層狀地基中基礎(chǔ)穿透破壞的機(jī)理和判據(jù)研究

層狀地基中基礎(chǔ)的穿透破壞是基礎(chǔ)失效的一個(gè)主要原因。揭示基礎(chǔ)穿透破壞的機(jī)理和影響因素對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基礎(chǔ)穿透破壞的發(fā)生，降低基礎(chǔ)工程的失效風(fēng)險(xiǎn)，減少上部結(jié)構(gòu)的損傷和破壞是非常重要的。本項(xiàng)研究通過(guò)土工試驗(yàn)、1g模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)以及大變形有限元分析等方法系統(tǒng)深入地研究了基礎(chǔ)穿透破壞的機(jī)理及其影響因素，構(gòu)建了基于歐拉-拉格朗日格式的土工大變形有限元分析方法，給出了基礎(chǔ)發(fā)生穿透破壞時(shí)的臨界深度計(jì)算公式以及承載力的計(jì)算公式，提出了可以避免或減輕穿透破壞的新型基礎(chǔ)形式，為層狀地基中基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與安裝提供了依據(jù)。 2100433B

層狀地基中基礎(chǔ)穿透破壞是基礎(chǔ)失效的一個(gè)主要原因。揭示基礎(chǔ)穿透破壞的機(jī)理和影響因素對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基礎(chǔ)穿透破壞的發(fā)生，降低基礎(chǔ)工程的失效，減少上部結(jié)構(gòu)的損傷和破壞是非常重要的。為此，本申請(qǐng)項(xiàng)目將通過(guò)空心扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究大變形條件下地基土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，建立適用于大位移有限元分析的彈塑性本構(gòu)模型；采用接觸面直剪試驗(yàn)、模型試驗(yàn)以及離散元數(shù)值模擬研究地基與基礎(chǔ)界面的大變形力學(xué)行為，建立考慮剪脹性的界面接觸模型；發(fā)展任意拉格朗日－歐拉法描述下的巖土大變形有限元方法；通過(guò)大比尺室內(nèi)模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)以及大變形數(shù)值模擬研究，揭示基礎(chǔ)穿透破壞的內(nèi)在機(jī)理，對(duì)基礎(chǔ)穿透破壞影響因素進(jìn)行綜合分析，提出預(yù)測(cè)基礎(chǔ)穿透破壞的判據(jù)。本項(xiàng)目在大變形分析方法和界面模擬方面具有很強(qiáng)的理論意義；在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工方面又具有很好的工程應(yīng)用前景。

即巖體破壞的力學(xué)條件。破壞判據(jù)是以破壞機(jī)理為依據(jù)建立起來(lái)的。破壞類(lèi)型不同，破壞判據(jù)也不同。①?gòu)埰屏雅袚?jù)。巖石在壓應(yīng)力作用下，除在最大主應(yīng)力方向產(chǎn)生縱向壓縮變形外，在垂直于最大主應(yīng)力方向還產(chǎn)生橫向擴(kuò)張變形，即產(chǎn)生張應(yīng)變。脆性巖石在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生的橫向擴(kuò)張變形達(dá)到一定極限時(shí)，便在平行于最大主應(yīng)力方向產(chǎn)生張破裂。以此建立起來(lái)的破壞判據(jù)稱為張破裂判據(jù)。它主要用于判斷巖石在壓應(yīng)力作用下能否產(chǎn)生張破壞。②剪破壞判據(jù)。在不等向應(yīng)力作用下巖石內(nèi)部不同方向的切面內(nèi)可形成不同數(shù)值的剪應(yīng)力，其中某一切面內(nèi)的剪應(yīng)力達(dá)到巖石剪破壞條件時(shí)，巖石便產(chǎn)生剪破壞。以此建立起來(lái)的破壞判據(jù)稱為剪破壞判據(jù),也稱為庫(kù)侖-莫爾判據(jù)。它適用于判斷柔性巖石在壓應(yīng)力作用下能否產(chǎn)生剪破壞。③結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)破壞判據(jù)。在破裂巖體內(nèi)部的應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)的力學(xué)條件稱為結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)破壞判據(jù)。它主要用于判斷破裂結(jié)構(gòu)巖體受力狀況改變時(shí)能否產(chǎn)生結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)破壞。④結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)破壞判據(jù)。以結(jié)構(gòu)面為參照面可將巖體內(nèi)應(yīng)力分解為垂直于結(jié)構(gòu)面的法向應(yīng)力及平行于結(jié)構(gòu)面的剪應(yīng)力。在一定應(yīng)力條件下，平行于結(jié)構(gòu)面的剪應(yīng)力超過(guò)結(jié)構(gòu)面的抗剪阻力時(shí)，結(jié)構(gòu)體便沿著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)。在作用于結(jié)構(gòu)面上的剪應(yīng)力與抗剪阻力達(dá)到平衡條件下建立起來(lái)的力學(xué)條件稱為結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)破壞判據(jù)，也稱為庫(kù)侖判據(jù)。它適用于塊裂結(jié)構(gòu)巖體穩(wěn)定性分析，也適用于檢核碎裂結(jié)構(gòu)巖體及板裂結(jié)構(gòu)巖體能否沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。⑤潰屈破壞判據(jù)。在軸向力作用下板裂結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生彎折破壞的力學(xué)條件。這是一種結(jié)構(gòu)失穩(wěn)判據(jù)。這種破壞條件主要控制于板裂體的剛度及幾何特征，而與材料強(qiáng)度無(wú)直接關(guān)系。它不僅適用于板裂結(jié)構(gòu)巖體穩(wěn)定性分析，也適用于檢核碎裂結(jié)構(gòu)巖體產(chǎn)生板裂化后能否產(chǎn)生破壞。2100433B

本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容是：探索復(fù)雜環(huán)境中高拱壩的破壞演變過(guò)程、破壞機(jī)理和破壞判據(jù)；拱壩- - 地基系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、失穩(wěn)形式、分析方法和失穩(wěn)判據(jù)；研究高拱壩在高壓庫(kù)水作用下裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展的規(guī)律、開(kāi)裂深度，壩體混凝土和巖體劈裂對(duì)拱壩工作性態(tài)和安全度的影響。在此基礎(chǔ)上，研究高拱壩安全度分析的理論和方法，給出新的高拱壩安全度的科學(xué)定義，以及能夠正確表征安全度的物理量，研究高拱壩安全度的分析方法，研究高拱壩 2100433B

2008年5月12日我國(guó)四川省汶川縣發(fā)生的里氏8.0級(jí)強(qiáng)烈地震，造成慘重的人員傷亡，大量的財(cái)產(chǎn)損失。本項(xiàng)研究擬通過(guò)對(duì)汶川震區(qū)典型建筑物、堤防、橋梁等設(shè)施的地基基礎(chǔ)，以及隧道、地下結(jié)構(gòu)等建（構(gòu)）筑物地震破壞形式展開(kāi)廣泛的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合震區(qū)地質(zhì)條件分析，開(kāi)展基于結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件的地基地震破壞形式的分類(lèi)與安全性能評(píng)估，研究工程結(jié)構(gòu)－地基－基礎(chǔ)系統(tǒng)在強(qiáng)地震作用下的破壞特征及破壞過(guò)程，建立地基、基礎(chǔ)破壞特征與巖土動(dòng)力特性關(guān)系，提出合理、可靠的地基抗震加固和恢復(fù)重建措施，并緊密依托同濟(jì)大學(xué)目前正在開(kāi)展的災(zāi)區(qū)重建規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)工作，為災(zāi)后重建、以及我國(guó)抗震防災(zāi)提供可靠的第一手資料與強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。其研究成果將有效補(bǔ)充與完善我國(guó)工程地質(zhì)抗震分析理論，具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用前景。 2100433B