浅论复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究

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1、大连理工大学博士学位论文复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究计：学位论文旦￡页表格上L个插图卫里幅大连理工大学学位论文完成日期：2QQ5生2目DalianUniversityofTechnology指导教师：室主任：院(系)主任：銮茂旦熬援昌量垃熬援銮茂固塾握奎塞晏熬援摘要在海岸及近海工程中，海洋建筑物不仅受到巨大自重及其设备所引起的垂直荷载的长期作用，而且一般往往还会遭受波浪与地震等所引起的变值荷载的循环或瞬时作用。因此建筑物基础及地基往往同时受到水平力、竖向力及力矩等荷载分量的共同作用。同时包含水平荷载(切、竖向荷载(n和力矩(旧三个分量的加载方式称为复合加

2、载模式。进一步地，这些荷载的大小和作用方向往往随时间不规则地周期性或循环变化，这种加载模式称为变值复合加载模式。本文针对复合加载模式作用下地基的极限承载力问题和变值复合加载模式作用下地基的安定性问题，对数值分析方法与计算模型进行了深入的探索，并通过具体的数值计算与分析探讨了地基的破坏模式及其承载力性能。主要研究工作包括：1．探讨了土工极限平衡问题数值模拟中几类低阶单元的基本性能，计算表明4节点四边形单元具有较好的数值稳定性。在基于强度折减弹塑性有限元数值方法的边坡稳定性分析中，通过数值计算确定坡顶处的无量纲最大位移与强度折减系数之间的依赖关系，并由此根据该曲线上位移陡增段起

3、点所对应的强度折减系数确定土坡的整体稳定安全系数，采用这一评判准则能够避免以往方法中关于破坏状态的人为不确定性。2．利用快速Lagrange有限差分算法，探讨了强度随深度线性增长的非均质粘土地基上条形基础和圆形基础承载力及地基破坏模式。结果表明：随着地基不均匀系数的增大，地基的破坏区逐渐集中在基底附近，传统的非均质地基承载力计算公式一般可能显著地高估了地基承载力。3．基于推广的空间准滑动面(SMP：SpartialMobilizationPlane)准则，建立了平面应变条件下和轴对称三轴压缩条件下土的强度参数之间的相互关系。据此利用条形基础和圆形基础地基极限承载力的滑移线场

4、解，分析了中主应力及三向应力状态对地基承载力的影响，并对Terzaghi承载力公式中的圆形基础形状修正系数进行了评价。计算结果表明：Terzaghi对圆形基础所建议的形状修正系数经验值在一般情况下是合适的，但当基底光滑时，与地基自重所对应的修正系数磊=0．6可能偏于危险，此时建议采用厶=0．4可能更合适。4．为了比较准确而高效地确定复合加载模式下地基的承载力性能，对目前常用的搜寻复合加载模式作用下地基破坏包络面的Swipe试验方法进行了改进，提出了改进的Swipe试验搜寻方法。并与有限元数值计算相结合，在大型通用有限元分析软件ABAQUS的计算平台上进行了二次开发，实现了改

5、进的Swipe试验加载过程的数值模拟。改进的Swipe试验方法不仅克服了传统Swipe方法对加载路径选取的依赖性，丽．盈撵高了诗算精度。为了遴～步准确蟪确定复合麓载模式佟焉下壹瞻基的承簸力，提出了荷载一位移控制方法。联合运用改进的Swipe试验方法与荷载一位移控制方法，对复合麓载模式{乍用下魂基静承载力及箕破环模式遴毒亍’7数镶分橱，囊筵确定了三维荷载空间(爿：巧^D中地基破坏包络面。有限元计算结果表明，地基三维破坏觎络面关于平蘸H=0蹩瑶羁驻豹菲对称性，这耱{}对穰经随爨淘蔫鼗V懿大小瑟交织。逶遘有限元数值计算能够模拟不同复合加载模式下地基的各种破坏模式及其失稳机制。例魏

6、瑟予竖自蕊载V=0貔墙嚣，蕤着窳平蕊羧纛冬增大，遣萋失稳表觋为蹲黎鹣勺形玻坏模式、勺形～双楔形复合破坏模式及双楔形破坏模式。而烃向荷载V=0．5Kl：时，夔羞承平蕊载戆瑶大，遣基失稳表瑗羹不对嚣熬勺形皴嚣模式、勺影一察形一楔形复合破坏模式、勺形--Hansen复合破坏模式和Hansen破坏模式。5。基于极羧分掇上限定遴，甏麓速度型霉限擎元，建立了复合麓载模式下遗基承载力上限解法的数学规划列式。并通过线性规化技术多项式原始一对偶内点方法进行‘≯数值求麓。在逢麓承载力分稷孛，雩lA三燕形孳元帮剐彀援荤元等嚣类速度鍪单元，分别用于模拟可鼗形地基的速度场和刚性基础的运动场。根据地旗

7、一基础接触面懿受羧特性，将接鲑瑟瑟分梵能够承受一定觳应力静接魅条捧I耪完全不髭承受控痊力的接触条件II等两类。通过建立两类速度型单元的协调条件，模拟复合加载模式下达到援羧乎鬻状态辩基疆一遗基接融赛覆豹速疫{≥连续蛙。裁用上述畜强元上疆鳃法，通过对条形基础下地基蛏向承载力系数^，。的数值计算及其与已有解答的对比分褥表鞠：由藏搿得到爵孽±限躲楚遥远粪实群黪一个最佳上限i纛钕磐。逡瑟鼹爱合鸯鬟载模式作用下地基的承载力性能进行分析，并通过线性插值近似地得到了三维荷载空间C毯×硒串嚣军孛赛覆按艋条{簪下缝基破坏惫终瞧匿土隈远