考虑应力状态的圆形基础地基承载力研究

摘要

随着我国经济的飞速发展，国家石油战略储备政策的提高以及工农业的发展，近年来新建了一批油罐与筒仓，这些建筑物的圆形基础地基承载力问题亟待解决，但目前国内关于圆形基础地基承载力的研究还是很欠缺的。现有的地基承载力理论计算中，都没有考虑土体的实际应力状态，即假定静止土压力系数K0=1，认为土的自重应力场和静水应力场一样，土处于各向等压状态，人为地增大了围压，这种做法过高地估计了地基的承载能力，是偏危险的。可见现有的基础承载力计算方法已无法满足圆形基础地基承载力的设计要求。故本文综合考虑了实际应力状态和基础形状这两大因素，采用数值计算的方法求解考虑了实际应力状态的圆形基础地基承载力；然后对现有地基承载力计算公式进行形状修正，得到了圆形基础承载力近似计算公式；最后结合有限元进行模拟分析，研究土体实际应力状态对圆形基础地基承载力的影响。主要的研究内容如下：
　　（1）本文通过自编程序求解考虑地基土实际应力状态的圆形基础地基承载力。在静止土压力系数K0≠1的情况下，运用MATLAB编程求解圆形基础下地基中任意点的附加应力，将其与自重应力进行叠加得到该点的总应力表达式，再依据材料力学知识得到该点的大小主应力，然后依据摩尔库伦极限平衡理论，得到关于p的极限平衡方程，在给定深度z=d/4处，可得到圆形基础临界荷载p1/4的方程，输入土体的抗剪强度等基本参数，以此来求得圆形基础的临界荷载。并对土体参数进行分析，得到关于土体内摩擦角φ、粘聚力c、静止土压力系数K0与临界荷载p1/4之间的变化关系，得到土体强度参数c、φ变化对圆形基础地基承载力增加量的影响规律。
　　（2）将编程求得的圆形基础临界荷载与现有的条形基础临界荷载计算结果进行对比，以此可求得基础的形状修正系数。通过曲线拟合的方式，得到各形状修正系数的表达式，进而得到考虑应力状态的圆形基础临界荷载近似公式，以方便工程的实际运用。
　　（3）运用大型有限元软件ABAQUS对圆形基础作用下的地基进行建模分析，与编程结果、近似公式计算结果相互验证和对比分析。模拟时，将编程得到的临界荷载p1/4作为基底压力作用于所建基础模型的底部，使地基发生变形，再将场变量输出结果变为塑性区，观察到塑性区的发展深度大约为圆形基础直径的1/4，从而可与编程结果相互验证；选择2种典型的土体，通过改变静止土压力系数的方式，得到圆形基础地基承载力随着土体实际应力状态改变的变化规律。

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第1章 绪论

1.1 地基承载力基本概念

1.2 圆形基础地基承载力确定方法及研究现状

1.3 静止土压力系数确定方法及现状

1.4 本文主要工作

第2章 考虑应力状态的圆形基础地基承载力确定方法

2.1 条形基础地基临界荷载的计算方法

2.2 现有关于圆形基础临界荷载的计算方法

2.3 圆形基础地基临界荷载的数值计算方法

2.4 本章小结

第3章 考虑应力状态的圆形基础地基承载力近似公式

3.1 引言

3.2 圆形基础临界荷载近似公式的确定方法

3.3 本章小结

第4章 圆形基础地基承载力的有限元模拟

4.1 有限元法的概述

4.2 圆形基础有限元模拟分析

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢