条形基础下斜坡地基极限承载力及影响因素研究

摘要

在工程建设领域，经常需要把基础设置在临近边坡的地基上或者具有一定斜坡的地基上。在现行成果中，对斜坡地基的破坏模式没有给出明确阐述，对斜坡地基的极限承载力的确定也没有给出具体的计算方法。如果能准确地计算斜坡地基极限承载力，将为斜坡地基上的基础设计提供理论依据，使基础工程的设计更为可靠和合理，将有效降低基础工程的建设成本。本文采用极限平衡法、极限分析法等理论方法结合离心模型试验对条形基础作用下临坡及斜坡地基的破坏形态、极限承载力以及影响因素进行了较为深入、系统地研究。
　　本研究主要内容包括：⑴建立了临坡及斜坡地基极限承载力计算模型，采用极限平衡法、极限分析法进行了分析和比较，推导了临坡及斜坡地基极限承载力计算公式，研究表明，该公式具有较高的计算精度。通过编程计算，系统分析了各类因素对于地基极限承载力的影响，较已有成果，论文对于三个承载力系数影响因素的分析更为全面、深入。引入“等代自由面”及“虚拟滑动面”概念，考虑坡后土体对于基础下弹性核ADE的平衡作用，建立了小坡度斜坡地基的双侧滑移破坏模型，提高了小坡度斜坡地基极限承载力的计算精度。⑵基于滑移线场理论，建立了临坡、斜坡地基的滑移破坏模型。根据临坡、斜坡地基坡前、坡后土体的塑性边界条件，引入“坡顶距影响系数”的概念，推导了基于滑移线场理论的无重土临坡、斜坡地基极限承载力解析公式，为快速估算临坡及斜坡地基的极限承载力提供了一种简便方法。对于有重土地基，提出了利用有限差分方法构造应力场，根据已知边界条件来获得地基极限承载力的具体方法。介绍了基于滑移线场理论，采用有限差分方法获取临坡及斜坡地基滑移线场及应力分布场的方法，并通过实例进行了验证，该方法为准确获取临坡及斜坡地基的位移场、应力场提供了一条有效途径。⑶通过数值仿真计算，研究了临坡及斜坡地基的变形破坏机理，获得了不同条件下的临坡及斜坡地基的位移场和应力场。基于临坡及斜坡地基的数值仿真计算，系统分析了地基土黏聚力、内摩擦角、边坡角、坡顶距、基础埋深、斜坡高度、基底粗糙度等因素对于临坡及斜坡地基极限承载力的影响。针对纯黏土，提出了“临界强度”、“过渡点”的概念，建立了临坡及斜坡地基的土体强度与地基破坏模式的定量对应关系，并通过对仿真数据的统计分析，绘制了代表性的临坡及斜坡地基的极限承载力等值线图，可为实际工程中快速准确地确定斜坡地基极限承载力及进行边坡稳定性分析等提供参考。⑷通过离心模型试验，进一步研究了临坡地基在条形荷载作用下的变形机理和破坏形态，以及荷载位置、基底接触条件、条形基础宽度等因素对地基极限承载力的影响，并将试验结果与理论计算结果进行了比较，验证了理论分析方法的可行性。

目录

第一章 绪论

1.1选题的背景和意义

1.2 地基极限承载力的研究现状及进展

1.3 斜坡地基极限承载力的研究现状及进展

1.4 本文拟研究的主要内容

第二章 基于极限平衡与极限分析法的临坡地基极限承载力计算

2.1 基于极限平衡法的临坡地基极限承载力求解

2.2 基于极限分析法的临坡地基极限承载力求解

2.3 承载力系数的讨论

2.4 本章小结

第三章 基于极限平衡与极限分析法的斜坡地基极限承载力计算

3.1 基于极限平衡法的斜坡地基极限承载力求解

3.2 基于极限分析法的斜坡地基极限承载力求解

3.3 承载力系数的讨论

3.4 本章小结

第四章 基于滑移线理论的临坡及斜坡地基极限承载力计算

4.1 土的极限平衡条件及微分方程

4.2 特征线方程

4.3 基于滑移线场理论的无重土地基承载力计算

4.4 滑移线的有限差分表达式

4.5 临坡地基的滑移线场

4.6 斜坡地基的滑移线场

4.7基于滑移线场理论的有重土地基承载力计算

4.8 实例验证

4.9 本章小结

第五章 临坡及斜坡地基极限承载力仿真分析

5.1 有限元计算模型

5.2 地基极限承载力的确定方法

5.3 模型验证

5.4 极限承载力及影响因素

5.5地基极限承载力等值线

5.6本章小结

第六章 临坡地基离心模型试验研究

6.1试验设备与测量技术

6.2试验方案与试验模型

6.3试验结果分析

6.4本章小结

结论与展望

主要结论

创新点

展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢