临近边坡的刚性基础极限承载力及破坏模式研究

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在工程实践中,由于地形条件的限制及工程需要,常常需要将挡土墙、输电塔和桥墩等结构的基础置放在临近斜坡坡肩的位置。同时,随着城市高速发展,不可避免的需要在已有建筑基础附近进行基坑的开挖,从而引起地层变形和建筑物地基承载力的降低,导致大量工程事故,对于此类问题的研究具有重要意义。目前对于刚性基础下均质土地基承载力的研究主要集中于单一的饱和黏性土(c型土)和纯砂土(φ型土),而对于工程实践中常见的c-φ型土体的研究较少。已有研究中,坡面破坏模式的假设和太沙基叠加公式被广泛认可,而对于边坡问题同时涉及承载力和稳定两个问题的破坏机理认知尚不够清晰,对于土层参数对承载机理影响的研究不够深入,对于地下水和地震作用对边坡地基承载力及破坏模式的影响未能很好的考虑土体重度及各相关参数的影响。本文在前人的基础上综合考虑各工况下边坡地基破坏模式转变及极限承载力的变化,考虑土体重度对于承载力的影响,指出并分析太沙基地基极限承载力叠加公式在边坡问题上不适用的原因,并得出如下成果:(1)静力作用下,建立c-φ型土质边坡上刚性条形基础的极限承载力分析数值模型,论述了该模型中存在的承载力和稳定问题,指出传统太沙基叠加公式进行承载力计算在边坡问题中的错误,讨论了坡高、坡角、基础置放距离及土体强度参数对极限承载力的影响。在数值结果的基础上,对国内外规范推荐的计算方法进行评价。(2)水平地震作用下,以往研究中承载力系数的计算沿用水平地基研究方法对N_c,N_γ进行独立计算,线性叠加计算极限承载力,未考虑边坡稳定问题对承载力带来的复杂性,对c-φ型边坡的极限承载力造成低估。本文通过拟静力法考虑水平地震作用,同时考虑土体自重、内摩擦角及黏聚力产生的耦合影响,对极限承载力进行研究,给出了地震荷载作用下临近边坡条形基础的极限承载力系数设计图,可用于地震荷载作用下边坡地基极限承载力的初步估算。(3)考虑地下水作用对边坡的影响,计算库水位骤降、库水位排空之后坡内水位下降、水位缓慢下降三种工况下坡顶基础的地基极限承载力,绘制了三种水位下降模式下的极限承载力变化曲线,研究了不同水位下降模式及边坡破坏模式对极限承载力的影响。
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