[科普中国]-局部剪切破坏

简介

在基底压力作用下, 地基的破坏形式有三种,即:整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏。整体剪切破坏的滑动面有连续性且延伸至地表, 其力学概念明确, 模型简单清晰。因此, 目前的地基极限承载力理论(太沙基、魏西克等)都是以整体剪切破坏模式为依据的, 而对局部剪切破坏和冲剪破坏模型下的地基极限承载力的研究较少。太沙基曾在其整体剪切破坏极限承载力公式的基础上, 给出了一个考虑局部剪切破坏的经验公式。

此外, 大量的试验结果表明地基承载力系数除了与土的内摩擦角φ有关外, 还与地基土及基础的其他参数有关, 而现有的承载力理论仅考虑了前者的影响, 或者根据某些条件下的试验结果粗略地、不完整地考虑某些因素的影响。从极限平衡理论及地基中塑性区发展规律的角度出发, 对局部剪切破坏模式下地基极限承载力进行了研究, 其结果与太沙基经验公式吻合较好, 并明确了试验中所观察到的影响承载力系数的其他因素及影响规律1。

原 理局部剪切破坏一般发生在压缩性较大的松砂和软粘土中, 其特点是在基底附近地基土中产生连续的滑面和楔, 但滑面不延伸至地表, 以条形基础为研究对象, 在均布条形荷载p 作用下, 当p >pcr(pcr为地基的临塑荷载)时, 基底两侧将产生两个对称的塑性区, 塑性区边界方程为 :

z = p -γ0dπγsin β0sin φ-β0 - cγtan φ-γ0γd (1)

式中, β0 及z 分别为塑性区边界上任一点到条形基础两端点连线的夹角(rad)及该点的深度(m)。随着荷载p 的增大, 塑性区将按式(1)的规律扩大, 当塑性区与基础中线相切时, 地基中滑裂面局部连通, 本文将这一状态定义为局部剪切破坏状态,此时所对应的荷载即为局部剪切破坏时的极限承载力2。

计算结果及分析1)根据计算, 并与太沙基经验公式进行了比较，可以看出, 与太沙基经验公式的地基承载力系数相比,得到的承载力系数Nc 、Nq 偏小, 而Nγ则偏大, 局部剪切破坏模式下的地基极限承载力偏小, 但差别在10%之内。

2)给出了承载力系数随k 值的变化规律,在φ一定的情况下, Nc 、Nq 随k 值的增大而减小,Nγ随k 值的增大而增大。在k 值一定的情况下,N c 、Nq 、Nγ 随φ值的变化规律与现有的地基承载力理论相似。

3)关于k 值的意义。首先, 地基承载力系数Nc 、Nq 、Nγ 可以理解为土的粘聚力因素c 、基础埋深因素(γ0 d)及基础宽度因素(γb)对承载力的贡献系数, 本文结果表明, 它们除了与φ有关外, 还与k值有关, 进一步分析可知, 在φ一定的前提下, 若c 、q 、γb 增大(或减小), k 值使Nc 、Nq 、Nγ 减小(或增大), 也就是说, 地基极限承载力并不是随c 、q 、γb的增加而无限制地增大, 而是受到k 值的约束作用,给出了这种影响因素的完整表达式及影响规律3。

总结局部剪切破坏模式下地基极限承载力的计算方法, 与太沙基的经验公式结果吻合较好, 同时该方法从理论上解释了影响承载力系数的其他因素及影响规律, 对地基承载力的研究具有一定的理论意义3。