矩形基础下临坡地基极限承载力分析方法

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临坡矩形基础地基是一种常见的地基形式。在许多建设工程中常会遇到需要把矩形基础设置在靠近斜坡顶部、斜坡上及计划开挖或者已经开挖的基坑附近的情况:如一些山区城市,常需要把一些建筑物或构筑物建造在斜坡或靠近斜坡的地方;跨越沟谷的桥梁和输电线路,其桥台、桥墩和塔基通常不得不设置在临近斜坡或斜坡上。而现行的地基基础设计规范及其它相关规范对此种情况下的地基承载力如何确定,仍无明确的计算方法。于是,随着临坡矩形基础地基在各类工程结构中的广泛应用,开展适合临坡矩形基础地基工程特点的破坏模式和承载力分析计算方法研究,具有重要的理论意义和工程实践意义。在砂箱内进行小型模型试验,初步探究了矩形竖向荷载作用下临坡地基的整体破坏形态;在室内建立大尺寸均匀土质边坡地基模型,并通过静力加载装置对试验模型逐级施加竖向荷载,进一步研究了矩形竖向荷载作用下临坡地基的承载机理、破坏机理和应力分布特征。利用大型有限元分析软件ABAQUS对临坡矩形基础地基模型试验进行仿真分析,进一步探究了临坡矩形基础地基的内部受力特点、变形特征和破坏模式,同时对试验结果的正确性进行检验;建立不同工况的临坡矩形基础地基分析模型,对边坡距a和基础长宽比λ进行参数敏感性分析。在现有相关研究成果的基础上深入探讨临坡矩形基础地基的破坏机理,提出一种临坡矩形基础地基三维双侧破坏模式,该破坏模式能充分考虑基础内侧土体抗剪强度对临坡地基承载力的影响,且能较好反映基础两侧滑块形状和尺寸的非对称性。同时对该多滑块组合破坏机构提出一种简化构造方法,该方法既能有效反映矩形基础地基的三维端部效应,又能避免复杂的坐标求解和曲面积分运算,更便于工程实际的应用。然后,在该破坏模式基础上引入极限分析上限理论,建立出一种临坡矩形基础地基承载力确定方法,并运用SQP优化算法实现极限承载力上限求解。最后,结合工程实例,与现有其他理论研究方法和ABAQUS有限元分析方法计算结果进行对比分析,验证了本文方法的可行性和合理性。
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