竖向均布荷载作用在地基内部时的土中应力公式

建筑物基础一般都是埋入地基中，且有一定深度，而目前土中应力计算所常依据的布西奈斯克解却是假定荷载地表面导出的。本文以半无限体内受竖向力作用的明德林公式为根据，通过积分而首次完整地推导出竖向矩形均布荷载作用在地基内部上的土中应力分量解析表达式，并与布氏公式进行比较，说明其应用范围，以便于工程设计人员在设计时使用。     

水平均布荷载作用在地基内部时的土中应力公式

本文根据半无限体内受水平集中力作用的明德林公式，通过积分而首次完整地推导出水平矩形均布荷载作用在地基内部时的土中应力分量的解析表达式，以便工程设计人员在设计时使用。     

矩形移动荷载作用下饱和-非饱和土双层地基的动力响应分析

考虑地基为饱和-非饱和土双层半空间，利用连续介质力学和多相孔隙介质理论，构建双层地基的统一动力控制方程并进行耦合求解。利用Dirac-delta函数和Heaviside阶跃函数将矩形移动荷载作用描述为时间和空间坐标的解析函数，将荷载函数代入地基动力控制方程，采用三重Fourier变换以及降阶法进行求解，并对推导结果进行退化验证及对饱和-非饱和土双层地基的动力响应进行分析。研究表明，当荷载移动速度小于瑞利波速时，竖向振动峰值很小，振幅随速度的增大发生小幅增涨，但当荷载速度达到瑞利波速时，竖向振动发生激增；随着速度进一步增大，竖向位移多次出现峰点。非饱和土的饱和度及土层厚度也对地基振幅存在显著影响。     

水荷载引起混凝土重力坝位移的理论研究

基于多孔连续介质模型，从理论上探讨了作用在地基上的水荷载作为渗流体荷载时引起 混凝土重力坝的位移，导出了均质各向同性地基在渗流体荷载作用下的应力解答和位移解答. 通过理论分析得到：(1)由于渗流体荷载引起上游地基下沉，下游地基上抬，从 而使地基转动，导致坝体向上游位移. (2)作用在地基上的水荷载按面荷载分析的位移大于按 渗流体荷载分析的位移，但它们都引起坝体向上游位移.     

矩形基础地基临塑荷载公式

目前土力学教材中给出的临塑荷载公式只适用于条形基础。实际工程中柱下矩形基础比条形基础应用更广泛,对矩形基础地基临塑荷载公式开展研究不仅对土力学学科发展具有理论意义,同时对矩形基础设计具有实践价值。首先通过二重积分得到矩形基底左右两侧区域内向上拉应力在基底边缘处产生的应力;再以条形基底地基中主应力方向建立局部直角坐标系,通过应力叠加得到矩形基底边缘处应力表达式;接着对开平方近似计算式中系数n的不同取值作误差分析;最后将应力表达式代入Coulomb强度准则,利用开平方近似计算式和三角函数级数展开式,通过求导得到矩形基础地基临塑荷载公式。不同类型地基土的算例表明,地基土泊松比越小,矩形基础与条形基础的地基临塑荷载比值越小,利用后者的临塑荷载公式计算前者的临塑荷载不安全。     

正交各向异性地基平面问题动力响应研究

以位移分量为基本未知量,在直角坐标系下建立正交各向异性地基的平面应变问题动力偏微分方程.采用Laplace-Fourier变换和逆变换方法,引入初始条件和边界条件,推导了任意形式表面动荷载作用下正交各向异性地基平面问题在时域内动力反应的积分形式解.基于理论解,编制了相应的计算程序,并对正交各向异性土体表面作用线性移动谐振荷载进行了算例分析,研究了土体参数、荷载移动速度、荷载频率不同而导致的土体表面各点竖向位移幅值的变化规律,以及荷载速度对竖向应力分量的影响规律.数值分析结果表明:土体的各向异性、荷载频率和移动速度对表面位移幅值有较大影响,土体阻尼比对于荷载中心点附近的位移幅值影响较小;荷载移动速度对于竖向应力分量有较大影响,这对工程实践具有重要指导意义.     

条形荷载下梯度非均匀非饱和土的动力响应分析

基于多孔介质混合物理论, 建立了梯度非均匀非饱和土地基模型, 研究了条形荷载作用下梯度非均匀非饱和土地基的动力响应问题. 通过傅里叶积分变换和Helmholtz矢量分解原理, 获得频域内非饱和土地基动力响应问题的通解, 结合回传射线矩阵法和边界条件, 求解获得了非均匀非饱和土层中位移、应力以及孔隙压力的计算列式. 假设沿深度方向梯度非均匀非饱和土的物理力学性质按幂函数连续变化, 通过数值傅里叶逆变换得到了非均匀非饱和土地基中的应力、位移以及孔隙压力等物理量的数值解, 分析讨论了土体非均匀性对非饱和土介质动力响应的影响规律. 结果表明: 土体非均匀性显著改变了非饱和土中竖向位移、正应力和孔隙压力在其深度方向上的振动模态, 其中孔隙气压在其深度方向的振动频率随着梯度因子的增加而不断增大, 波峰值不断靠近地表处附近; 竖向位移随着梯度因子的增大不断减小; 正应力和孔隙水压随着梯度因子的增大先增大后减小, 并且土体非均匀程度越高, 正应力与孔隙水压的幅值越大.      

单边超载作用下的地基临界荷载

传统的地基临界荷载计算公式只适用于地基超载为对称的情况,无法直接应用于非对称超载情况。沿用传统地基临界荷载推导方法,推导并计算了只有一边有超载条件下的地基附加应力和临界荷载。计算分析结果表明:相对于无超载情况,单边超载使地基附加应力的影响深度和宽度均增大,且向有超载一侧偏移的趋势;在单边超载和地基临界荷载的作用下,地基的塑性区不再是对称的,而是只出现在和超载相对的一侧。单边超载对地基临界荷载的影响有限,基本可以忽略不计,这也定量地验证了规范(GB50007)关于非对称超载条件下地基临界荷载规定的合理性。     

竖向线荷载和条形均布荷载作用在地基内部时的土中应力分析

建筑物基础一般都是在基中有一定深度的，而且前中应力计算所常依据的布西奈斯克解却是假定荷载作用在地表面导出的，这与实际情况有很大的出入。     

荷载作用下多孔饱和地基的热-水-力耦合动力响应分析

基于广义热弹性理论，结合达西定律，对Biot波动方程进行修正，研究了一个受到荷载作用的多孔饱和地基的热-水-力多场耦合动态响应问题。建立了多孔饱和地基在荷载作用下的热-水-力耦合模型及控制方程，该模型可退化为热弹性耦合模型。采用正则模态法求解，得到了问题的解析解，讨论了热-水-力耦合模型和热弹性耦合模型的区别，分析了荷载频率变化对地基中各物理量的影响。最终给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律。     

受移动简谐力作用的多孔弹性半平面问题

研究了匀速移动的振动荷载作用下半无限多孔饱和固体中产生的应力和孔隙水压力．应用Fourier变换求解该问题的控制偏微分方程，考虑了荷载的移动速度及振动频率对多孔饱和固体中应力与孔隙水压力的影响，并与相应的弹性介质的解答进行了比较．结果显示多孔饱和半平面中应力和孔隙水压力随荷载的移动速度与振动频率的增加而增大，多孔饱和固体在移动荷载下的动力响应与相应的单相弹性固体的动力响应有较大的差别。     

Soil stress distribution related to neutralizing antipersonnel landmines from human locomotion and impact mechanisms

Soil stress distribution was investigated to understand and to develop means for detonating or neutralizing antipersonnel landmines. Specifically, the loading patterns within the soil attributable to the human gait, as well as those derived from a mechanism that delivers an impact load that is being developed for neutralizing antipersonnel landmines, were studied. Experiments were conducted in the soil bin facilities in the Department of Agricultural and Bioresource Engineering at the University of Saskatchewan. Both load cells and mechanically reproduced devices (MRDs), buried at depths of 50, 100, 150 and 200 mm, were used to measure the transmitted forces through the soil. The load cells provided measurements of the temporal load patterns as transferred through the soil, whereas the MRDs indicated the ability for the person or mechanism to successfully trigger a typical antipersonnel landmine. Both forces and impulses based on the load cell data were used as measures for comparison. The key results of the investigation showed human locomotion imparted a load of longer duration than did the impact from the mechanical device; the corresponding soil stresses increased with increasing human weight and impact loads; and forces in the soil increased with higher initial soil compaction level.     

基于对数螺旋滑裂面的有限宽度土体被动土压力计算方法

基于半无限空间假定的经典朗肯和库仑土压力理论无法准确求解有限宽土体的被动土压力．为了求得不同宽度及墙土摩擦角影响下的被动土压力，首先，基于对数螺旋滑裂面假定，建立大主应力与滑裂面的耦合关系，结合应力莫尔圆导出了滑裂面与两侧墙体的夹角，提出了有限宽度土体的滑裂面控制方程；然后，通过对滑动土楔薄层单元应力分析，推导出被动土压力的大小和分布表达式；最后，采用离散元软件对不同宽度填土进行单侧挡墙平动模式下的被动土压力试验模拟，结果表明，所提出计算理论与数值模拟结果基本一致．该方法求解形式简单，具有很好的工程应用价值．     

饱和地基上弹性圆板的动力响应

研究弹性圆板在饱和地基上的垂直振动特性，即首先应用Hankel变换方法求解饱和土波动方程，然后按混合边值条件建立饱和地基上圆板垂直振动的对偶积分方程，用一种简便的方法，对偶积分方程可化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程。文末的数值分析得出了板振动的一些规律性，由此表明当板的挠曲刚度D趋于无穷大且不计板的质量时，其结果和无质量刚性圆盘在饱和地基上的振动特性完全一致。     

移动荷载下上覆弹性板饱和地基的动力响应

用半解析法对移动条形荷载作用下上覆弹性板饱和两相弹性介质的动力响应问题进行了研究。由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier展开。假设响应函数形式,利用待定系数法求解了考虑固液耦合作用的两相介质在移动荷载作用下的土体位移,有效应力及孔压表达式。求解过程中考虑了土体和弹性板之间的相互作用,并假设土体与弹性板的竖向位移相等。通过计算给出了各参数对土体位移和孔压响应和的影响。数值结果表明弹性梁刚度对位移和孔压响应有较大影响。     

综放采场来压阶段支架载荷的计算

基于综放采场支架围岩关系,建立了综放采场来压阶段支架载荷计算模型,引入三铰拱平衡原理推导出来压阶段支架冲击载荷的计算公式.以山东某矿1306综放工作面为例,应用上述模型和公式,得到来压阶段支架冲击载荷为7.19MN,支架载荷为13.3MN,与实测结果13.11MN基本一致,验证了计算模型的有效性,从而为综放采场来压阶段支架载荷计算和支架选型提供了理论依据.     

Measurement of compacted soil density in a compaction of thick finishing layer

The compaction of a soil is one of the important construction operations that influences the durability of soil structure. Therefore, the measurement of soil density, used to judge the degree of compaction, has to be performed exactly. Since a compaction of a thick finishing layer could be executed with the enlargement of compaction machinery and the improvement of productivity, new equipment which can measure the soil density in a deep stratum has to be developed. In this paper, we propose a method of accurately estimating compacted soil density based on the three dimensional stresses measured in the ground during compaction by a stress state transducer (SST). A tracked vehicle mounted with a vertical oscillator was used to compact a decomposed granite soil of 45 cm depth. A model experiment was executed at a frequency that was varied from 16 to 25 Hz, setting the load ratio of maximum oscillating force to the vehicle weight (4.9 kN) to be 1.2, 1.6 and 2.0. The three dimensional stresses in the ground were measured by use of the SST. Comparing the dry density converted from cone penetrometer test results and the dry density estimated from Baily’s formula, the compacted soil density at the lowest soil stratum could be estimated by measuring earth pressure using SST.     

Use of the Boussinesq solution in geotechnical and road engineering: influence of plasticity

The Boussinesq solution for the distribution of stresses in a half-space resulting from surface loads is largely used in geotechnical and road engineering. It is based on the assumption of a linear–elastic homogeneous isotropic half-space for the soil media. Since the soil exhibits nonlinear and irreversible behavior, it is of major interest to study the validity of this solution for elastoplastic soils. This paper includes an investigation of this issue using finite element modeling. The study is conducted by comparing the elastic stress distribution to that obtained using elastoplastic finite element analyses. Results show that the plasticity reduces the attenuation of the vertical stresses in the soil mass, which means that the Boussinesq solution underestimates the stresses in an area which contributes to the soil settlement. To cite this article: M. Sadek, I. Shahrour, C. R. Mecanique 335 (2007).