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        地震作用下臨近邊坡地基承載力數(shù)值模擬分析與研究

        2020-03-30 12:44:14呂海濱
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年2期
        關(guān)鍵詞:條形土方分析法

        呂海濱

        (山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司,濟南250100)

        1 引言

        土地資源緊缺形勢給工程建設(shè)帶來了復(fù)雜的地基環(huán)境,在實際工作中常遇到臨坡地基。該類型地基與水平地基的承載特性存在明顯的區(qū)別,因此,分析臨坡條形基礎(chǔ)的極限承載情況成為工程設(shè)計中的重點。地震作用對臨坡地基的影響較大,因此,需要對地震這一特殊工況下的極限承載力進行研究。

        2 極限分析法

        2.1 極限分析法

        極限分析法在巖土工程分析中應(yīng)用廣泛,其以屈服準則為核心理論,將巖體理想化為彈塑性體,對其承載力進行分析[1]。

        2.2 模型設(shè)計

        圖1為地震條件下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力計算模型,邊坡垂直高度為H,條形基礎(chǔ)寬度為B,與邊坡上邊緣平齊,邊坡與水平面夾角為β。

        2.3 模型分析

        對模型的科學(xué)性和適用性進行檢驗。有研究人員將坡角設(shè)置為30°,采用極限平衡法和滑移線法對條形基礎(chǔ)在地震作用下的承載力進行分析。當?shù)卣鸪潭容^輕時,極限平衡法得出的結(jié)論與該模型大致相同。但其研究將條形基礎(chǔ)與土體的接觸面假設(shè)為完全光滑狀態(tài),導(dǎo)致利用滑移線法進行計算時,條形基礎(chǔ)的極限承載力偏低。在此基礎(chǔ)上,本模型假設(shè)條形基礎(chǔ)與土體之間接觸面完全粗糙,得到更為精確的計算結(jié)果。

        圖1 極限承載力計算模型

        3 地震作用下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力

        3.1 承載力系數(shù)計算

        計算公式為:式中,qu為極限承載力;Qu為條形基礎(chǔ)遭受地震作用時的極限荷載;B為條形基礎(chǔ)寬度;c為邊坡土方的黏合力;γ為土方的質(zhì)量;Nc和Nγ為兩項承載系數(shù)。

        本文研究的邊坡模型受到地震作用后,其承載力與Nc和Nγ相關(guān)。當土體內(nèi)摩擦角和邊坡坡度分別取 10°、20°、30°、40°時,得到條形基礎(chǔ)受地震作用時的Nc系數(shù)與地震作用水平方向上的加速度之間的關(guān)系曲線,如圖2所示。

        圖2 Nc系數(shù)與地震水平加速度關(guān)系

        再觀察當邊坡垂直高度與條形基礎(chǔ)寬度比例分別為0.2和 1.0,土體內(nèi)摩擦角和邊坡坡度分別取 10°、20°、30°、40°,穩(wěn)定系數(shù)分別取1、2、10和無窮大時,系數(shù)Nγ與地震作用水平方向上的加速度之間的關(guān)系曲線,如圖3所示。

        圖3 Nγ系數(shù)與地震水平加速度關(guān)系

        3.2 破壞模型的變動

        現(xiàn)對模型中參數(shù)進行賦值,設(shè)邊坡垂直高度H為2.5m,邊坡摩擦內(nèi)角φ為40°,土方黏合力c為10k Pa。當邊坡承載力達到極限時,條形基礎(chǔ)下方存在剛性區(qū)域。水平地震加速度越大,這一區(qū)域越偏向于邊坡方向,條形基礎(chǔ)的極限承載力下降。

        3.3 承載力研究結(jié)果

        文獻[2]中的研究結(jié)果給出了當H/B=分別取0、1.0、2.0,β=30°,φ=40°,土方與條形基礎(chǔ)接觸面為完全粗糙時,使用極限分析法和極限平衡法得到的承載力系數(shù)情況,如表1所示。對比本文的研究結(jié)果,當加設(shè)邊坡的黏合力為0時,文獻中給出的計算方法能夠得到較準確的條形基礎(chǔ)極限承載力結(jié)果。但在本文的研究的邊坡模型中,文獻中研究方法將系數(shù)Nγ忽略,得出的極限承載力偏低。

        表1 極限分析法與極限平衡法計算結(jié)果

        綜上所述,當使用極限分析法對地震作用下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力進行計算時,土方黏合力越高,其穩(wěn)定性也越高,Nγ系數(shù)越大。若不計土方黏合力對條形基礎(chǔ)承載力的影響,會導(dǎo)致最終的計算結(jié)果偏低。

        4 結(jié)論

        抗震性能是檢驗工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵指標,鑒于臨近邊坡的條形基礎(chǔ)極限承載力與抗震性能的相關(guān)關(guān)系,在開展工程建設(shè)之前,需結(jié)合建設(shè)條件適當選取極限承載力計算方法。優(yōu)化巖土工程建設(shè)方案,確保工程建設(shè)質(zhì)量。

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