一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法，所述方法包括以下步骤：S1：根据摩尔库伦强度准则，通过假定几何变量定义主动区、扇形螺旋线传导区、被动区的几何参数和整体的破坏形式；S2：根据岩土力学极限平衡原理的力平衡和力矩平衡，确定地基基础的承载力计算公式。S3：确定地基的极限承载力和极限破坏形式。本发明专利技术通过数学分析得到极限状态下土体的破坏形式，并根据破坏形式计算出地基基础的极限承载力，从理论上给出了地基承载力合理的计算方法。的计算方法。的计算方法。

【技术实现步骤摘要】
一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法。

技术介绍

[0002]地基承载力的确定是地基基础设计中必不可少的一项工作，地基承载力特征值的计算是较为常用的一种方式，行业内主要是依据现行规范《建筑地基基础设计规范》GB50007
‑
2011第5.2.5条，地基承载力的特征值可根据土的抗剪强度指标按下式计算：
[0003]f
a
＝M
b
γb+M
d
γ
m
d+M
c
c
k
[0004]式中f
a
‑
由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值(kPa)；
[0005]M
b
、M
d
、M
c
‑
承载力系数，取值按照《建筑地基基础设计规范》GB50007
‑
2011表5.2.5；
[0006]γ
‑
基础底面以下土的重度(kN/m3)，地下水位以下取浮重度；
[0007]b
‑
基础底面宽度(m),大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；
[0008]γ
m
‑
基础底面以上土的加权平均重度(kN/m3)，位于地下水位以下的土层取有效重度；
[0009]d
‑
基础埋置深度(m)，宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工完成后，应从天然地面标高算起。对于地下室，当采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室内外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。
[0010]c
k
‑
基底下一倍短边宽度的深度范围内土的黏聚力标准值(kPa)
[0011]该分析方法存在以下不足：
[0012]该方法的基本公式是按照太沙基的地基承载力计算公式给出的，但是该方法承载力系数的取值均为经验值，根据对比可知这些取值跟其他国家规范中的承载力系数取值由较大偏差，这种经验的取值很难从数学上分析其合理性；另外，该方法并未考虑地基基础下土体在极限状态下破坏的形式，在地基基础设计时无法准确判断地基基础产生影响的范围。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法，解决现有计算方法未考虑地基基础下土体破坏形式以及承载力系数均是经验值的问题，通过数学分析得到极限状态下土体的破坏形式，并根据破坏形式计算出地基基础的极限承载力，从理论上给出了地基承载力合理的计算方法。
[0014]本专利技术计算浅基础地基极限承载力的分析方法，所述方法包括以下步骤：
[0015]S1：根据摩尔库伦强度准则，通过假定几何变量α,β,r0定义主动区、扇形螺旋线传导区、被动区的几何参数和整体的破坏形式，其中主动区为基础底面宽度b以下产生倾角为α的等腰三角形ABC，AB＝BC，AC＝b，∠BAC＝α，AB边受到土的作用力与AB边的夹角＝土的内
摩擦角φ，在B点所受土压力f的延长线上取一点O，令OB＝r0，以OB为起始边，O点为中心点，做对数螺旋线BD，设BD转过的角度为θ，由D点延对数螺旋线BD做平滑的延长线与地基基础底面延长线相交于点E，DE与地基基础底面延长线CE的夹角为β，由D点作铅垂线并与地基基础底面延长线CE交于点F得扇形螺旋线传导区BCFD和被动区DEF的虚拟边界DF；
[0016]S2：根据岩土力学极限平衡原理的力平衡和力矩平衡，确定地基基础的承载力计算公式，过程如下：
[0017]地基基础总的极限承载力R
k
为地面超载承载力Q
d
、土内粘聚力承载力Q
c
和土自重承载力Q
b
三个分项之和，
[0018]R
k
＝Q
d
+Q
c
+Q
b
＝b(M
d
*q+M
c
*c+M
b
*r*b)，
[0019]承载力各分项Q
d
、Q
c
、Q
b
的计算公式如下
[0020][0021][0022][0023]其中b为基础底面宽度，
[0024]M
d
、M
c
、M
b
为承载力系数，非现有技术的经验值，而是通过承载力各分项Qd、Qc、Qb反向计算获得，M
b
＝Q
b
/γb2，M
d
＝Q
d
/qb，M
c
＝Q
c
/cb，
[0025]为扇形螺旋线传导区BCFD的重力G
BCFD
对O点的力矩，
[0026]q为地面超载，
[0027]γ为基础底面以下土的自重，单位为kN/m3，
[0028]d为基础埋置深度，单位为m，
[0029]c为土内粘聚力，单位为kN/m2，
[0030]＝土的内摩擦角φ，单位为
°
；
[0031]S3.通过方式一或方式二迭代计算，确定地基的极限承载力和极限破坏形式，
[0032]所述方式一通过确定承载力系数，承载力各分项均取最小值，再通过叠加法计算地基基础总的极限承载力：
[0033][0034][0035][0036]在b、γ和φ确定的情况下，α，β和r0为三个公式中的变量，通过求解上面的微分方程或迭代计算的方式可以得到各分项的最小值，地基基础总的承载力由各分项的最小值叠加计算得到，
[0037]所述方式二通过单一极限破坏面分别求出此时各承载力参数的值和总的极限承载力
[0038][0039]在b、γ和φ确定的情况下，α，β和r0为上面微分方程中的变量，通过求解上面的微分方程或迭代计算可以得到总承载力的最小值和此时α的值，此时得到一个极限状态下单一的破坏形式并求得所有承载力系数的值，其中R
S
中的S表达的是叠加法的意思，R
IM
即采用叠加法求得的极限承载力的总和，R
GM
为采用单一破坏面法求得的极限承载力的总和。
[0040]本专利技术通过两种方式计算浅基础地基的极限承载力，通过方式二获得的总承载力计算值一般大于通过方式一获得的总承载力计算值，经验证，通过方式二得到单一破坏面与实际应用的承载力符合度更高。
[0041]本专利技术中，α的取值范围是[φ，45+φ/2]，假定点O处于地基底面的等高线上，则有：
[0042]由此，α为承载力计算公式中唯一的变量。
[0043]本专利技术通过所述方式一计算得到两个不同的α的值，结果为：
[0044][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算浅基础地基极限承载力的分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：根据摩尔库伦强度准则，通过假定几何变量α,β,r0定义主动区、扇形螺旋线传导区、被动区的几何参数和整体的破坏形式，其中所述主动区为基础底面宽度b以下产生倾角为α的等腰三角形ABC，AB＝BC，AC＝b，∠BAC＝α，AB边受到土的作用力与AB边的夹角＝土的内摩擦角φ，在B点所受土压力f的延长线上取一点O，令OB＝r0，以OB为起始边，O点为中心点，做对数螺旋线BD，设BD转过的角度为θ，由D点延对数螺旋线BD做平滑的延长线与地基基础底面延长线相交于点E，DE与地基基础底面延长线CE的夹角为β，由D点作铅垂线并与地基基础底面延长线CE交于点F得扇形螺旋线传导区BCFD和被动区DEF的虚拟边界DF；S2：根据岩土力学极限平衡原理的力平衡和力矩平衡，确定地基基础的承载力计算公式，过程如下：地基基础总的极限承载力R
k
为地面超载承载力Q
d
、土内粘聚力承载力Q
c
和土自重承载力Q
b
三个分项之和，R
k
＝Q
d
+Q
c
+Q
b
＝b(M
d
*q+M
c
*c+M
b
*r*b)，承载力各分项Q
d
、Q
c
、Q
b
的计算公式如下的计算公式如下的计算公式如下其中b为基础底面宽度，M
d
、M
c
、M
b
为承载力系数，通过承载力各分项Q
d
、Q
c
、Q
b
反向计算获得，M
b
＝Q
b
/γb2,M
d
＝Q
d
/qb,M
c
＝Q
c
/cb，
为扇形螺旋线传导区BCFD的重力G
BCFD
对O点的力矩，q为地面超载，γ为基础底面以下土的自重，d为基础埋置深度，c为土内粘聚力，S3.通过方式一或方式二迭代计算，确定地基的极限承载力和极限破坏形式，所述方式一通过确定承载力系数，承载力各分项均取最小值，再通过叠加法计算地基基础总的极限承载力：基础总的极限承载力：基础总的极限承载力：在b、γ和φ确定的情况下，α，β和r0为三个公式中的变量，通过求解上面的微分方程或迭代计算的方式可以得到各分项的最小值，地基基础总的承载力由各分项的最小值叠加计算得到，所述方式二通过单一极限破坏面分别求出此时各承载力参数的值和总的极限承载力在b、γ和φ确定的情况下，α，β和r0为上面微分方程中的变量，通过求解上面的微分方程或迭代计算可以得到总承载力的最小值和此时α的值，此时得到一个极限状态下单一的破坏形式并求得所有承载力系数的值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈传涛，徐采薇，朱桂斌，陈春晖，陈艳平，
申请(专利权)人：广东省建科建筑设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：