地基極限承載力及基坑抗隆起穩(wěn)定分析的多塊體上限解.pdf

1、穩(wěn)定和變形問題是巖土工程中的兩大基本問題。由于巖土工程自身的特點，穩(wěn)定和變形問題是分別考慮，獨立求解的。巖土工程領(lǐng)域中的極限平衡方法、滑移線方法以及極限分析方法都是針對求解土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性問題的。比較這三種方法可知，只有極限分析方法在理論上是嚴(yán)格的，這也是該方法能成為目前巖土工程領(lǐng)域研究熱點的重要原因。Drucker證明極限分析上、下定理以來，極限分析上、下定理在巖土工程中的應(yīng)用有了長足的發(fā)展。 目前巖土工程中的數(shù)值極限分析手

2、段主要有兩種，一種為極限分析有限元技術(shù)，另一種為多塊體平移滑動破壞模式的上限分析技術(shù)。極限分析有限元技術(shù)是將極限分析理論與有限元分析模式相結(jié)合的一種方法，包括極限分析上限有限元和極限分析下限有限元，可以將理論上的真實結(jié)果界定在有限范圍之內(nèi)。極限分析有限元方法擁有極限分析理論的嚴(yán)格性和有限元技術(shù)的強適用性。但是，極限分析有限元方法無論從網(wǎng)格的劃分還是目標(biāo)函數(shù)的規(guī)劃都是相當(dāng)復(fù)雜的，需要耗費相當(dāng)大的精力。多塊體破壞模式的上限方法是以極限分析上

3、限理論為依據(jù)，將塑性區(qū)域劃分為足夠數(shù)量的平移剛性塊體，通過不斷優(yōu)化由塊體離散的相容速度場來獲得所求問題的上限解。多塊體破壞模式的上限方法，構(gòu)造簡單，優(yōu)化求解方便，結(jié)果容易檢驗，而且通過對比發(fā)現(xiàn)，只要多塊體的離散模式選擇適當(dāng)，多塊體的上限計算結(jié)果十分接近理論的真實解，本文的計算與分析表明，在一些情況下，多塊體上限方法的計算結(jié)果比極限分析上限有限元的計算結(jié)果還優(yōu)。多塊體上限方法已在邊坡穩(wěn)定性、地基極限承載力以及擋土墻土壓力等方面有了許多成功

4、的應(yīng)用。本文在比較全面分析研究多塊體上限方法應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進一步研究拓展了多塊體上限方法的一些新的應(yīng)用，縱觀全文，本文的主要研究工作可歸納如下。 首先，借用目前已被證實為計算均質(zhì)土地基極限承載力時相當(dāng)可靠的破壞模式，將Greco成功用于搜索邊坡穩(wěn)定臨界滑裂面的MonteCarlo搜索技術(shù)經(jīng)改進拓展應(yīng)用于上述破壞模式下最優(yōu)上限解的優(yōu)化中。通過對MonteCarlo搜索技術(shù)的尋優(yōu)過程分析以及計算結(jié)果的大量分析與對比，驗證了本文M

5、onteCarlo搜索技術(shù)應(yīng)用的成功，為MonteCarlo搜索技術(shù)在其它多塊體上限分析中的優(yōu)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時，本文還探討了應(yīng)用多塊體上限方法計算地基極限承載力的兩種方法以及分析了剪脹角對均質(zhì)土地基極限承載力計算的影響。 其次，研究探討了幾種常見非均質(zhì)地基極限承載力的多塊體上限計算問題。將Florkiewicz所用計算多層地基土極限承載力多塊體破壞模式加以改進，并提出了相應(yīng)速度場的全面合理確定，實現(xiàn)了雙層地基土整體剪切破壞

6、模式下地基極限承載力多塊體上限計算。通過對比與分析驗證了本文改進后的破壞模式。借鑒Michalowski所用的多塊體破壞模式，對雙層純粘土地基的承載力系數(shù)N'c進行了比較全面的計算，并與Chen的圓弧破壞模式以及Merifield等的極限分析有限元計算結(jié)果進行了對比，對比結(jié)果充分驗證了該破壞模式的可靠性和高效性。應(yīng)用Michalowski的多塊體破壞模式，分析考慮粘聚力非均質(zhì)和各向異性特點時的多塊體上限計算特點，首次實現(xiàn)了考慮粘聚力非均

7、質(zhì)和各向異性特點時地基極限承載力多塊體上限解分析。為方便應(yīng)用，經(jīng)過大量計算給出了非均質(zhì)和各向異性條件下地基極限承載力系數(shù)Nc的表格。 最后，提出了純粘土基坑抗隆起穩(wěn)定分析的多塊體破壞模式，從而首次實現(xiàn)了純粘土基坑抗隆起穩(wěn)定的多塊體上限分析。通過與現(xiàn)有的強度折減有限元方法以及極限分析上限有限元計算結(jié)果的對比驗證了本文多塊體破壞模式的可靠與高效。并實現(xiàn)了在多塊體上限分析中考慮粘土粘聚力的非均質(zhì)和各向異性對基坑抗隆起穩(wěn)定分析的影響。