增量加載有限元法在地基承載力分析中的應(yīng)用

1、增量加載有限元法在地基承載力分析中的應(yīng)用 【摘 要】基于增量加載有限元方法，通過數(shù)值載荷試驗分析，研究了水平地基和斜坡地基承載力特性及載荷板尺寸效應(yīng)對地基承載力的影響，研究結(jié)果表明規(guī)范中針對載荷試驗擬定的載荷板尺寸是合適的，對于斜坡地基，坡邊距、坡度變化對承載力較為敏感，分析表明：當(dāng)坡邊距大于基礎(chǔ)寬度的3.5倍時，地基承載力損失較小；當(dāng)坡邊距一定時，斜坡坡度小于35時承載力損失較小，坡度大于45時承載力損失較大。研究成果為斜坡地基承載力確定提供參考。 【關(guān)鍵詞】地基承載力；增量加載法；尺寸效應(yīng) 【abstract】 based on the incremental loading finite

2、 element method， studied the horizontal bearing capacity of foundation， and slope foundation characteristic and load plate. based on numerical load test analysis， the results shows that the load test proposed load board size is the right in the specification. the bearing capacity is relatively sensi

3、tive for the slope of foundation. the research results provide a reference for slope foundation bearing capacity determination. 【key words】 the foundation bearing capacity； the incremental loading method； size effect 0 前言 平板載荷試驗是用一定尺寸的載荷板在指定土層上逐級加載，同時測量相應(yīng)沉降，以得到p-s曲線確定地基極限承載力的一種原位試驗方法。在地基土平板載荷試驗中，載荷板

4、尺寸對試驗結(jié)果1有很大影響。我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（gb5007-2011）2規(guī)定，對于淺層平板載荷試驗承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對于軟土不應(yīng)小于0.5m2，如載荷板采用正方形，則相應(yīng)的寬度不小于0.5m，對于軟土不應(yīng)小于0.71m。韓曉雷等3開展了強(qiáng)夯法處理地基的載荷試驗尺寸效應(yīng)研究，在該場地上分別選取8種尺寸的剛性方板載荷試驗，認(rèn)為載荷板的寬度可選擇0.4-0.707m。張文龍等4開展了內(nèi)蒙古地區(qū)粉細(xì)砂地基平板載荷試驗尺寸效應(yīng)研究，認(rèn)為存在一個載荷板尺寸效應(yīng)的界限值0.5m0.5m和0.7m0.7m，當(dāng)載荷板尺寸在兩個界限值之間時，試驗測試的承載力比較接近。柳飛等5開展了離心機(jī)試驗

5、模擬平板載荷試驗研究，試驗結(jié)果表明基礎(chǔ)直徑為0.8m（載荷板面積0.5m2）和0.56m（面積0.25m2）的極限承載力相差27%-40%。文獻(xiàn)6-10對載荷板尺寸效應(yīng)的其它問題進(jìn)行了研究。以上研究成果表明承載板尺寸效應(yīng)研究成果較為離散。本文基于有限元增量加載法，進(jìn)一步開展載荷板尺寸效應(yīng)研究。 1 載荷試驗增量加載有限元數(shù)值模擬方法 載荷試驗增量加載有限元數(shù)值模擬方法是通過數(shù)值分級加載方法，分析地基受力及變形全過程（應(yīng)力-應(yīng)變、位移）、獲取荷載沉降曲線及地基破壞模式。在數(shù)值載荷試驗中需要輸入巖土體物理力學(xué)參數(shù)、地基土體本構(gòu)模型和破壞準(zhǔn)則，本文模擬時，地基土采用彈塑性模型和莫爾一庫侖屈服準(zhǔn)則。數(shù)

6、值試驗加載方法及承載力判定滿足淺層載荷試驗規(guī)范要求。 2 水平地基載荷板尺寸效應(yīng)數(shù)值載荷試驗分析 試驗采用方板載荷試驗方法，為了消除計算模型尺寸對地基承載力影響，計算模型尺寸見圖1。 載荷板寬度b從0.1m變化為1.0m，增量為0.1m，共計進(jìn)行10個數(shù)值試驗。試驗地基土采用碎石土，地基土體物理力學(xué)參數(shù)見表1，有限元計算模型如圖2所示。 圖3 和圖4是承壓板在不同尺寸下的地基承載力，可以看出，當(dāng)載荷板寬度為10cm時，承載力最大，而當(dāng)載荷板為20cm時，載荷板承載力急劇下降，到30cm時地基承載力達(dá)最小值，且最小值和最大值之間的差異將近1000kpa，當(dāng)載荷板尺寸大于30cm時，地基承載力隨著

7、載荷板尺寸的增加而不斷增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)50cm以后，基本保持不變。由表2可知，當(dāng)載荷板尺寸大于50cm時的地基承載力相對于50cm時的地基承載力損失都不到1%，說明載荷板尺寸對地基承載力有影響且作用范圍有限。 通過水平地基載荷板數(shù)值試驗研究，當(dāng)載荷板尺寸寬度達(dá)到50cm以后，承載力基本保持不變，據(jù)此，載荷板尺寸選擇應(yīng)不小于50cm為宜。 3 斜坡地基承載力數(shù)值分析 3.1 不同邊坡距下地基承載力分析 為研究邊坡距對斜坡地基承載力的影響，計算模型見圖5。采用方形載荷板， 尺寸寬度b為0.5m，坡角為45時分析如下幾種工況：l（邊坡距）分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80m，地基土物理力學(xué)參數(shù)見表1，計算分析得出不同邊坡距下地基承載力與坡邊距關(guān)系見表3，圖 6和圖 7為承載力特性。 圖6 和圖7是在坡角相同不同邊坡距下地基承載力，可看出在相同基礎(chǔ)寬度和相同坡角下，不同邊坡距時的地基承載力不同，且地基承載力隨著邊坡距的增大而增大，當(dāng)邊坡距小于10m和邊坡距35m時地基承載力隨著邊坡距的增加較緩慢，在10m到35m之間，地基承 載力隨著邊坡距的增加急劇增加。當(dāng)邊坡距大于