层状地基中基础穿透破坏的机理和判据研究项目摘要

层状地基中基础穿透破坏是基础失效的一个主要原因。揭示基础穿透破坏的机理和影响因素对准确预测基础穿透破坏的发生，降低基础工程的失效，减少上部结构的损伤和破坏是非常重要的。为此，本申请项目将通过空心扭转试验研究大变形条件下地基土的应力－应变关系，建立适用于大位移有限元分析的弹塑性本构模型；采用接触面直剪试验、模型试验以及离散元数值模拟研究地基与基础界面的大变形力学行为，建立考虑剪胀性的界面接触模型；发展任意拉格朗日－欧拉法描述下的岩土大变形有限元方法；通过大比尺室内模型试验和离心模型试验以及大变形数值模拟研究，揭示基础穿透破坏的内在机理，对基础穿透破坏影响因素进行综合分析，提出预测基础穿透破坏的判据。本项目在大变形分析方法和界面模拟方面具有很强的理论意义；在基础设计与施工方面又具有很好的工程应用前景。

层状地基中基础的穿透破坏是基础失效的一个主要原因。揭示基础穿透破坏的机理和影响因素对准确预测基础穿透破坏的发生，降低基础工程的失效风险，减少上部结构的损伤和破坏是非常重要的。本项研究通过土工试验、1g模型试验和离心模型试验以及大变形有限元分析等方法系统深入地研究了基础穿透破坏的机理及其影响因素，构建了基于欧拉-拉格朗日格式的土工大变形有限元分析方法，给出了基础发生穿透破坏时的临界深度计算公式以及承载力的计算公式，提出了可以避免或减轻穿透破坏的新型基础形式，为层状地基中基础的设计与安装提供了依据。 2100433B

即岩体破坏的力学条件。破坏判据是以破坏机理为依据建立起来的。破坏类型不同，破坏判据也不同。①张破裂判据。岩石在压应力作用下，除在最大主应力方向产生纵向压缩变形外，在垂直于最大主应力方向还产生横向扩张变形，即产生张应变。脆性岩石在压应力作用下产生的横向扩张变形达到一定极限时，便在平行于最大主应力方向产生张破裂。以此建立起来的破坏判据称为张破裂判据。它主要用于判断岩石在压应力作用下能否产生张破坏。②剪破坏判据。在不等向应力作用下岩石内部不同方向的切面内可形成不同数值的剪应力，其中某一切面内的剪应力达到岩石剪破坏条件时，岩石便产生剪破坏。以此建立起来的破坏判据称为剪破坏判据,也称为库仑-莫尔判据。它适用于判断柔性岩石在压应力作用下能否产生剪破坏。③结构体滚动破坏判据。在破裂岩体内部的应力作用下，结构体滚动的力学条件称为结构体滚动破坏判据。它主要用于判断破裂结构岩体受力状况改变时能否产生结构体滚动破坏。④结构体沿结构面滑动破坏判据。以结构面为参照面可将岩体内应力分解为垂直于结构面的法向应力及平行于结构面的剪应力。在一定应力条件下，平行于结构面的剪应力超过结构面的抗剪阻力时，结构体便沿着结构面产生滑动。在作用于结构面上的剪应力与抗剪阻力达到平衡条件下建立起来的力学条件称为结构体沿结构面滑动破坏判据，也称为库仑判据。它适用于块裂结构岩体稳定性分析，也适用于检核碎裂结构岩体及板裂结构岩体能否沿结构面滑动。⑤溃屈破坏判据。在轴向力作用下板裂结构体产生弯折破坏的力学条件。这是一种结构失稳判据。这种破坏条件主要控制于板裂体的刚度及几何特征，而与材料强度无直接关系。它不仅适用于板裂结构岩体稳定性分析，也适用于检核碎裂结构岩体产生板裂化后能否产生破坏。2100433B

本项目的主要研究内容是：探索复杂环境中高拱坝的破坏演变过程、破坏机理和破坏判据；拱坝- - 地基系统的整体稳定性、失稳形式、分析方法和失稳判据；研究高拱坝在高压库水作用下裂缝产生和扩展的规律、开裂深度，坝体混凝土和岩体劈裂对拱坝工作性态和安全度的影响。在此基础上，研究高拱坝安全度分析的理论和方法，给出新的高拱坝安全度的科学定义，以及能够正确表征安全度的物理量，研究高拱坝安全度的分析方法，研究高拱坝 2100433B

2008年5月12日我国四川省汶川县发生的里氏8.0级强烈地震，造成惨重的人员伤亡，大量的财产损失。本项研究拟通过对汶川震区典型建筑物、堤防、桥梁等设施的地基基础，以及隧道、地下结构等建（构）筑物地震破坏形式展开广泛的现场调查，结合震区地质条件分析，开展基于结构、地质条件的地基地震破坏形式的分类与安全性能评估，研究工程结构－地基－基础系统在强地震作用下的破坏特征及破坏过程，建立地基、基础破坏特征与岩土动力特性关系，提出合理、可靠的地基抗震加固和恢复重建措施，并紧密依托同济大学目前正在开展的灾区重建规划与建筑设计工作，为灾后重建、以及我国抗震防灾提供可靠的第一手资料与强有力的技术支撑。其研究成果将有效补充与完善我国工程地质抗震分析理论，具有重要的理论价值和工程应用前景。 2100433B