土质边坡邻坡条形刚性基础地基承载力研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuheguo99
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随着经济建设发展,因场地及经济条件限制,实践中涌现出越来越多的邻坡建筑工程。邻坡地基承载力问题便愈加成为工程实际中关注的一类重要问题,但现行规范尚无具有充分理论依据的邻坡地基承载力计算方法,相关分析方法还很不完善,实践中亟待解决相关理论与技术问题。本文针对土质边坡条形刚性基础的邻坡地基承载力问题,采用理论分析、数值模拟以及室内物理模型试验等手段,对邻坡地基的可能失稳破坏模式、天然边坡的邻坡地基承载力理论计算方法、挡土墙及抗滑桩支挡边坡的邻坡地基承载力计算方法等问题进行了系统深入的研究。取得的主要研究成果如下:(1)基于邻坡地基可能存在的地基破坏与坡体破坏特征以及塑性机构的机动许可速度条件,构建了邻坡地基的由平面与对数螺旋面组成的5种可能破坏模式(破坏机构),即:邻坡侧单一滑面式、邻坡侧复合滑面式、平地地基广义复合式、邻坡侧广义复合坡体失稳式、邻坡侧广义复合地基破坏式。(2)基于塑性极限分析上限法,建立了邻坡侧为一光滑连续的对数螺旋线、远坡侧为对数螺旋线加平动三角形块体的双侧非对称破坏机构,推导了邻坡条形地基承载力的计算公式。与既有试验结果对比,相对误差多在5%以内,且所得破裂面位置与FLAC3D数值模拟结果吻合。(3)揭示了地基土的内摩擦角、黏聚力、坡角、邻坡距离比、边坡设计安全系数、基础埋深等对邻坡地基的破坏模式及极限承载力的影响规律。内摩擦角和黏聚力与邻坡地基承载力之间分别呈非线性、近似线性的正相关关系,而坡角和边坡设计安全系数则对邻坡地基极限承载力呈非线性负相关影响;地基承载力随邻坡距离比增大而非线性增大,直至邻坡距离比达到一定值后,邻坡地基承载力收敛于相应的平地地基承载力,而地基破坏模式由单侧破坏逐渐变成双侧破坏;基础埋深与邻坡地基承载力之间几乎呈线性正相关关系。(4)基于极限分析上限法,构建了邻坡侧为对数螺旋线加直线的复合模式、远坡侧为对数螺旋区域加平动三角形块体的双侧非对称破坏机构,推导了相应的邻坡条形基础地基承载力上限解。实例分析表明,本方法与既有理论方法结果高度一致,误差多在10%以内。(5)在相关联流动法则的基础上,对传统对数螺线受剪机构的速度场进行优化,引入通过规划求解可确定的非负系数k,构建了具有一般性的广义对数螺线剪切机构,推导了邻坡地基及平地地基的内部能量耗散与重力功率计算公式,得到了相应地基承载力的上限解。与既有上限分析结果相比,本文计算承载力值偏小10%左右,非负系数k对承载力结果影响显著。(6)引入条间剪切力不超过剪切强度条件,提出计算确定条间力系数的边坡稳定性分析的改进条分法。实例分析表明,剪胀角取值对边坡稳定性的影响不大,传递系数法对条间合力倾角的假设比其它简化条分法更合理。同时,提出基于广义对数螺线剪切机构的边坡稳定性分析上限法,其稳定系数计算结果与严格条分法相差在10%以内。(7)根据所建立的广义对数螺线剪切机构以及双侧复合式滑面的邻坡地基承载力分析模型,推导了基于广义复合式滑面机构的邻坡条形基础地基承载力的上限解。其与既有理论方法误差多在10%以内,且本法结果比邻坡侧复合式滑面的结果更小。以反映邻坡地基体系的几何属性对地基承载力削弱影响的综合承载力系数Ns,简化表述邻坡地基相对平地地基的承载力降低特征,编制了坡面剪出破坏时邻坡承载力计算表,其中包含坡面剪出与坡脚外剪出破坏的边坡临界高度。(8)模型试验结果表明,从开始加载到完全破坏,邻坡地基变形大致会经过弹性变形、塑性变形累积和发生破坏三个阶段,试验所得的破坏形态与本文理论方法假设的非对称形式一致。(9)对于挡土墙支挡边坡的邻坡地基系统,提出将挡土墙的加固作用简化为坡体支护外力,基于挡土墙的抗滑和抗倾稳定性要求确定该支护力的计算方法,进而推导了挡土墙支挡边坡的邻坡地基承载力的上限解公式。(10)基于极限平衡理论,构建了桩间水平土拱在桩后推力作用下达到极限状态的破坏模式,提出基于桩间水平土拱效应的桩后最大推力的计算方法,本法所确定的最大桩间距与既有方法的结果吻合良好。(11)针对抗滑桩加固边坡的邻坡地基系统,提出将抗滑桩的加固作用简化为坡体支护抗力,以桩身剪断、桩间土体滑出及嵌固段地层失稳为破坏条件确定支护力,进而建立了抗滑桩加固边坡的邻坡地基承载力的上限分析方法。实例分析表明,本法结果与数值模拟差异在25%以内,且系统破坏模式与数值模拟结果较为吻合。(12)对于抗滑桩受力分析,将传统的桩底边界条件分类假设去掉,根据变形体最小势能原理,提出抗滑桩分析的更为严格计算方法。(13)在本文所建立的天然土坡邻坡地基承载力的各计算方法中,基于广义复合式滑面机构的邻坡条形地基承载力的上限解,相对最优。
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