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库区碎石土地基既有一般山地地基的共性,又有其特殊性。其特殊性主要在于此类地基与三峡库区库水位的变化有很大关系。库水位在145m~175m间周期性涨落,库水位周期性的变化必将引起库岸边坡中地下水位的波动,造成土体强度大幅度降低,进一步降低地基承载力,其直接影响了岸坡上建筑的稳定性,影响三峡库区人们的生命安全和生产生活。基于有限元方法,分析不同工况下物理力学参数对碎石土地基承载力的影响:
(1)对秭归泄滩污水处理场的边坡碎石土进行取样,制定试验方案,制备土样,进行三轴剪切试验,绘制应力与应变等关系曲线,通过曲线可以得出该土体为应变硬化型材料。根据p-q线性关系,结合相关公式,算出碎石土的粘聚力c和摩擦角j。
(2)介绍了求解地基承载力的几种方法,即极限平衡法、滑移线场法、极限分析法、有限元法,并描述了有限元方法相对于前3种方法的优点,最后确定本文求解地基承载力的方法为增量加载法。
(3)土体单元的本构关系、模型的实体单元及地基-基础间界面模拟分别采用摩尔库伦弹塑性模型、线性减缩积分单元及接触面法。结合其他文献的算例,采用有限元软件ABAQUS建模并计算得到塑性分布图及荷载-位移关系图,以拐点对应的荷载为极限荷载,与太沙基传统承载力计算公式求得地基承载力值非常相近,由此验证了增量加载法在有限元ABAQUS中求解地基承载力的合理性。
(4)地基承载力随着坡边距的增大而增大,当坡边距为2.5B~3B时趋于稳定。坡边距不断被改变时,土体的破坏模式也发生了变化:荷载作用面越靠近破边,地基两侧破坏形状越不对称。地基承载力随着强度参数的增大而增大,其增加的幅度随着摩擦角增大而增大,而随着粘聚力的增大几乎不变。
(5)不同的地下水位埋深改变了地基土体中的有效应力分布,使得地基中有效应力场发生了变化,从而导致地基的竖向极限承载力呈现降低趋势。由于最高水位离荷载作用面为 10m,1B=6m<10m<2B=12m,故地下水位对地基承载的影响非常小,各埋深高度的承载力相差不大。
(6)库水位下降速率一定时,渗透系数由小至大,浸润线由外凸型变成内凹形。随着渗透系数的增大,地基承载力也相应的增大,当渗透系数达到一定值时,承载力不随渗透系数的增大而增大,而是保持不变。
本文研究成果对已有建筑物的安全评价、新建筑物设计及库区移民规划具有一定的参考意义。