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地基承载力和土体稳定是岩土力学两大经典课题。城市土地资源稀缺,土层结构复杂,地基处理手段的多样化,高层建筑的大尺度、大埋深,对刚性荷载作用下地基承载力评价从理论和实践都提出了更高的要求;同时,高速公路、铁路的迅猛发展,对柔性荷载作用下路堤边坡的稳定和刚性桩复合地基的设计提出了新的挑战。本文将极限分析法和有限差分法应用于若干刚、柔性荷载作用下土体的破坏机理研究中,针对不同问题提出了相应的设计和控制理论,主要内容如下: (1)阐述了刚、柔性荷载下地基承载力和复合地基路堤稳定研究的发展状况,总结了当前研究中存在的问题。 (2)针对c-φ型土质边坡上刚性基础的极限承载力问题,利用极限分析程序(Discontinuity Layout Optimization(DLO))建立数值分析模型,论述了该模型中存在的承载力和稳定问题,讨论六种不同的破坏模式及其转化机理,给出包含破坏模式信息的极限承载力设计图表,并对国内外规范推荐的计算方法进行评价。 (3)为分析地下空洞的存在对c-φ型土体上刚性基础极限承载力的影响,基于极限分析程序DLO计算并讨论该课题中存在的承载力和稳定问题,分析单个、多个方形空洞位于基础下不同位置时,对不同强度土体的破坏模式和极限承载力的影响,并给出设计图表。对于黏性土来说,最不利空洞位置位于基础正下方,对于c-φ型土来说,最不利空洞位于偏移0.5-2倍基础宽度处。 (4)针对地基处理后形成的上层砂土下层黏土的双层地基承载力课题,建立有限差分法模型研究了基底粗糙程度,剪胀角,和超载对其破坏机理及极限承载力的影响;根据数值计算结果对比加权平均法,扩散角理论,和冲剪破坏理论,提出在上覆砂土较深时根据太沙基局部剪切破坏进行修正的改进方法。 (5)为研究埋深对散体桩复合地基承载力系数的影响规律,基于有限差分法模型分析超载水平对不同置换率和桩长的复合地基破坏模式及极限承载力,确定了复合地基发生浅基础和实体基础破坏模式,分析承载力系数的变化规律,指出当前规范建议值严重低估复合地基深度修正系数。基于浅基础破坏模式,提出复合地基承载力系数的上限解计算公式,利用极限平衡法计算实体基础破坏承载力的表达式,并在此基础上提出了预测和判断复合地基破坏模式及承载力系数的理论方法,通过数值解验证了其准确性和可靠性。 (6)针对刚性桩复合地基支承路堤的连续破坏课题,首先开展桩体破坏后不同性状的模拟对路堤边坡稳定的数值研究,确定桩体破坏顺序,并且提出路堤荷载下刚性桩连续破坏的概念,精细化研究了复合地基支承路堤由局部破坏引发整体失稳的全过程,提出了路堤下复合地基关键桩的概念,初步建立了分区不等强设计的复合地基和路堤边坡稳定控制方法。