opencv包络圆_砂土地基上圆形浅基础三维破坏包络面的理论研究

对于圆形浅基础,传统的地基承载力分析理论主要有Terzaghi、Vesic、Hansen、Meyerhoff等提出的各种经验、半经验公式,对于倾斜与偏心荷载作用下的浅基础稳定性问题,一般是基于Terzaghi竖向承载力公式,分别通过引入荷载倾斜系数与Meyerhoff有效宽度假定来考虑水平荷载和偏心荷载对竖向承载力的影响,对此栾茂田等[1]已经进行了比较全面的评述。随着石油、天然气和金属矿物等海洋资源的大力开发,各种海洋基础稳定性评价方面的问题得到了高度重视。与陆地上基础相比,海洋基础除了承受竖向荷载V以外,通常还要抵抗波浪和风暴等所引起的水平荷载H与力矩M。在这种复合加载情况下,海洋基础一般不会在单纯的竖向荷载作用下达到极限平衡状态,而是在竖向荷载、水平荷载与力矩的不同组合条件下发生失稳破坏。因此,将传统的地基承载力理论用于海洋浅基础稳定性评价时,可能出现较大偏差,从而不适合含有较大水平荷载和力矩的情况[2]。为了解决这个问题,部分学者[1-2]通过系统研究提出了破坏包络面理论,认为在复合加载条件下,地基达到整体破坏时各个荷载分量的组合在三维荷载空间(V,H,M)中将形成一个不依赖于加载路径的外凸曲面,其方程可由引起地基失稳时的各个荷载分量显式表达为f(V,H,M)=0。根据实际的受力状态与该破坏包络面之间的相对位置关系,可以直观评价设计荷载状态下海洋基础的整体稳定性。目前所开展的研究工作大多针对软黏土地基,砂土地基上圆形浅基础破坏包络面方程的研究较少,并仅限于模型试验研究。Martin等[3]对于复合加载条件下黏土地基上纺锤形基础的力学响应进行了比较系统的室内小比尺模型试验。在此基础上,Gottardi等[4]、Cocjin等[5]分别对于密砂上圆形和条形浅基础开展了一系列模型试验,并对试验数据进行拟合,建议了砂土地基上浅基础的破坏包络面方程。Cassidy等[6]针对松散钙质砂地基开展了小比尺复合加载试验研究,主要探讨了宏单元模型中的硬化准则和流动法则。但这些试验工作都是针对某种相对密度或内摩擦角的砂土,因此,本文对于共面复合加载条件下砂土地基上圆形浅基础的承载力进行比较系统的有限元分析,探讨了砂土内摩擦角(对于圆形浅基础在V-H、V-M荷载平面与V-H-M荷载空间内的破坏包络轨迹的影响,并与已有的室内模型试验结果进行了对比。1有限元模型直径D=1m的圆形浅基础位于砂土地基上。不考虑浅基础本身的变形,因此采用离散刚体单元模拟。地基模型的半径和深度都取为5D,经过试算,可以消除有限元模型中地基的边界效应影响。根据赵少飞等[7]的建议,土体单元类型选择8节点缩减积分实体单元(C3D8R),在浅基础附近的局部区域加密网格,单元数为26240,如图1所示。图1有限元模型Fig.1Finiteelementmesh在分析中,砂土假定为纯摩擦材料,重度取为=20kN/m3,采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构模型,变形模量E=100MPa,泊松比v=0.3。很多实验结果已经表明,砂土剪胀角低于内摩擦角,但为了与常用的竖向承载力解进行对比,仍然采用了相关联流动法则,即取=。土体为纯摩擦材料,基础与地基之间不能传递拉应力,因此,基础和地基间设为完全黏结约束,而未设置接触单元。为了避免纯摩擦材料计算难以收敛的数值问题,同时又不影响材料真实的力学响应,需要在模型中人为赋予砂土一个很小的黏聚力值。根据Zhu等[8]利用ABAQUS软件计算矩形基础承载力时的建议,在本文考虑的砂土内摩擦角范围10~30内,当<20时,取cB=0.2510-3,当

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