基于参数折减法的地基安全系数及承载力数值试验方法研究

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在工业和民用建筑中,合理确定地基承载力是工程勘察和基础设计的重要内容。现阶段,地基承载力的确定途径有两种,一是根据土的强度特性,结合地基破坏特点,用不同的理论方法进行计算;另一种是结合建筑经验和使用某些现场试验方法,以确定地基承载力。地基承载力的课题的涉及面很广,影响因素较多,如土体材料和力学性质,基础尺寸,埋置深度等。然而,为简化计算,多数理论计算公式中存在不符合实际的假设条件,而经验公式仅仅是一定程度的数学变换,缺乏理论支持,现场原位试验费时耗资,操作复杂,测试周期太长,测点随意性大,尺寸效应明显等,这些都是实际存在的问题。本文将边坡稳定分析中的强度折减法通过调整折减参数,形成了一种新的参数折减法,并将其应用于地基稳定性评价和承载力求解问题中,进行了以下研究工作:   (1)总结了常用地基承载力概念以及计算方法,分析比较了不同确定方法的优点和不足,提出了地基承载力数值算法的思想。   (2)介绍了边坡稳定分析中强度折减法的基本原理和实现过程,通过对折减参数选择问题的讨论,提出将强度折减法理论应用于地基稳定分析中的新思路。   (3)讨论各种经典极限承载力计算方法的优缺点,提出了参数折减法的折减原理、实现过程、以及方法正确性验证的判别条件式,这也是本文的理论核心和创新点。   (4)建立数值载荷试验的有限元模型,通过对四种不同极限状态判据的讨论,确定了极限承载力,验证了参数折减方法的正确,并得出当以塑性应变出现和塑性区贯通作为极限状态判断标准时,对于小尺寸基础的模型可以应用参数折减法来求解地基安全系数的结论。   (5)将数值方法计算得到的地基承载力与解析算法、强度折减法的结果进行对比,得出解析结果偏大,而强度折减法是不适用的。   (6)建立大尺寸基础的地基模型,通过对几种极限状态判断方法以及变基础宽度,变基础长度,变基础埋深的地基模型进行大量数值加载试验,结果表示,以塑性区贯通至地表作为极限状态判据,可以应用于参数折减法求解地基安全系数的过程中,并得到了极限承载力随基础尺寸和埋深变化的关系曲线。   (7)提出了基于参数折减法的地基稳定性评价方法,定义了极限承载安全系数,给出安全系数的计算公式,通过算例介绍了该方法的具体应用过程,得到参数折减法可以作为地基稳定系数计算和承载力确定的一种新方法,该方法具有省时省力,计算简便,耗资少的特点,但在基础设计时仍需要参考规范和现场原位试验等方法按照最不利工况决定。
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