3.扭剪荷载下横观各向异性软粘土内桶形基础承载性能分析
考研高等土力学复习
一(b)、《高等土力学》研究的主要内容。
二、与上部结构工程相比，岩土工程的研究和计算分析有什么特点？三、归纳和分析土的特性。
四、简述土的结构性与成因，比较原状土与重塑土结构性强弱，并说明原因？五/0、叙述土工试验的目的和意义。
五/1、静三轴试验基本原理（即确定土抗剪强度参数的方法）与优点简介五/2、叙述土体原位测试（既岩土工程现场试验）的主要用途，并介绍3种原位测试方法五/3、粘土和砂土的各向异性是由于什么原因引起的？什么是诱发各向异性？五/4、介绍确定土抗剪强度参数的两种不同方法（包括设备名称），并分析其优缺点？五/5、什么叫材料的本构关系？在土的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？五/6、什么是加工硬化？什么是加工软化？请绘出他们的典型的应力应变关系曲线。
五/7、渗透破坏的主要类型？渗透变形的主要防治方法？五/8、沉降计算中通常区分几种沉降分量？它们的机理是什么？按什么原理对它们进行计算？六、阐述土工参数不确定性的主要来源和产生原因？七、岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？八、何谓土的剪胀特性？产生剪胀的原因？九、影响饱和无粘性土液化的主要因素有哪些？举出4种判断液化的方法。
十、刚性直剪试验的缺点并提出解决建议？十一、列举一个土工试验在工程应用中的实例，并用土力学理论解释之。
十二、叙述土工试验的目的和意义和岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？十三、土的本构模型主要可分为哪几类？邓肯-张本构模型的本质？并写出邓肯-张本构模型应力应变表达式，并在应力应变座标轴中表示。
十四、广义地讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特征？十五、在土的弹塑性本构关系中，屈服准则、硬化定理、流动法则起什么作用？十六、剑桥模型的试验基础及基本假定是什么？说明该模型各参数的意义及确定方法。
十七、给出应变硬化条件下，加载条件。
为什么该条件在应变软化条件下不能使用十八、土的本构模型主要可分为哪几类？何为非关联流动法则？写出基于非关联流动法则的弹塑性本构关系。
基础工程复习题集
《基础工程》习题※<第一章>1.1简述基础工程常用的几种基础形式适用条件。
1.2试述上部结构、基础、地基共同工作的概念。
※<第二章>扩展基础2.1天然地基浅基础有哪些类型?各有什么特点，各适用于什么条件?2.2确定基础埋深时应考虑哪些因素?2.3确定地基承载力的方法有哪些？地基承载力的深、宽修正系数与哪些因素有关?2.4何谓刚性基础?它与钢筋混凝土基础有何区别?适用条件是什么？构造上有何要求?台阶允许宽高比的限值与哪些因素有关?2.5钢筋混凝土柱下独立基础、墙下条形基础构造上有何要求?适用条件是什么?如何计算？2.6为什么要进行地基变形验算？地基变形特征有哪些?工程实践中如何具体应用?2.8某砌体承重结构，底层墙厚490 mm，在荷载效应的标准组合下，传至±0.00标高(室内地面)的竖向荷载F k=310 kN／m，室外地面标高为-0.30m，建设地点的标准冻深1.5m，场地条件如下：天然地面下4.5m厚粘土层下为30m厚中密稍湿状态的中砂,粘土层的e=0.73,γ=19kN／m3,W=28％，W L=39％，W P=18％，C k= 22 Kpa,°，中砂层的γ=18kN／m3,φk=30°。
试设计该基础(基础材料自定)2.9 在2.8题的场地上，有一柱下独立基础，柱的截面尺寸为400mm×600mm，荷载效应的标准组合下，传至±0.00标高(室内地面)的竖向荷载F k=2400kN，M k=210kN·m，水平力Vk=180kN(与M同方向)，室外地面标高为-0.15m，试设计该基础(基础材料自定)。
2.10基设计包括哪些基本内容？※<第三章>连续基础3.1 柱下条形基础的适用范围是什么?3.2 文克勒地基上粱的挠曲线微分方程是怎样建立的?3.3 柱下十字交叉粱基础节点荷载怎样分配，为什么要进行调整?3.4何谓筏形基础，适用于什么范围?计算上与前述的柱下独立基础、柱下条形基础有何不同?3.5什么是箱形基础，适用于什么条件?与前述的独立基础、条形基础相比有何特点?3.6筏形基础、箱形基础有哪些构造要求?如何进行内力及结构计算?3.7图示一柱下条形基础，所受外荷载大小及位置如图示，地基为均质粘性土，地基承载力特征值f ak=160kPa，土的重度γ=19kN／m3，基础埋深为2m，试确定基础底面尺寸；翼缘的高度及配筋；并用倒粱法计算基础的纵向内力(材料、图中的L1、L2及截面尺寸自定)。
原状软粘土各向异性及其对工程影响研究
ｏ ｒ ｃ ａ ｓｅｓａ ｉ ｗ ｔ ｌ ｓｅｒｓ ｅｓｌｖｌ Ｐ １ ｉｌ ｅ ｅｔ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅｏ ｉａ ａ ｉ ｔ ｐ ， ｉ ｅ ｆ ｉ ｉ ｌ ｔ ｓ ｘｅ ｉ ｏ ｈ ａ ｔ ｓ ｅｅ（ ５ｋ ａ ｍａ ｙｒｆ ｃ ｔｅｉｆ ｅ ｃ ｆｉ ｔ ｌ ｎｓ ｒ ｙ ｗｈｌ ｔ ｐｎ ｐ ｒ ｈ ｗ ｒ ｑ ｎ ｌ ｌ ｎ ｉ ｏ ｏ ｅｈ
注册岩土工程师案例真题
2016年注册岩土工程师专业案例考试真题及答案1 某建筑基槽宽5m，长20m，开挖深度为6m，基底以下为粉质黏土。
在基槽底面中间进行平板载荷试验，采用直径为800ram的圆形承压板。
载荷试验结果显示，在p-s曲线线性段对应100kPa压力的沉降量为6mm。
试计算，基底土层的变形模量E0值最接近下列哪个选项?( ) （A）6．3MPa（B）9．0MPa（C）12．3MPa（D）14．1MPa2 取网状构造冻土试样500g，待冻土样完全融化后，加水调成均匀的糊状，糊状土质量为560g，经试验测得糊状土的含水量为60％，问冻土试样的含水量最接近下列哪个选项?( )（A）43％（B）48％（C）54％（D）60％3 取某土试样2000g，进行颗粒分析试验，测得各级筛上质量见下表。
筛底质量为560g。
已知土样中的粗颗粒以棱角形为主，细颗粒为黏土。
问下列哪一选项对该土样的定名最准确?( )（A）角砾（B）砾砂（C）含黏土角砾（D）角砾混黏土4 下图为一工程地质剖面图，图中虚线为潜水水位线。
已知h1=15m，h2=10m，M=5m，l=50m，第①层土渗透系数k1=5m／d，第②层土渗透系数k2=50m／d，其下为不透水层。
问通过1、2断面之间的单宽(每米)平均水平渗流流量最接近下列哪个选项的数值?( )（A）6．25m3／d（B）15．25m3／d（C）25．00m3／d（D）31．25m3／d5 在地面作用矩形均布荷载p=400kPa，承载面积为4m×4m。
试求承载面积中心O点下4m深处的附加应力与角点C下8m深处的附加应力比值最接近下列何值?(矩形均布荷载中心点下竖向附加应力系数α0可由下表查得)( )（A）1／e（B）1（C）2（D）46 如图所示柱基础底面尺寸为1．8m×1．2m，作用在基础底面的偏心荷载F k+G k=300kN，偏心距e=0．2m，基础底面应力分布最接近下列哪项?( )7 如图所示矩形基础，地基土的天然重度γ=18kN／m3，饱和重度γsat=20kN／m3，基础及基础上土重度γG=20kN／m3，ηb=0，ηd=1．0，估算该基础底面积最接近下列何值?( )（A）3．2m2（B）3．6m2（C）4．2m2（D）4．6m28 如图所示，某建筑采用柱下独立方形基础，拟采用C20钢筋混凝土材料，基础分二阶，底面尺寸2．4m×2．4m，柱截面尺寸为0．4m×0．4m。
土力学-河海课后习题答案2
土力学-河海课后习题答案2 LT第二章思考题22-1 土中的应力按照其起因和传递方式分哪几种？怎么定义？2-2 何谓自重应力，何谓静孔隙水应力？计算自重应力应注意些什么？2-3 何谓附加应力，空间问题和平面问题各有几个附加应力分量？计算附加应力时对地基做了怎样的假定？2-4 什么叫柔性基础？什么叫刚性基础？这两种基础的基底压力有何不同？2-5 地基中竖向附加应力的分布有什么规律？相邻两基础下附加应力是否会彼此影响？2-6 附加应力的计算结果与地基中实际的附加应力能否一致，为什么？2-7 什么是有效应力？什么是孔隙应力？其中静孔隙应力如何计算？2-8 你能熟练掌握角度法和叠加原理的应用吗？会计算各种荷载条件下地基中任意点的竖向附加应力吗？习题22-1 如图所示为某地基剖面图，各土层的重度及地下水位如图，试求土的自重应力和静孔隙水应力，并绘出它们的分布图。
2-2 如图所示为一矩形基础，埋深1m,上部结构传至设计地面标高处的荷载为P=2106kN，荷载为单偏心，偏心矩为e=0.3m,试求基底中心O，边点A和B 下4m深处的竖向附加应力。
2-3 甲乙两个基础，它们的尺寸和相应位置及每个基底下的基底净压力如图所示，试求甲基础O点下2m深处的竖向附加应力（图中尺寸以米计）。
2-4 某挡土墙建于如图所示的地基上，埋深2m，尺寸如图所示（图中的尺寸以F=1000kN/m，其作用位置距墙米计）。
墙受上部竖向荷载和墙身自重为vF=350kN/m，其作用点距墙底为前趾A点为3.83m，墙背受有总水平推力h3.5m。
（不计墙后填土的影响）试求：⑴M，N点处的竖向自重应力；⑵M，N点处的竖向附加应力2-5 某矩形基础长宽分别为3m和2m，基础剖面和地基条件如图所示，试求基础中点O及其以下点M和N的自重应力、竖向附加应力以及静孔隙水应力（图中尺寸以米计）第三章思考题33-1 何谓达西定律，达西定律成立的条件有哪些？3-2 实验室内测定渗透系数的方法有几种？它们之间又什么不同？3-3 流网有什么特征？3-4 渗透变形有几种形式？各有什么特征？3-5 什么是临界水力梯度？如何对其进行计算？3-6 孔隙水应力在静水条件下和在稳定渗流作用下有什么不同？如何利用流网确定渗流作用的孔隙水压力。
土力学_浙江大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
土力学_浙江大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.荷载试验的中心若基础底面宽度为b,则临塑荷载Pcr对应的地基土中的塑性变形区的深度Zmax为（）参考答案:塑性变形区即将出现，即Zmax=02.浅基础的极限承载能力是指（）参考答案:地基土达到整体剪切破坏时的荷载3.当硬土层覆盖在软弱土层上时，即双层地基上硬下软,【图片】＞【图片】，这时在荷载作用下地基将发生_________现象。
参考答案:应力扩散4.使地基形成连续滑动面的荷载是地基的（）参考答案:Pu5.黏性土（c≠0，φ≠0）地基上，有两个宽度不同埋置深度相同的条形基础，试问：两个基础的临塑荷载哪个大？参考答案:两个基础的临塑荷载一样大6.普朗德尔地基极限承载力理论认为，随着基底压力的增大，地基将发生（）参考答案:整体剪切破坏7.普朗德尔-瑞斯纳极限承载力公式在计算地基排水条件不良、施工速度较快情况下地基短期极限承载力时，可取φ=（）°。
参考答案:8.对挡土墙后地下水位以下部分的土压力，应考虑水的浮力作用，对于砂性土和粉土，可按水土分算的原则进行土压力的计算。
参考答案:正确9.在墙后填土为黏性土的情况下，当产生主动土压力时，由于黏聚力的存在，墙顶附近会产生拉力区。
参考答案:正确10.若挡土墙墙背竖直，墙后填土水平，则分别对于朗肯和库伦土压力理论的主动土压力和被动土压力大小比较为____参考答案:主动土压力：朗肯＞库伦_被动土压力：朗肯＜库伦11.关于朗肯土压力理论和库伦土压力理论之间不同点____参考答案:计算公式的形式不同_计算误差的不同_理论基础不同,朗肯理论是从应力的角度,库伦理论则是从静力平衡的角度_基本假定及适用范围不同12.主动土压力、被动土压力及各自所需的挡土墙位移大小比较为____参考答案:土压力：主动＜被动，位移：主动＜被动13.郎肯土压力理论中，当墙后填土达到主动郎肯状态时，填土破裂面与水平面夹角为____参考答案:45°+φ/214.用库伦土压力理论计算挡土墙压力时，下述哪种情况的主动土压力最小____参考答案:土的内摩擦角较大，墙背倾斜角较小15.挡土墙后的填土应该密实些好，还是疏松些好____为什么____参考答案:填土应该密实些好，因为土的大，土压力就小16.挡土墙背面的粗糙程度，对郎肯土压力计算结果有何直接影响____参考答案:对土压力无影响17.如果土推墙而使挡土墙发生一定的位移，使土体达到极限平衡状态，这时作用在墙背上的土压力是何种土压力___参考答案:主动土压力18.条形荷载土中竖向附加应力的影响深度比剪应力的影响深度______（大/小/相等）参考答案:大19.第一本土力学著作于（）年出版。
地基承载力计算公式是什么
地基承载力问答1、地基承载力计算公式是什么?怎样使用?答1、f=fk+ηbγ(b-3)+ηdγο(d-0.5)式中：fk——垫层底面处软弱土层的承载力标准值（kN/m2）ηb、ηd——分别为基础宽度和埋深的承载力修正系数b－－基础宽度（m）d——基础埋置深度（m）γ－－基底下底重度（kN/m3）γ0——基底上底平均重度（kN/m3）答2 、你想直接用标贯计算承载力，是可行的，承载力有很多很多的计算方法，标贯是其中的一种，但目前规范都逐渐取消了，老版本的工程地质手册记录了很多的世界各地（包括中国）的标贯锤击数N确定承载力的公式，你可以从中选择一个适合你所在地方条件的公式来计算。
答3、根据土的强度理论公式确定地基承载力特征值公式：fa=Mb*γ*b+Md*γm*d+Mc*Ck其中Ck为粘聚力标准值，由勘察单位实地勘察、实验确定，在勘察报告上按土层列表显示。
2、地基承载力计算公式中的d如何取值?d是地基的埋置深度还是基底到该层土层底的深度？答、d就是基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。
在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。
对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。
3、地基承载力计算公式如何推导答、你可以到百度文库里面下载一个GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》，里面有详细的给你介绍的！4、地基承载力计算公式是什么?具体符号代表什么?怎样计算?答、 1、地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。
2、当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)式中fa--修正后的地基承载力特征值；fak--地基承载力特征值ηb、ηd--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数γ--基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；γm--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d--基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。
河海大学岩土工程复试土力学试题库
一、名词解释(每题3 分)1 .离子交换2 . 粘土矿物3 . 双电层4 . 等电pH值5 . 比表面积6 . 电渗、电泳7 . 粒组8 . 界限粒径9 . 不均匀系数10. 曲率系数11. 缩限12. 塑限13. 液限14. 塑性指数15. 液性指数16. 土粒比重17. 含水量18. 最优含水量19. 饱和度20. 相对密度21.渗透系数22.渗透力23.渗透变形24.流土25.管涌26.临界水力坡降27.有效应力28.孔隙水应力29.有效应力原理30.静止侧压力系数31.自重应力32.附加应力33.基底净反力34.土的压缩：35.压缩系数：36.压缩指数：37.再压缩指数：38.压缩模量：39.变形模量：40.静止侧压力系数：41.前期固结应力：42.超固结比：43.超固结土：44.正常固结土：45.欠固结土46.固结系数：47.固结度：48.体积压缩系数：49.正常固结试样：50.超固结试样：51.土的抗剪强度52.快剪53.固结快剪54.慢剪55.不排水剪56.固结不排水剪57.排水剪58.剪胀性59.剪缩性60.应变软化61.应变硬化62.灵敏度63.土的蠕变64.残余强度65.砂土液化66.静止土压力67.主动土压力68.被动土压力69.临界深度70.临塑荷载71.极限承载力72.允许承载力73.塑性开展区74.标准贯入击数二、填空题(每题 3 分)1 .当介质水溶液的PH大于PH等电时，粘土矿物离解成_________，胶核带______电；反之，离解成______，胶核带____电.2 .粘土矿物包括_________、_________、________、_________等晶体矿物及非晶体矿物。
3 .土中主要的粘矿物有_____、______、______，它们都是由___________________组成的层状晶质矿物。
4 .差热分析法是以不同矿物在加热过程中产生_____________________为理论基础的。
土力学基础模拟试题_齐加连
模拟题1一、填空（每空1分，共计11分） 1．在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，天然地基上的浅基础应尽量浅埋，但最薄不宜浅于 0.5米 。
2．按现行地基基础设计规范，将地基土分为 六； 大类。
3．砂类土分类的依据是 颗粒级配 和 形状 。
4．地基极限承载力公式中，假设剪切破坏面发展到 基础底面 为止。
5．亲水性最弱的粘土矿物是 高岭石； 。
6．饱和粘性土的不固结不排水抗剪强度试验，用总应力表达和用有效应力表达，两种表达方式的摩尔圆的直径 相等 。
7．浅基础设计中存在软弱下卧层时，持力层的厚度不宜太薄，一般不宜小于基底宽度的 四分之一 ，基底进入持力的厚度不宜小于 100～150 。
8．有相邻荷载影响时，规范法计算最终沉降量，其压缩层深度是根据 变形比 确定的。
9．在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15 。
二、名词解释（每题3分，共计9分） 1．不固结不排水剪：不固结：施加围压时不排水；不排水：剪切过程不排水。
2．重力式挡土墙：依靠挡土墙自身的重力维持平衡的一种挡土墙形式。
3．摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩上荷载通过桩身侧面摩擦作用及桩端土的支撑力来传递，其中摩擦作用占的比例大。
三、单项选择（每题2分，共计10分）1．具有相同宽度，相同埋深，基底附加压力相同的条形基础和方形基础，在同一地基土体中，条形基础的沉降1s 与方形基础的沉降2s ，两者的关系为A. 12s s <；B. 12s s >；C. 12s s =。
2． 浅基础常规设计中存在软弱下卧层时，若软弱下卧层土体经深度修正后的地基承载力设计值为f z ，在软弱下 卧层顶面处，其承载力应满足A. 自重压力≤f z ；B. 附加压力≤f z ；C. 自重压力与附加压力之和≤f z3． 某无粘性土土坡的坡角为β，它的内摩擦角为ϕ，在保持土坡稳定的条件下，β与ϕ之间有如下关系 A. βϕ<； B. βϕ>； C. 452βϕ<︒+。
十字板剪切试验确定软土地基承载力的研究
韩 鹏
（天 津 市 北洋 水 运水 利 勘 察 设 计 研 究 院有 限公 司 ，天 津 ３０００００）
摘 要 ：采 用查表 法和 经验公式法 ，估算 了天津滨海软 土地基的承载 力 ，从 适用性 、便捷性 以及计算 结果等 方面 ，对两种 方 法进行
了对比分析 ，结 果表 明《软土地 区岩 土工程勘 察规 程》推荐 的经验公式物理 概念清楚、计算方便 ，适 用性最好 。
表法来估算地基 承载力 ，很少采用 十字板剪切 强度估算 软土 地基
字板剪切强度 的修正方法 ：
承 载 力 。 目前 ，根 据 卜字 板 剪 切 试 验 计 算 软 土 地 基 承 载 力 经 验 公
Ｃ ＝ Ｃ
（２）
式法 主要有两种 ：第一种是《岩土工程勘察规范》介绍 的中国建筑
其 中，ｃ 为修正后 的十字板抗 剪强度 ，ｋＰａ；Ｃ 为未修 正的 卜
科学研究 院 、华东 电力设计 院公式 ；第二种是 《软土地 区岩士工程 字 板 抗 剪 强 度 ，ｋＰａ； 为 修 正 系 数 。
勘察规程 》推荐公式 。
目前 因 内 主要 采 用 的 卜字 板 剪 切 强 度 的 修 【ｌ 方 法 有 两 种 ，
本 文 阐 述 的 查 表 法 及 两 种 经 验 公 式 详 见 下 文 ，
１）Ｌ｝Ｉ国建 筑 科 学 研 究 院 、华 东 电 力设 汁 院公 式 （ 卜文 ｌｌ１称
式 法 和查 表 法 。查 表 法 确 定 地 基 承 载 力 在 天 津 积 累 较 多 的 工 程 （１），式 （２））：
经验 ，天津市地方规 范《岩土 工程技 术 规范 》中第 ２．２．１～５．２．９
原状土天然含水率 ｗ／％ ｌ ３６ Ｉ ４０ Ｉ ４５ Ｉ ５０ பைடு நூலகம் ５５ Ｉ ６５ 【 ７０ Ｉ
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扭剪荷载下横观各向异性软粘土内桶形基础承载性能分析
武 科1,2,马明月3,陈 榕4(1.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(中国矿业大学),江苏徐州 221008;2.山东大学岩土与结构工程研究中心,济南 250061;3.山东科技大学,山东青岛 266510;4.大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所,辽宁大连 116024)
摘 要:作为海洋平台的基础部分,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,还要承担风、波浪等扭剪荷载作用,但目前对于吸力式桶形基础的扭剪承载力尚缺乏合理的计算模式和分析方法。针对软黏土横观各向异性,采用有限元数值分析方法,研究了扭剪荷载作用下桶形基础承载性能,据此进行了一系列变动参数比较计算,并对大量的计算结果进行了系统的分析,所得到的数值计算结果与分析结论为工程设计提供了参考依据。关键词:软黏土地基,桶形基础,有限元分析,横观各向异性中图分类号:TU473 文献标识码:B 文章编号:1004-3152(2011)04-0049-03
吸力式桶形基础是海洋工程建筑物的一种重要基础形式,在工作中不仅承受上部结构及其自身重量所引起的竖向荷载的长期作用,而且往往还受到波浪、海流等所引起的扭剪荷载的作用。传统的海洋平台基础及地基的承载性能研究并未考虑软土地基强度的横观各向异性,大量现场原位测试结果表明,软土地基的不排水抗剪强度随着深度线性增大[1~3]。本文针对软黏土横观各向异性,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,建立了扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的计算模型,通过具体数值计算探讨了横观各向异性对软土地基承载力性能的影响,为海洋基础的设计提供了重要的参考依据。1 有限元计算模型作为大型通用有限元分析软件,ABAQUS具有强大的非线性计算功能、丰富的本构模型以及便利的用户子程序接口,可以针对先进本构模型、复杂场变量、状态变量及特殊单元、复杂边界条件进行二次开发[4]。针对非均质软土地基的特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型。在饱和不排水条件下,软土地基不排水抗剪强度随深度线性增长,如图1所示。假定软土地基不排水抗剪强度随深度线性增长的计算公式为
图1 Su分布剖面图Su=Su0+kz(1)式中:Su0为软土表面的不排水抗剪强度,Su0=1.0kPa;k为不排水抗剪强度增长系数;z为软土深度。土体泊松比、重度分别为M=0.49,C=16.0kN/m3;而软土的变形模量近似地与其不排水抗剪强度成比例而取为E=500Su。对于桶形基础桶体结构,采用线弹性本构模型,相关参数分别取为E=2.1@105
MPa与M=0.125。而对于桶形基础桶壁与周围土体接触计算,采用ABAQUS中的主动)被动面接
收稿日期:2010-09-26 基金项目:中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGDUEK0910);河海大学岩土力学与堤坝工程教育部 实验室开放基金项目(GH200803);中国博士后科学基金项目(20090451329) 作者简介:武科,男,1978年生,博士,主要从事岩土工程基本理论与数值分析、土力学计算等方面的研究。触算法,选取刚度大的桶体表面为主动面,土体表面为被动面,界面滑动摩擦系数取为L=0.5(相当于外摩擦角26.6b)[5~7]。采用六面体20节点单元(C3D20R)建立有限元计算模型,如图2所示。在算例分析中,桶体直径与高度分别选为D=4.0m与L=4.0m,高径比为L/D=1。同时计算范围在横向与竖向分别取为4D与5L。图2 有限元计算模型2 有限元计算模型及分析方法在采用弹塑性有限元数值计算方法确定极限荷载时,一般通过荷载控制法或位移控制法进行加载。与荷载控制法相比,位移控制法往往能较准确地得到基础的荷载~位移关系。当荷载~位移曲线的斜率接近于零时,意味着在荷载不变的情况下基础位移在持续地增大,因而可以认为此时地基达到了极限平衡状态。与极限平衡状态相对应的荷载就是地基的极限承载力[8]。在此采用位移控制法逐步施加位移,确定相应的荷载,由此得到地基的荷载~位移关系曲线,直到曲线的斜率接近于零,按照理想塑性流动概念,此时所对应的荷载可作为桶形基础的极限承载力,位移作用点在桶体轴线的顶部[9]。3 扭剪荷载作用下桶形基础的承载性能分析 采用位移控制法,在桶体顶部给出一定转角,以确定扭剪荷载作用下桶形基础的极限承载力。图3给出了不同k值的软黏土对桶形基础扭剪极限承载力p的影响关系。由图可见,p随着k的增大而增大,并且增长趋势近似于线性增长。当k=1时,桶形基础扭剪极限承载力p为0.81MN,而当k=5时,p为2.92MN,比k=1时增加了72.6%。即软黏土不排水抗剪强度增长系数k对于桶形基础扭剪承载力有较大的影响,随着k的增大,p将线性增加。图3 k对桶形基础承载力的影响图4给出了k=2时,x轴剖面地基中等效塑性应变,图5给出了k=2时,x轴剖面桶形基础位移矢量分布图。由图4、图5可知,桶形基础桶底脚刃与地基土接触区域的塑性应变较大,桶底已经形成连贯的塑性应变区域;并且随着k的增大,地基中等效塑性应变更大。与此同时,桶形基础桶体周围软黏土由于扭剪荷载作用,这些区域的地基产生较大的等效塑性应变,位移矢量为环绕桶体方向。因此,在考虑桶形基础有扭剪荷载作用时,应增强桶体周围软黏土区域的抗扭剪强度。
图4 k=2时地基中等效塑性应变图5 k=2时桶形基础位移矢量4 结论针对软黏土地基强度的横观各向异性,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,建立了软黏土地基上桶形基础的有限元数值分析方法。针对扭剪荷载作用下软黏土横观各向异性对吸力式桶形基础承载性能的影响,进行了数值
50土 工 基 础 2011 计算与分析,结果表明:(1)当考虑软土地基强度的横观各向异性时,桶形基础在扭剪荷载作用下承载力性能随软土地基不排水抗剪强度增长系数k的增加而增大。(2)桶形基础在不同k值下形成的地基等效塑性应变的变化趋势基本相似,即桶形基础桶底脚刃与地基土接触区域的塑性应变较大,桶底已经形成连贯的塑性应变区域。(3)在扭剪荷载作用下,桶形基础桶体周围软黏土由于扭剪荷载作用,这些区域的地基产生较大等效塑性应变,位移矢量为环绕桶体方向。
参考文献[1] AubenyC.P.,HanS.W.,MurffJ.D.Suctioncaissonca-pacityinanisotropic,purelycohesivesoil[J].InternationalJournalofGeomechanics,ASCE,2003,3(2)
[2] AndersenK.H.,DyvikR.,SchroderK.,etal.FieldtestsofanchorsinclayII:predictionsandinterpretation[J].Jour-nalofGeotechnicalEngineering,ASCE,1993,119(10)[3] AndersenK.H.,JostadH.P.Foundationsdesignofskirtedfoundationsandanchorsinclay[A].OffshoreTechnologyConference[C].Houston,Texas,1999[4] Hibbit,Karlsson,Sorensen.ABAQUSScriptingUser'sMan-ual(Version6.3)[M].Pawtucket:HKS,2002[5] Hibbit,Karlsson,Sorensen.ABAQUSScriptingUser'sMan-ual(Version6.3)[M].Pawtucket:HKS,2002[6] 屠玮.负压桶形基础抗拔承载力有限元计算[D][硕士学位论文].杭州:浙江大学,2002[7] 刘冰雪.海上风机桩基础承载特性的三维有限元分析[D][硕士学位论文].大连:大连理工大学,2009[8] 栾茂田,赵少飞,袁凡凡,吕爱种,武科.复合加载模式作用下地基承载性能数值分析[J].海洋工程,2006,24(1)[9] 武科,栾茂田,范庆来,王志云,唐小微.桶形基础承载性能弹塑性有限元数值分析[J].大连理工大学学报,2008,48(5)
BearingCapacityAnalysisofBucketFoundationonClaywithTransverselyAnisotropyunderConditionofTorsionShearLoading
WUKe1,2,MAMingyue3,CHENRong4(1.StateKeyLaboratoryforGeoMechanicsandDeepUndergroundEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,XuzhouJiangsu 221008;2.GeotechnicalandStructuralEngineeringResearchInstitute,ShandongUniversity,Jinan 250061;3.ShandongUniversityofScienceandTechnology,QingdaoShandong 266510;4.InstituteofGeotechncialEngineering,SchoolofCivilandHydraulicEngineering,DalianUniversityofTechnology,DalianLiaoning 116024,China)
Abstract Asthepartofoffshoreplatform,thesuctionalbucketfoundationbearsnotonlytheverticalloadinginducedbytheweightofoffshoreplatformstructureanditselfbutalsotorsionshearloadsinginducedbywaveandwind.However,thereisnoacommonly-acceptablecalculationmodeandanalyticalmethodforthetorsionalshearofsuctionalbucketfoundation.Accordingtothetransverselyanisotropyofsoftclay,thebearingperformanceofbucketfoundationisstudiedundertheconditionoftor-tionalshearloadingbyFEM,inwhichaseriesofchangingparametersarecomparedcalculation,thentheamountofcalculatedresultsisanalyzedsystematically,theirnumericalcalculationresultsandanalysisareprovidedasthereferenceforengineeringdesign.Keywords softclayfoundation,bucketfoundation,finiteelementanalysis,transverselyanisotropy