上拔条件下扩底基础碎石土地基破坏特征分析

2013-08-22安占礼

山西建筑 2013年14期

安占礼

(三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002)

0 引言

扩底基础是指以混凝土和钢筋骨架灌注于机械或人工掏挖成型的土胎内的基础。它是以天然土构成的抗拔土体保持基础的上拔稳定，能充分发挥原状碎石土良好的抗剪抗侧性能，具有良好的抗拔能力。由于受到较大上拔荷载作用，扩底基础地基土体会发生失稳破坏，为获得其在上拔作用下的破坏特征，本文基于弹塑性理论，采用有限差分方法，对碎石土地基土体在扩底基础经历上拔荷载作用下的破裂形态进行数值分析。分析成果可为碎石土场地扩底基础的设计提供依据。

1 理论与方法

扩底基础材料为钢筋混凝土，其在上拔过程中的变形为线性弹性变形，因此对扩底基础的变形分析采用弹性理论进行。由于碎石土场地扩底基础相对较浅(一般都小于7 m)，其弹塑性本构模型采用理想弹塑性本构模型［1］。扩底基础地基土体采用的屈服准则是广义米赛斯准则(Drucker-Prager准则)与莫尔—库仑准则［2］。地基土体与基础接触面本构模型采用无厚度的接触面模型［3］。本文采用 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua，连续介质快速拉格朗日分析方法)方法［4］对上拔荷载作用下的扩底基础碎石土地基土体变形破坏计算进行数值计算。

2 数值模拟分析

2.1 扩底基础尺寸

扩底基础尺寸与荷载施加方向示意图见图1。

图1 扩底基础尺寸示意图

2.2 数值网格

扩底基础及地基的数值计算模型范围为:20m×20 m×20m，扩底基础与土层单元均采用8节点六面体等参单元进行划分。数值网格模型共划分255 042个单元，267 355个节点;本次利用FLAC3D程序最终建立的模型以及选取的坐标系统如图2所示。

2.3 计算参数

依据碎石土场地地质勘查报告，本文采用的计算参数见表1。

图2 扩底基础及碎石土地基数值网格

表1 扩底基础及碎石土地基物理力学参数

2.4 边界条件

根据扩底基础的受力特征，对数值网格模型的4个侧面及底面采用固定约束，土体上表面为自由边界，扩底基础顶施加上拔荷载。

2.5 计算结果分析

采用文献［5］中的极限平衡状态的标准对碎石土场地扩底基础在上拔荷载作用下破坏特征数值计算结果进行分析。极限平衡状态的标准为:1)地基土体出现明显的位移分界面;2)地基土体出现连续贯通的塑性破坏区。在对扩底基础在上拔荷载作用下进行数值模拟过程中，上拔荷载由500 kN逐渐增大到2 250 kN，当施加的上拔荷载为2 250 kN时，扩底基础地基土体达到极限平衡状态，其位移分布和塑性区分布图如图3，图4所示。