基于上限分析有限元的岩溶区地基承载力研究

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岩溶地貌在我国中西部地区广泛分布,随着国家西部大开发战略和城市化进程的快速推进,基础设施和工业民用建筑建设热潮如火如荼。目前城乡建设用地紧张问题日益突出,在岩溶发育地区想要避开岩溶发育场地十分困难;大量工程实践经验表明,基础下伏空洞岩溶地基经恰当的处理可作为建筑地基。在制定岩溶地基处理方案之前,需对岩溶区地基的承载力和稳定性进行科学的评价;由于岩溶发育地区影响地基承载力的因素众多,分析评价工作尤为复杂。岩溶地基承载力和稳定性问题的评价方法目前仍然依靠定性分析和工程经验,而定量评价迄今仍处于探索阶段,岩溶地基承载力的确定方法匮乏。深入开展岩溶区地基承载力与稳定性评价及影响因素分析,为合理选取建筑基础形式和制定地基处理方案提供指导,具有重要的工程应用价值和经济意义。针对岩溶区含地下空洞地基承载力计算方法的不足,本文利用上限分析有限元法,对岩溶区含地下空洞的地基承载力问题进行研究。首先,阐述了塑性极限理论的基本原理和假定,及经典上、下限定理;在此基础上,详细地介绍了上限分析有限元法,包括:单元离散化、上限分析有限元法数学规划模型的建立、规划模型的优化求解等。其次,提出了基于上限分析有限元法的岩溶区地基承载力的确定方法,该方法可考虑多种因素对地基承载力的影响,经算例分析表明本文方法具有一定的可行性且计算结果合理。然后,结合算例探讨了参数H/B、D/B和φ等因素对地基极限承载力和相应破坏模式的影响规律,总结给出了含地下空洞地基三种典型的地基破坏模式。最后,利用上限分析有限元法计算机程序计算得到关于岩土体黏聚力、地表超载和土体重度的地基承载力系数的确定图表;并进一步就参数H/B、D/B和φ对各承载力系数的影响进行了分析。
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