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地基承载力问题,是土力学经典的基本问题。目前,国内外一些地基设计规范都是运用线性变形理论(即弹性理论)去计算地基的变形,并且规定作用在地基上的压力必须保证地基在线性变形阶段。但是实践证明,地基处于弹塑性变形阶段时仍然可以承受比较大的荷载,并且沉降也完全满足要求。特别是对于中等压缩性和低压缩性地基,更经常遇到这种情况。这就提出了在变形满足的条件下,让地基工作到弹塑性状态,以充分利用地基承载力,减小基础的尺寸,达到经济的效果这样一个重要课题。
本文在总结了现有极限承载力理论分析方法、特别是陆培炎给出的考虑地基弹塑性工作状态下强度与变形计算方法基础上,探讨了一些基本假设和推导方法。基于希尔调和挤出图,利用塑性力学滑移线理论研究了条形基础下地基弹塑性荷载的计算方法,建立了与目前规范中安全度概念一致的塑性荷载利用率的概念,给出了既考虑弹塑性工作状态又可供工程中实用方法。最后通过一个工程实例验证了这种计算地基弹塑性荷载方法的正确性和在实际工程中利用地基弹塑性荷载的可行性。
本文的主要工作有以下几个方面:
1.一般的教科书和资料中在计算地基的临塑承载力时都是假定土的侧压系数K0=1,这样的假定与实际情况不相符合。本文在考虑地基土的侧压系数K0≠1的一般情况下,推导了条形基础下地基临塑承载力的计算公式。另外给出了有埋深无容重(q≠0,γ=0,φ≠0,c≠0)粘性土地基模型临塑承载力的计算方法,克服了目前仅有的γ≠0公式的不足。
2.在运用分类再叠加的方法求解地基承载力的时候,研究了在一般情况下地基土的内聚力c对地基承载力的影响,即在将土的内聚力分为c1和c2这样一般的情况下进行地基承载力的分析,得到了如下的结论:
只要满足c1+c2=c关系式,则地基的内聚力c对地基承载力的影响效果是一定的,以往理论分析中简单将c分为c1=c的粘性土和c2=0沙性土只是特例情况。
3.对于无埋深有容重(q=0,γ≠0,φ≠0,c≠0)的粘性土地基,直接从滑移线方程出发,利用了对数螺旋线的数学性质,推导出更为精确的极限承载力计算公式。对于有埋深无容重的粘性土,直接从滑移线方程出发,求解了极限承载力。
4.为了更好地进行地基土处于非线性变形阶段时弹塑性承载力的计算,定义了一个弹塑性荷载利用率ε的概念,给出了具有工程意义的弹塑性安全度Kep概念,以方便实际工程时中运用。同时利用这一定义的概念对陆培炎提出的危险度给出了合理的解释。
5.给出一个工程实例以验证本文的结论,显示了良好的应用前景。