Hill稳定条件在有限元法计算地基承载力中的应用

摘要

对大型有限元分析软件ABAQUS进行二次开发，以条形地基极限承载力问题为例，探讨有限元方法结合Hill稳定充分条件在求解岩土工程承载力问题中的应用。根据Hill稳定充分条件，当系统局部二阶功小于0时，地基局部潜在失稳；当整体二阶功小于0时，地基达到极限状态，可能发生整体失稳。探讨剪胀角对地基承载力的影响，并将有限元方法结合Hill稳定充分条件的计算结果和常规有限元法计算的结果与已有的数值、理论结果进行比较。结果表明：在剪胀角比摩擦角小很多时，与常规有限元法计算结果相比，有限元方法结合Hill稳定条件，计算得到的地基极限承载力更加接近理论解；当剪胀角和摩擦角接近时，二者计算结果基本一致，均能得到较为合理的结果。有限元方法结合Hill稳定条件，能较好地预测地基潜在失稳区域，可以判定结构的局部稳定性和整体稳定性，能同时描述地基的面破坏模式和场破坏模式，而且有理论基础和明确的物理意义，应用方便，是一种值得推荐的方法。