管线地基极限承载特性研究

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianxiangqiao
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管线地基的极限承载能力与管线在位稳定性密切相关。管线的圆形截面形状使得传统条形基础承载力的研究成果难以直接应用于分析管线地基的极限承载特性。本论文主要通过理论分析和有限元数值模拟方法对管线地基承载特性进行研究。   基于塑性力学滑移线理论,对管线地基承载特性进行了理论分析。采用有限差分法分别生成Tresca和Mohr-Coulomb屈服条件下的滑移线场,推导得到了考虑管土接触摩擦条件下分别符合Tresca和Mohr-Coulomb屈服条件时的地基极限载荷解析解。参量分析发现,管线地基的滑移线场范围以及无量纲极限载荷均随着管土摩擦系数以及管线沉降量的增加而增大;当管线沉降量较大时,若采用传统条形基础的承载力公式将高估管线地基的极限载荷值;而当预埋深度接近零时,管线地基的极限载荷公式退化为传统条形基础的情况。在Mohr-Coulomb破坏条件下,管线地基的极限载荷值随着土体内摩擦角增加而增大;当土体内摩擦角为零时,管线地基的极限载荷公式则退化为Tresca屈服条件的情况。   提出了一种分析管线地基极限承载力的平面应变有限元数值模拟方法。采用自适应网格技术和接触对算法,并利用扩展Drucker-Prager本构模型描述地基土体塑性,模拟了管线沉入弹塑性地基时土体塑性区扩展的准静态过程。研究了不同土性和管土界面摩擦条件下的管土接触力分布、地基土体塑性变形以及速度矢量场特性。数值结果分析发现,利用载荷沉降曲线并结合地基塑性应变分布图和速度矢量图,可判别管线地基的剪切破坏型式(如整体剪切破坏、冲剪破坏等),并进而确定管线地基的极限载荷。将有限元分析结果与滑移线理论解进行对比分析发现,有限元计算得到的地基整体剪切破坏时的速度矢量图(滑移构型图)与滑移线理论解的滑移构型吻合得较好;采用两种方法得到的管线地基极限载荷值也具有很好的可比性。  
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