刚柔性加载面下地基的承载特性研究

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1、同济大学土木工程学院博士学位论文刚柔性加载面下地基的承载特性研究姓名：马少坤申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：黄茂松20080701摘要随着我国公路建设的快速发展和公路等级的提高，出现了更多的高填方路基，为了保证高填方路基的稳定性，地基土必须具有足够的承载力．因此，对公路路基的地基承载特性问题的研究显得非常重要．尤其目前高填路基等柔性加载面下地基承载力没有相应的理论依据和确定方法，故此柔性基础下地基的承载特性的理论与试验研究变得尤为重要。同时，现有的承载力公式基本是针对饱和土而言，而工程实际中基本上是非饱和土，可见，吸力对非饱和土的抗剪强度的贡献进而对

2、地基承载特性的影响的研究具有重要的工程实践价值。本文首先采用关联流动的Mohr-Coulomb内切圆等效D-P屈服准则，通过增量加载的有限元方法，全程模拟了地基由初始的线弹性状态逐渐过渡到塑性流动的极限破坏状态的过程，结合国内外模型试验成果，系统比较了不考虑土体自重条件下刚柔性条形基础下地基的承载特性。然后根据地基具有重度和处于非饱和状态的工程实际情况，先对捧水(等吸力)和不排水(等含水量)两种条件下非饱和土抗剪强度理论进行探讨，提出相应的抗剪强度拟合公式，并结合非饱和土的土水特征曲线试验及常含水量三轴剪切试验成果，确定了适用于云南红粘土的相关拟合参数．接着基

3、于前面的理论分析，着重从重度和饱和度两个方面的影响对刚柔性条形基础下非饱和有重度地基的承载特性进行了研究．最后通过离心模型试验对前面的分析进行验证和进一步研究。研究成果具有较高的理论和工程应用价值，主要的研究成果可以归结为如下几个方面：(1)对刚柔性条形基础下无重度地基的承载特性进行了研究，可得到它们的基底角点临塑荷载、基底应力分布特点、地基的变形特性及滑动面等有着明显的区别，并分别讨论了主要土力学参数对地基承载特性的影响；(2)基于Tekinsoyeta1．(2004)吸力强度模型，提出了排水(等吸力)条件下的非饱和土抗剪强度修正模型，修正模型在低吸力范围与

4、以往的模型有良好的一致性。同时可以模拟非饱和进入残余段后土的抗剪强度可能稳定、增加或减少的多种情况，各参数有更为明确的物理意义，更能反映土水特征曲线的本质特征，通过引入一个附加参数更好地模拟具有不同特征残余值的土体：(3)提出了不排水(等含水量)条件下的基于饱和土总应力强度指标的抗摘要剪强度公式，克服了以往相关模型只适合于较小范围的缺陷，能够把饱和土和非饱和土很好地联系起来，实现平稳的过渡。从而可以方便地借助通用的有限元软件对非饱和土采用完全类似于饱和土的处理方法而进行分析：(4)对于上面提出的两种条件下的抗剪强度公式，结合非饱和土的土水特征曲线的试验及常含水

5、量三轴剪切试验成果，确定了适用于云南红粘土的相关拟合参数；(5)基于上述对非饱和土的强度理论的研究，从重度和饱和度两个方面的影响对刚柔性条形基础下非饱和有重度地基的承载特性进行了研究。得出了刚柔性条形基础下地基的承载特性因重度的影响和随饱和度变化的规律：(6)以云南红粘土作为研究对象，从离心模型试验和数值模拟两方面入手对前述的理论研究进行验证，可得到柔性基础地基有更高的极限承载力，其裂缝开展的时机、位置和特征与刚性基础地基有明显的区别，并提出来了局部剪切破坏的判断标准；最后，关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。关键词：地基极限承载力；屈服准则；柔性基础；刚性

6、基础；离心模型试验；土水特征曲线；吸力强度：抗剪强度ⅡABSRTACTABSTRACTMoreandmorefilledsubgradesareusedwiththefastdevelopmentandimprovementofhighway．SufficientbearingcapacityisrequiredforgroundinordertOguaranteethewholestrengthandstability．Sotheresearchongroundbearingcharacteristicbecomesveryimportant．Especia

7、lly,becauseofthelackofrelevanttheorybasisanddeterminingmethodforflexiblefoundationsuchasfilledsubgrade，theresearchOiltheoryandtestforflexiblefoundationbecomemoreimportant．Meanwhile，theexistingbearingcapacityformulaismainlyforsaturatedsoil，butunsaturatedsoilisoRenencounteredinrealeng

8、ineeringpractice．Co