基于非线性破坏准则下的岩石地基承载力上限分析

论文摘要

岩石地基承载力的传统分析方法多采用线性的摩尔-库仑破坏准则。也有学者引入了非线性破坏准则，再采用单切线法引入了强度指标，进而对地基承载力进行求解。但单切线法实际上是将非线性破坏曲线线性化，并非真正意义上的引入非线性破坏准则。而本文则采用多切线法，完全依据Hoek-Brown非线性破坏曲线选取强度指标，然后通过条分法和大型的数学规划理论得到了最小的上限解。通过计算分析发现，采用本文所述多切线法所得的计算结果与采用上下限有限元法所得的结果较为相似，但前者过程简洁明快。在与采用单切线法所得结果的比较中发现，采用单切线将过高的估计地基承载力，最大的差别可达到179.3％，在工程应用时可能带来巨大的风险。按照Hoek的建议，采用单切线法时强度指标至少需折减25％。此外，文中还探讨了GSI、mi、岩石自重、超载和扰动系数对地基承载力的影响。从计算结果表明，地基承载力随着GSI和mi的增大而增大，反映了岩石本身的完整性和岩性对地基承载力的影响。随着岩石自重或超载的增加地基承载力也有所增加，特别是当GSI和mi较小时，二者对地基承载力的影响较为显著，而当GSI和mi较大时影响较小。地基的开挖扰动会对地基承载力产生不利影响，当GSI和mi较小时这种影响较大，而当GSI和mi较大时其影响则较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和目的及意义
• 1.2 岩石地基极限承载力的研究现状
• 1.2.1 岩石地基极限承载力确定方法
• 1.2.2 岩石的强度理论
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 Hoek-Brown破坏准则及其应用
• 2.1 引言
• 2.2 Hoek-Brown破坏准则及其发展
• 2.3 Hoek-Brown破坏准则的应用
• 2.3.1 Hoek-Brown破坏准则的应用条件
• 2.3.2 岩石的分类方法
• 2.3.3 Hoek-Brown破坏准则参数的确定
• 2.3.4 岩石强度的估计中应注意的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 极限分析上限理论
• 3.1 引言
• 3.2 极限分析假设和原理
• 3.2.1 理想刚塑性体假设
• 3.2.2 屈服准则和流动法则
• 3.2.3 基本概念
• 3.2.4 基本理论
• 3.2.5 极限分析上限定理
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于Hoek-Brown破坏准则的地基承载力上限分析
• 4.1 引言
• 4.2 Hoek-Brown参数与Mohr-Coulomb参数的转换
• 4.3 岩石地基承载力的上限分析
• 4.3.1 关于岩石地基的说明
• 4.3.2 岩石地基单元的划分
• 4.3.3 内能耗散率的计算
• 4.3.4 外力做功功率的计算
• 4.4 极限分析上限解的求解
• 4.4.1 问题的分析
• 4.4.2 最优化问题的基本理论
• 4.4.3 拟牛顿法（DEP）
• 4.4.4 遗传算法（GA）
• 4.4.5 序列二次规划法（SQP）
• 4.4.6 SQP法在MATLAB中的实现
• 4.4.7 优化上限解的求解
• 4.5 本章小结
• 第五章 计算结果及分析结论
• 5.1 计算说明
• 5.2 忽略自重、无超载和扰动时的地基承载力系数
• 5.3 自重对地基承载力系数的影响
• 5.4 超载作用对地基承载力系数的影响
• 5.5 开挖扰动系数D对地基承载力的影响
• 5.6 对比分析与结论
• 5.7 本章小节
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目及论文发表情况