极限平衡有限元法确定地基承载力的研究

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地基承载力的确定是岩土力学三大经典研究论题(边坡稳定、地基承载力和土压力)之一,也是进行地基基础设计时需要参考的一个重要数据。一般来说,地基抵抗外部荷载的能力就叫地基承载力。在基础上部传来的荷载作用下,地基会有一定的变形响应,不会因其内部产生的塑性变形区超过一定范围而致使地基发生剪切破坏丧失稳定,此时地基所承受的荷载就是地基承载力,又称极限荷载。目前,有两种方法可以确定地基极限荷载:一类是建立微分方程的方法。该方程是根据地基土极限平衡条件建立的,再将地基土的边界条件代入微分方程就能得到地基整体达到极限平衡时的解析解。显然,由于地基土边界条件的复杂性,只有那些边界条件简单的问题才能使用这一方法求解;如果要对边界复杂的问题继续求解,必须做一些便于计算的简化假定,消除多余的未知数或者对其加以限定,因而另一类就是采用假定滑动面法确定极限承载力,该法通过对基础模型进行试验考察地基的滑动面形状,并将之简化为假定滑动面,然后取滑动面所包围的土体为隔离体,根据静力平衡条件求解。虽然这是一种不完全符合实际情况的求解方法,但这种方法计算简单、概念明确,因而得到了广泛的使用。   本文在分析研究国内外有关地基承载力理论及研究的基础上,利用ANSYS软件对刚性条形基础下的均质地基极限承载力进行了模拟。主要工作是对极限平衡法和有限单元法在地基承载力的计算与研究中的应用进行分析和比较,希望能结合它们的优点,从而更准确的确定地基承载力。通过考虑地基土的复杂边界条件、本构模型和基础与地基的相互作用等情况,将有限元法与传统极限平衡方法相结合进行地基承载力分析。在用有限元数值模拟过程中,还对影响地基承载力的各种因素做了研究,试验研究表明:地基土的弹性模量E和泊松比ν对其极限承载力的影响较小(对地基变形影响较大),粘聚力c、摩擦角ψ和剪胀角ψ对地基极限承载力的影响较大。由于影响因素过多,诸如基础的形状与埋深、地下水、地基土的成因年代,甚至周边建筑物的影响等,不论通过何种方法得到的地基承载力都不是最精确的,我们只能根据现场载荷试验、理论公式推导以及工程实践经验,在满足使用要求的前提下,综合判断地基的安全性与稳定性。
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