构刚度方程的形成

2.4基础的有限元分析

2.4.1不同基础型式分析时的单元模拟

2.4.2八结点平面等参弯曲单元及Reissner厚板弯曲理论

2.5小结

3岩质边坡地基与上部结构及基础的共同作用理论及计算程序

3.1共同作用分析的基本理论

3.1.1上部结构与基础的耦合

3.1.2基础与地基的接触方式

3.1.3共同作用分析的基本方程

3.2共同作用分析计算程序

3.2.1程序说明

3.2.2 VC++编程平台的使用

3.2.3程序中的主要类对象

3.2.4程序计算流程图

3.3小结

4基础型式对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响

4.1引言

4.2独立基础

4.2.1计算模型建立

4.2.2计算结果及分析

4.3条形基础

4.3.1计算模型建立

4.3.2计算结果及分析

4.4筏板基础

4.4.1计算模型建立

4.4.2计算结果及分析

4.5桩基础

4.5.1计算模型建立

4.5.2计算结果及分析

4.6小结

5边坡体对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响

5.1引言

5.2边坡岩体强度对共同作用的影响

5.2.1计算模型建立

5.2.2计算结果及分析

5.3边坡坡度对共同作用的影响

5.3.1计算模型建立

5.3.2计算结果及分析

5.4边坡高度对共同作用的影响

5.4.1计算模型建立

5.4.2计算结果及分析

5.5小结

6上部建筑对上部结构-基础-岩质边坡地基共同作用的影响

6.1引言

6.2建筑边距对共同作用的影响

6.2.1计算模型建立

6.2.2计算结果及分析

6.3建筑层数对共同作用的影响

6.3.1计算模型建立

6.3.2计算结果及分析

6.4小结

7结论及展望

7.1主要研究成果及结论

7.2后继研究的展望及建议

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读博士学位期间发表的论文