[发明专利]一种条形基础地基极限承载力的确定方法

说明书

本发明实施例公开了一种条形基础地基极限承载力的确定方法，克服了一般有限元方法的网格畸变问题，并支持任意大的弹塑性变形；本发明采用离散点代替单元求解微分方程，利用截断分层的B样条曲线消除了单元交叉误差，细化了局部变形处的背景单元网格，使计算资源可以集中在关注的空间，提高了计算效率，并利用分裂质点策略消除了极端大变形情况下可能发生的数值断裂问题，使得地基极限承载力确定可以实现数值化。

技术领域

本发明涉及基础工程领域，尤其涉及一种条形基础地基极限承载力的确定方法。

背景技术

近年来，条形基础成为高层、超高层建筑以及大型地下空间工程基础形式的主要选择。由于条形基础结构在设计、施工、使用过程中存在多种不确定性和无法预测的因素，如荷载大小、材料强度、周围环境和人为因素等，条形基础地基极限承载力的确定一直是实际工程设计和施工过程中的重点和难点。大量学者对条形基础地基极限承载力的确定方法展开了相关研究，黄齐武等以极限分析下限法理论为基础，利用应力型有限元法建立满足条件的静力许可应力场，并由此计算条形基础地基极限承载力。韩冬冬等采用有限差分法推导出条形基础地基土在极限状态时的有限差分公式，并结合边界条件求解条形基础地基极限承载力。通过对国内外研究者在地基极限承载力问题上的研究进行分析发现，地基极限承载力的传统有限元数值计算方法均采用了统一尺度的计算网格。而条形基础在出现极限承载力时，基础周边会存在局部大变形。因而，传统有限元计算方法将存在局部网格畸变和数值断裂问题，降低了计算结果准确性。因此，需要一种新的计算方法来消除地基极限承载力局部大变形计算过程中的网格畸变和数值断裂问题。

经过对现有技术文献的检索发现，赵明华等于2019年发表在《长安大学学报》期刊的文章：“通过有限单元对应力场和速度场进行离散,根据上、下限定理建立节点应力和节点速度的约束方程,将外力荷载或总的内能耗散作为目标函数,建立相应的数学规划模型,并采用优化算法求解该模型,得到严格的上、下限解,在优化计算过程中对Mohr-Coulomb准则进行了双曲线近似处理。”该文章采用统一网格的有限元计算模型，首先对条形基础地基的应力应变和位移进行分析，然后基于应力应变数据进行稳定性分析。该方法未考虑统一网格有限元法在条形基础地基局部大变形分析中的误差累积问题，应力应变数据存在较大误差，进而导致地基承载力计算结果失准。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种条形基础地基极限承载力的确定方法。该方法克服现有传统有限元方法的网格畸变缺陷，支持任意大的弹塑性变形，消除极端大变形情况下可能发生的数值断裂问题，计算结果准确可靠。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种条形基础地基极限承载力的确定方法，包括以下步骤：

第一步，取条形基础下部分土层作为分析区域，绘制基础局部荷载分布图，取土样确定土体地质参数。

优选地，所述条形基础为长度L是宽度B的10倍及以上的基础形式。

优选地，所述分析区域是边长为N的正方形。

其中，边长N应满足式(1)：

N≥5B (1)

更优选地，所述分析区域土层的受到完全约束，左右边界仅在法线方向受到约束。

优选地，所述局部荷载分布图为条形基础对土层施加的荷载示意图，垂直于轴向，作用在地基顶部，用于后续划分分层背景单元网格。

优选地，所述地质参数为对土样进行物理力学实验得到的物理力学参数，包括土体粘聚力C和内摩擦角用于后续DP准则的计算。

第二步，将所述分析区域分层网格化，确定分层网格层数L、第l层网格长度h^l。

优选地，所述分层网格化是将所述分析区域依次划分为0至L-1层网格，网格层数越高，网格长度越小，相邻网格单元之间的层数差不能超过一个级别。