[发明专利]一种倾斜荷载作用下条形基础地基极限承载力计算方法

说明书

本发明提供了一种倾斜荷载作用下条形基础地基极限承载力计算方法。通过构建一个倾斜荷载作用下多刚性块地基破坏模型，建立了倾斜荷载作用下条形基础的地基极限承载力求解公式，从而将地基极限承载力的求解问题等价为一个含有非线性约束的多维函数极值问题。利用改进放射式运动算法解决多维函数极值问题的独特优势，对地基破坏滑移线进行搜索和相应地基极限承载力进行计算，通过不断比较与进步，最后搜索到使得地基承载力最小的域内破坏滑移线，相应的最小承载力即为地基极限承载力。本发明与现有技术相比，避免了传统理论方法繁琐的计算和计算精度的限制，可以方便、快速地搜索出倾斜荷载作用下的地基破坏滑移面，大大提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种倾斜荷载作用下条形基础地基极限承载力计算方法。

背景技术

地基承载力的确定既是岩土工程专业的初级入门问题之一，也是高级阶段的最终难题之一。地基承载力的确定问题伴随着土力学的发展，然而至今，还没有一个很完善的方法来解决它。从目前的研究来看，以往大多数学者多是围绕中心竖直荷载作用下的地基极限承载力进行研究，然而实际工程中基础的加载方式并非单纯的竖向加载，还可能受到水平荷载的作用。比如近海区域的石油、天然气钻井平台，门式框架建筑物等结构的浅基础经常受到倾斜载荷的作用，由于荷载的倾斜作用，使得基础的整体稳定性降低，地基的极限承载力受到削弱，严重影响岩土结构物的安全。因此对倾斜荷载作用下的地基极限承载力进行研究具有相当重要的意义。结合前人的研究工作来看，目前对倾斜荷载作用下的地基承载力的确定仍没有相对成熟的计算方法，广大学者主要采用一些近似的方法去估计地基承载力，其研究方法主要分为以下四类：

(1)理论分析法。包括极限平衡法、滑移线法和极限分析法。①极限平衡法既没有考虑材料的应力-应变关系，也没有考虑流动法则，并且需要对破坏面上的应力分布作大量假设才能得到完整的平衡方程，在破坏面内外所有的点并不是均满足平衡方程。而且通过倾斜经验系数修正竖直荷载下的地基极限承载力来研究倾斜荷载作用下地基的极限承载力，在理论上不太严密。滑移线法忽略了土的应力-应变关系，没有考虑机动条件，常被认为是可能的下限解。其只能在边界条件相对简单的地基条件下求得其解析解，对于有重土的滑移线法无法得到解析解，很多情况下只能通过数值方法求解；此外，滑移线法在几何边界复杂或荷载倾斜问题等情况就无法求解。Hesen(1970)、Vesic(1975)将中心竖直荷载作用下的地基承载力计算公式扩展到倾斜荷载作用下的地基承载力计算，但其公式采用倾斜系数修正，理论上并不严格。传统极限分析法虽然理论很严密，精度也足够，但是求解十分不易，往往需要将其他方法引入其中进行分析。

(2)现场原位试验法和室内模型试验法。对于原位试验方法，实际基础的地基承载力不仅与土性有关，还与基础的尺寸、埋深和沉降要求有关，压板试验的尺寸不是实际基础的尺寸，如何由压板试验合理地确定实际基础的地基承载力是一个还没有很好解决的问题。而且由于现场试验的困难和时间、经济因素的考虑大大限制了现场原位试验的可能性。室内模型试验测试得到的倾斜荷载作用下的地基极限承载力的结果通常受模型箱边界条件，基础尺寸，土样扰动，试验设置和程序的影响。并且在室内进行的小比尺试验，可能存在尺度效应的问题，使得测试结果和实际情况存在一定的差异。

(3)数值分析法。包括有限元数值分析方法、有限差分数值分析方法。有限元数值分析方法和有限差分数值分析方法求解地基的极限承载力及破坏模式还存在一些问题，主要是如何确定地基土体单元的破坏标准。因为土体内部出现塑性区并不意味着地基整体发生破坏，只要塑性区开展的范围不大地基依然是稳定的，而地基的极限承载力正是地基土体破坏失稳时所能承受的极限荷载。另外，由于地基土体的复杂力学特性，目前能精确的描述土的本构关系的理论还不多，因此采用数值分析法精确计算尚存在一定困难。

(4)统计技术。人工神经网络模型预测方法。该方法基于大量的室内模型试验数据，采用人工神经网络和回归模型对倾斜荷载作用下的地基极限承载力进行预测，预测结果比较依赖室内模型试验数据的正确性，并且缺乏理论基础，其预测结果的正确性还有待考证。