非均匀地基与均匀地基力学性能的相似转化关系

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地基土层通常由于环境、地理和气候等条件的作用,致使土的物理力学性质等方面沿土层各向有着不同程度的差别,因而具有非均匀性。经典的土力学理论包括的力学理论都是按均质土处理,这样计算结果就会存在误差,或多或少影响实际施工安全、质量,所以对非均匀地基力学性能的研究很有必要。然而,以往的研究工作,只是停留在完成非均匀地基相关问题,研究成果在实际工程中应用起来较为繁琐。因此,本文在解决非均质地基相关问题的同时,重点寻求非均匀地基解答与均匀地基解答之间的联系,得到了非均匀地基的相似转化关系,从而为经典土力学理论在非均匀地基中的应用提供便捷途径,便于在工程中应用。本文研究主要包括以下内容:  1.非均匀地基与均匀地基一维固结解答之间的转化关系  首先,利用分离变量法,获得了渗透系数和压缩系数随深度按指数函数变化的非均匀地基一维固结方程的解析表达式,然后与太沙基固结理论的经典解答进行了比较,得到了两种解答之间超孔隙水压力和固结度的相似转换关系。可将非均匀地基固结问题的解答用相同荷载以及相同边界条件下的均匀地基固结的经典解答线性表示。  2.非均匀地基与均匀地基临界荷载之间的相似关系  基于Gibson非均质地基模型,推导了土体黏聚力随深度线性变化条件下非均匀地基临塑区的边界方程,计算分析了条形均布荷载作用下非均匀地基的临塑荷载和临界荷载。通过与均匀地基临界荷载的经典解答进行比较,发现了非均匀地基与均匀地基临界荷载的之间的相似性,进而得到各承载力系数之间解的相似转换关系,给出了相应转换系数的解析表达式,这些系数集中反映了地基的非均匀性。  3.非均匀地基与均匀地基极限承载力之间的转化关系  利用上限法研究了条形荷载作用下非均匀地基极限承载力问题。基于平动失效机构,运用极限分析方法,得到了土体黏聚力随深度线性变化条件下非均匀地基极限承载力上限解,计算分析了条形均布荷载作用下非均匀地基极限承载力。通过与均匀地基承载力的经典解答进行比较,分析了非均匀地基与均匀地基极限荷载的之间的相似性,进而得到承载力系数之间的相似转换关系,给出了相应转换系数的解析表达式。
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