基于临界滑动场的岩体地基承载力研究

论文摘要

地基承载力和岩土压力、边坡稳定共同组成了岩土力学的三个经典课题，岩体地基承载力的传统分析方法多采用线性的摩尔—库伦破坏准则，而事实上，地基岩体是由岩块和结构面组成的有机复合体，具有非均质、不连续、各向异性等固有特性和非线性破坏特征，采用线性摩尔—库伦破坏准则进行分析是不合适的；此外，传统分析方法在进行岩体地基承载力计算时，没有考虑中间主应力的效应，不能充分发挥岩体的强度潜能，也不能反映岩体节理排列方式及其力学性质等因素对岩体地基承载力各向异性的影响。鉴于此，为了更加真实地反映岩体地基承载力的大小本文依据Hoek-Brown非线性破坏曲线选取强度指标，然后基于临界滑动场理论通过自编程序得到岩体地基承载力的最小上限解。首先，本文针对节理岩体非线性破坏特征，发展了基于Hoek-Brown破坏准则的临界滑动场理论进行节理岩体地基承载力的计算。将Hoek-Brown准则的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb强度线上，求得每点的瞬时内摩擦角和瞬时粘聚力，在此基础上改进基于Mohr-Coulomb准则的临界滑动场理论，建立新的迭代算法，将Hoek-Brown强度准则与临界滑动场理论结合起来求解被动土压力和地基承载力。同时，综合分析了岩体的GSI和mi值对地基承载力的影响；其次，本文综合统一强度理论和Hoek-Brown强度准则的优点，基于非线性统一强度理论的Hoek-Brown准则，推导了确定瞬时强度参数c、的方程。在确定强度参数后，结合临界滑动场理论求解地基承载力，并考虑地震荷载的影响；最后，根据含断续节理岩体结构的力学效应和压剪断裂破坏特征，推导了Hoek-Brown准则中参数m，s的表达式，并在临界滑动场理论的基础上建立计算含断续节理岩体极限承载力的新方法，定量地反映节理排列方式及其力学性质等因素对岩体地基承载力各向异性的影响。算例对比分析结果表明：本文方法能迅速准确地确定节理岩体地基最危险破坏滑面并得到相应的地基极限承载力值；同时，基于统一强度理论的地基承载力有不同程度的提高，现有方法中的地基承载力偏于保守，并且在地震荷载作用下，地基承载力有一定程度的降低；此外，岩体地基承载力的各向异性表现为参数m，s的各向异性，其不仅与节理产状有关，而且还是围压σ3的函数，当时，岩体地基承载力达到最小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究的背景、目的及意义
• 1.3 岩体地基极限承载力研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 现行确定岩体地基承载力的方法评述
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本文研究技术路线图
• 第二章 Hoek-Brown 非线性破坏准则及其应用
• 2.1 概述
• 2.2 Hoek-Brown 非线性破坏准则及其发展
• 2.3 Hoek-Brown 非线性破坏准则的适用条件
• 2.4 Hoek-Brown 非线性破坏准则与线性破坏准则的转换
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于临界滑动场理论的岩体地基承载力计算理论基础
• 3.1 概述
• 3.2 临界滑动场理论求解地基承载力的理论基础
• 3.2.1 地基破坏模式
• 3.2.2 被动土压力的求解
• 3.2.3 地基承载力的求解
• 3.2.4 地基破坏滑面的追踪
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于 Hoek-Brown 强度准则的临界滑动场计算地基承载力的数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 基于 Hoek-Brwon 非线性强度准则的被动土压力计算方法
• 4.3 基于 Hoek-Brwon 非线性强度准则的地基承载力计算方法
• 4.4 计算结果及分析对比
• 4.4.1 计算参数的确定
• 4.4.2 计算结果对比分析
• 4.5 敏感性因素分析
• 4.5.1 无超载和基础开挖扰动时的地基承载力大小
• 4.5.2 岩体自重对地基承载力大小的影响
• 4.5.3 超载对地基承载力大小的影响
• 4.5.4 开挖扰动系数 D 对地基承载力大小的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 中主应力以及地震荷载对岩体地基承载力的影响
• 5.1 概述
• 5.2 统一强度理论简介
• 5.3 Hoek-Brown 强度准则的统一强度形式
• 5.3.1 基于统一强度理论的 Hoek-Brown 强度准则
• 5.3.2 基于统一强度理论的 Hoek-Brown 强度准则强度参数的确定
• 5.4 地震荷载下的地基承载力计算
• 5.5 算例分析与比较
• 5.5.1 反映中间主应力作用的系数 b 对承载力大小的影响
• 5.5.2 地震荷载对承载力大小的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 含断续节理岩体各向异性对岩体地基承载力的影响
• 6.1 概述
• 6.2 Hoek-Brown 强度准则的断裂性分析
• 6.3 算例分析与比较
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 前景展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目