[科普中國(guó)]-局部剪切破壞

簡(jiǎn)介

在基底壓力作用下, 地基的破壞形式有三種,即:整體剪切破壞、局部剪切破壞和沖剪破壞。整體剪切破壞的滑動(dòng)面有連續(xù)性且延伸至地表, 其力學(xué)概念明確, 模型簡(jiǎn)單清晰。因此, 目前的地基極限承載力理論(太沙基、魏西克等)都是以整體剪切破壞模式為依據(jù)的, 而對(duì)局部剪切破壞和沖剪破壞模型下的地基極限承載力的研究較少。太沙基曾在其整體剪切破壞極限承載力公式的基礎(chǔ)上, 給出了一個(gè)考慮局部剪切破壞的經(jīng)驗(yàn)公式。

此外, 大量的試驗(yàn)結(jié)果表明地基承載力系數(shù)除了與土的內(nèi)摩擦角φ有關(guān)外, 還與地基土及基礎(chǔ)的其他參數(shù)有關(guān), 而現(xiàn)有的承載力理論僅考慮了前者的影響, 或者根據(jù)某些條件下的試驗(yàn)結(jié)果粗略地、不完整地考慮某些因素的影響。從極限平衡理論及地基中塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律的角度出發(fā), 對(duì)局部剪切破壞模式下地基極限承載力進(jìn)行了研究, 其結(jié)果與太沙基經(jīng)驗(yàn)公式吻合較好, 并明確了試驗(yàn)中所觀察到的影響承載力系數(shù)的其他因素及影響規(guī)律1。

原 理局部剪切破壞一般發(fā)生在壓縮性較大的松砂和軟粘土中, 其特點(diǎn)是在基底附近地基土中產(chǎn)生連續(xù)的滑面和楔, 但滑面不延伸至地表, 以條形基礎(chǔ)為研究對(duì)象, 在均布條形荷載p 作用下, 當(dāng)p >pcr(pcr為地基的臨塑荷載)時(shí), 基底兩側(cè)將產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的塑性區(qū), 塑性區(qū)邊界方程為 :

z = p -γ0dπγsin β0sin φ-β0 - cγtan φ-γ0γd (1)

式中, β0 及z 分別為塑性區(qū)邊界上任一點(diǎn)到條形基礎(chǔ)兩端點(diǎn)連線(xiàn)的夾角(rad)及該點(diǎn)的深度(m)。隨著荷載p 的增大, 塑性區(qū)將按式(1)的規(guī)律擴(kuò)大, 當(dāng)塑性區(qū)與基礎(chǔ)中線(xiàn)相切時(shí), 地基中滑裂面局部連通, 本文將這一狀態(tài)定義為局部剪切破壞狀態(tài),此時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載即為局部剪切破壞時(shí)的極限承載力2。

計(jì)算結(jié)果及分析1)根據(jù)計(jì)算, 并與太沙基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了比較，可以看出, 與太沙基經(jīng)驗(yàn)公式的地基承載力系數(shù)相比,得到的承載力系數(shù)Nc 、Nq 偏小, 而Nγ則偏大, 局部剪切破壞模式下的地基極限承載力偏小, 但差別在10%之內(nèi)。

2)給出了承載力系數(shù)隨k 值的變化規(guī)律,在φ一定的情況下, Nc 、Nq 隨k 值的增大而減小,Nγ隨k 值的增大而增大。在k 值一定的情況下,N c 、Nq 、Nγ 隨φ值的變化規(guī)律與現(xiàn)有的地基承載力理論相似。

3)關(guān)于k 值的意義。首先, 地基承載力系數(shù)Nc 、Nq 、Nγ 可以理解為土的粘聚力因素c 、基礎(chǔ)埋深因素(γ0 d)及基礎(chǔ)寬度因素(γb)對(duì)承載力的貢獻(xiàn)系數(shù), 本文結(jié)果表明, 它們除了與φ有關(guān)外, 還與k值有關(guān), 進(jìn)一步分析可知, 在φ一定的前提下, 若c 、q 、γb 增大(或減小), k 值使Nc 、Nq 、Nγ 減小(或增大), 也就是說(shuō), 地基極限承載力并不是隨c 、q 、γb的增加而無(wú)限制地增大, 而是受到k 值的約束作用,給出了這種影響因素的完整表達(dá)式及影響規(guī)律3。

總結(jié)局部剪切破壞模式下地基極限承載力的計(jì)算方法, 與太沙基的經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果吻合較好, 同時(shí)該方法從理論上解釋了影響承載力系數(shù)的其他因素及影響規(guī)律, 對(duì)地基承載力的研究具有一定的理論意義3。