粘土空间变异性对基础竖向承载力和失效机理的影响研究

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1、硕士学位论文粘土空间变异性对基础竖向承载力和失效机理的影响研究EFFECTSOFSPATIALVARIABILITYONTHEBEARINGCAPACITYANDFAILUREMECHANISMOFFOOTINGSINCLAY程雪超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU451学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文粘土空间变异性对基础竖向承载力和失效机理的影响研究硕士研究生：程雪超导师：李锦辉副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：土木与环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU451U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringEFFECTSOFSPATIALVARIABILITYONTHEBEARINGCAPACITYANDFAILUREMECHANISMOFFOOTINGSINCLAYCandidate：ChengXuechaoSupervisor：AssistantProf.LiJinhuiAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngine

3、eringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要浅基础的竖向承载力问题是经典的岩土工程问题之一。目前关于基础竖向承载力的研究大多集中在均质土或强度随深度线性增加的各向同性土体中。然而，由于物理、化学等因素的影响，自然界土体的空间变

4、异性非常显著，土体的强度随空间位置的不同而表现出较大的差异，土体的这种空间变异性严重影响着基础的承载力。因此，考虑土体变异性对基础的影响非常必要。本文通过将随机场理论与非线性有限元相结合，发展了研究空间变异土体中基础竖向承载力和失效机理的方法；进行随机场局部平均程度对基础竖向承载力敏感性分析，并进一步从失效机理的角度对这种敏感性进行了解释；最后研究了土体空间变异特性对不同尺度基础的影响，并给出各基础宽度所需的安全系数。本文建立了均质土体中分析基础承载力的有限元模型，并与理论解对比，验证模的型正确性。根据土体空间变异特性产生随机场将其

5、映射到有限元模型中，并验证随机有限元模型的正确性。利用蒙特卡洛模拟方法分析随机场局部平均程度对基础竖向承载力及失效机理的影响，得到了随机场局部平均程度不同时基础的失效概率，结果表明空间相关长度一定时采用较大的局部平均会使基础的承载力被高估。研究不同尺度基础在某一典型空间变异性土体中的承载力及失效机理，分析土体空间变异性对不同尺度基础安全系数及失效概率的影响。结果显示，当基础宽度介于空间相关长度的1-10倍时其承载力均值最小。基础承载力的变异-3性随着基础宽度的增大而不断减小。当失效概率在10以下时，50m宽度基础的安全系数需取1.2

6、1，而2.5m宽度基础的安全系数则上升到了2.44。关键词：随机场；有限元方法；粘土；基础；空间变异性；安全系数-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheverticalbearingcapacityofashallowfoundationisaclassicalgeotechnicalproblem.Themajorityofthepreviousstudiesonthebearingcapacityproblemofburiedfootingshavebeenlimitedtohomogeneoussoiloru

7、niformsoilofstrengthincreasinglinearlywithdepth.Naturalsoilisoneofthemostvariablematerialsasaresultofphysicalandchemicalchanges.Researchhaveshownthatthevariationinsoilpropertiessignificantlyaffectsthefailuremechanismandbearingcapacityofafooting.Thiseffectisfurthercompl

8、icatedbyconsideringthespatialcorrelationofthesoilproperties.Combingrandomfieldtheorywithnon-linearfiniteelementanalys