岩石地基与独立基础基底界面剪切力学特性及影响研究

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基础是保证建筑物在其设计使用年限内安全及正常使用的重要组成部分,同时基础在整个建筑物的建造成本中占有非常大的比重。独立基础以其结构形式以及性价比等优势,在基础设计中得到广泛应用。对独立基础的早期研究多主要集中在土质地基上,岩石地基上独立基础相关的研究工作起步较晚,相关成果不足以满足工程建设需求。与土质地基相比较,岩石地基具有弹性模量大,变形量小,承载力高,与基础接触面约束作用强等典型特点,导致独立基础在岩石地基上的受力特性与土质地基上有较大差异,对应的分析与设计方法也会有所不同。现阶段岩石地基对独立基础的约束作用研究更多关注的是基底反力而忽略了基底界面剪切应力的分布与作用,岩石与混凝土接触面的研究又多集中在剪切力学特性以及大坝稳定性分析。为进一步研究岩石对基础约束作用的具体表现,优化岩石地基上独立基础的设计方法。本文主要针对岩石地基与基础基底界面剪切力学特征进行分析总结,探究基底界面剪切作用对岩石地基上独立基础受力特征的影响,并通过现场原位试验与数值模拟的方法进行分析与验证。本文主要研究内容与结论如下:(1)收集并归纳国内外有关独立基础受力特性、破坏模式、设计方法的研究成果,发现研究对象主要是土质地基上的独立基础。总结国内外关于地基与基础接触面剪切力学特性的研究现状,发现鲜有关注基底剪切作用对基础受力与承载力的影响。(2)探究地基与基础基底界面剪切力学特性以及影响因素,发现岩石与混凝土接触面本构关系可采用刚塑性或弹塑性模型,影响因素主要包括岩石种类、岩体性状、试验测试方法、接触面物理力学特性等,这些因素造成基底界面剪切应力分布呈现明显的非线性。研究基底界面剪切作用对岩石地基上独立基础的受力特征及承载力设计值的影响,分析发现基底界面剪切作用对于基础弯曲效应影响明显,对基础冲剪、局压以及劈裂等承载能力影响较小。并给出考虑基底剪切作用后,在中心荷载作用下,独立基础计算截面弯矩减小幅度公式。(3)结合独立基础现场试验,分析基底界面剪切应力对基础裂缝开展以及基底反力分布的影响,分析发现基底剪切应力对基底反力的影响与基础高度产生的影响规律一致,影响效果随着宽高比减小而减小;基底界面剪切应力对基础裂缝发展的影响范围有限,当基础宽高比较大时,影响较明显,当宽高比较小时基本无影响。(4)借助有限元分析软件,对岩石地基与基础基底界面剪切应力大小、分布、影响因素以及剪切应力对基础受力特性的影响进行分析。结果显示当基础宽高比较大时,基底剪切应力沿轴线先增大后减小,随着宽高比减小以及界面摩擦系数增大,剪切应力逐渐趋于均匀,接着向边缘集中。影响因素包括基础宽高比、荷载、界面摩擦系数。
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