岩石地基中柱下圆形独立基础的力学特性与破坏模式研究

论文摘要

近年的工程建设中,大荷载作用下岩石地基中柱下圆形独立基础的应用常常遇到。现行规范中关于岩石地基中圆形独立基础的设计方法主要是在土质地基的理论之上形成的,而且对于圆形独立基础的设计提及甚少,另外对于基础体内应力场的研究基本没有涉及。由于岩石地基具有承载力高、刚度大、变形小等显著特点,岩石地基中柱下圆形独立基础体内应力场研究以及基础的破坏模式在理论上和实践中均有一定不足。本文采用理论推导研究、现场试验、和ANSYS有限元数值计算等方法,对岩石地基中柱下圆形独立基础的基底反力分布、圆形独立基础体内应力场分布和圆形独立基础破坏模式进行了一定深度的研究。主要工作和成果如下:①针对岩石地基中柱下圆形独立基础,看作是轴对称的空间问题,不计体力。从齐次拉梅方程出发,采用空间柱坐标,利用布西内克斯-伽辽金（Boussinesq-Galerkin）通解形式,通过试取勒夫应变函数,验算得到了满足简化圆形独立基础四个精确边界条件的勒夫应变势函数,最后得到了岩石地基中柱下圆形独立基础的体内应力场的理论解。②通过现场试验,分析得出岩石地基中柱下圆形独立基础的基底反力分布的非线性特点较为显著,呈现中间小、两边大的趋势。在圆形独立基础中部,基底反力分布比较均匀,沿着半径逐渐向外,基底反力分布的非线性愈发显著,到圆形独立基础边缘时,由于应力集中和应力重分布导致基础基底反力又有减小的趋势。针对于一般的岩石地基而言,按规范中将基底反力看作是均匀线性分布的荷载可能与实际工程情况有差异。③通过ANSYS有限元分析得出圆形独立基础体内应力场,并与理论计算得到的应力场进行对比分析,总结出岩石地基中柱下圆形独立基础体内应力场的分布趋势。另外通过ANSYS有限元分析与现场试验结果相对比,总结出了岩石地基中柱下圆形独立基础受荷破坏模式,二者在工程上为圆形独立基础的设计提供理论基础。本文得到的岩石地基中柱下圆形独立基础的研究成果,无论是在学术研究还是在工程实践应用中都具有参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题选题背景及其意义
• 1.2 土质地基与岩石地基中扩展基础性能差异
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 扩展基础基底反力国内研究现状
• 1.3.2 扩展基础抗弯破坏国内研究现状
• 1.3.3 扩展基础抗冲切破坏及抗剪破坏国内研究现状
• 1.3.4 扩展基础国外研究现状
• 1.4 本文研究内容和方法
• 2 岩石地基中圆形独立基础力学理论研究
• 2.1 弹性力学理论基础
• 2.1.1 弹性力学的柱坐标基本方程
• 2.1.2 轴对称问题柱坐标系下方程的简化
• 2.1.3 圆形独立基础的位移解法
• 2.1.4 位移场的势函数分解式
• 2.1.5 齐次拉梅方程的布西内斯克—伽辽金通解
• 2.2 量纲分析法
• 2.3 圣维南原理
• 2.4 MAPLE 数学软件介绍
• 2.5 柱下圆形独立基础的理论计算
• 2.5.1 柱下圆形独立基础的精确边界条件
• 2.5.2 调和函数和双调和函数的性质
• 2.5.3 柱下圆形独立基础的理论计算公式推导
• 2.5.4 参数A 和C 的计算
• 2.6 现场试验所用圆形独立基础应力分量的理论计算
• 2.7 本章小结
• 3 圆形独立基础基底反力分布试验研究
• 3.1 圆形独立基础试验设计思路
• 3.2 现场试验场地岩土工程概况
• 3.3 现场试验的圆形独立基础试件尺寸
• 3.4 现场试验系统概况
• 3.5 现场试验过程及结果观察
• 3.6 各种试件实验现象及破坏情况总结
• 3.7 实验所得基底反力分布趋势
• 3.8 本章小结
• 4 岩石地基中柱下圆形独立基础有限元数值分析
• 4.1 混凝土的力学参数
• 4.2 ANSYS 数值分析模型
• 4.3 ANSYS 有限元分析结果
• 4.3.1 荷载作用面r=0.06 的圆形独立基础试件体内应力场分布
• 4.3.2 荷载作用面r=0.15 的圆形独立基础试件体内应力场分布
• 4.3.3 两种圆形独立基础试件基底反力分布模拟计算数值
• 4.3.4 圆形独立基础试件模拟计算塑性区分布
• 4.4 本章小结
• 5 对比分析研究
• 5.1 理论计算结果与数值分析应力场结果的对比分析
• 5.2 基底反力结果的对比分析
• 5.3 剪切应力峰值点的对比分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要研究工作和结论
• 6.2 后续问题的建议和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 圆形独立基础理论计算各应力分量数值表