复杂荷载作用下非均匀地基的应力和位移场研究

论文摘要

对于自然沉积而成的地基土,往往呈现出层状分布的性质,并且力学参数沿着深度方向非均匀变化。一方面,由于地质活动作用的结果,层状地基在岩土工程中非常普遍。另一方面,地面建筑物各种各样,地表上的加载区域大小不同,并且荷载的分布形态也不同。本文针对复杂荷载和非均匀地基,建议了一种更有效的数值方法,验证了其计算精度和效率,并结合实际工程进行计算分析。本文采用了基于广义Kelvin基本解的方法,在整个加载面上积分计算给定点的位移和应力。因此,这种方法可以获得任一点的位移和应力的所有分量;由于采用了层状材料的基本解,仅仅在加载区域划分单元,方法简单,相应地提高了计算精度。采用8节点等参元划分加载区域,形成计算网格。这种单元具有良好的适应性。可以精确地分析非均匀加载,也适应复杂的加载域边界。为验证本文方法的精确性,计算了存在解析解的两个例子,与本文计算方法所得计算结果对比。通过对比发现本文计算方法的精确性较高,数值解与解析解之间的误差范围较小,可以将本文计算方法应用于工程实际的计算和分析。之后引入两个工程实例地基模型,针对这两个模型,利用本文方法计算和分析了其应力和位移场。分别计算分析了在均布荷载、非均布荷载以及边界不规则荷载作用下,非均匀地基的应力和位移场,以期从中发现可以应用于工程实践并对其具有指导作用的信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题提出及研究意义
• 1.2 各种荷载作用下均匀地基位移应力场的研究现状
• 1.3 各种荷载作用下非均匀地基位移应力场的研究现状
• 1.4 本文研究内容及创新点
• 2 基于层状材料基本解的分析方法及程序编制
• 2.1 层状材料基本解
• 2.2 求解非均匀地基应力位移场的基本方程
• 2.3 积分的计算方法
• 2.4 程序编制
• 3 均布荷载作用下均匀地基算例验证
• 3.1 均匀地基在方形均布荷载作用下的算例验证
• 3.2 均匀地基在圆形均布荷载作用下的算例验证
• 3.3 本章小结
• 4 均布荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 4.1 方形区域均布荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 4.2 圆形区域均布荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 4.3 本章小结
• 5 复杂荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 5.1 方形区域非均布荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 5.2 不规则区域均布垂直和水平荷载作用下非均匀地基的应力和位移场
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读硕士期间发表的论文