在经典的承载力理论中，条形基础的极限承载力qu随基础宽度B的增大而线性增大，二者之间的关系可用通过原点的直线表示，如图 1中曲线C所示；承载力系数Nγ为极限承载力qu与宽度的比例系数，其大小只与土体的内摩擦角有关，与B无关，在图 1的Nγ-B坐标中可用一条水平虚线H来表示。
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图 1 基础尺寸效应示意图
Golder等[1]首次提出了尺寸效应问题，他通过试验研究发现：浅基础小比尺模型试验中得到的基础极限承载力qu与B的关系如图 1中实线D所示，随着基础宽度的不断增大，曲线越来越靠近理论值线C；对于地基承载力系数，在基础宽度未达到一定值B0时，随着基础尺寸的增大，承载力系数Nγ不断减小，在达到B0之后，承载力系数不再随着基础尺寸的改变而改变，即地基承载力系数Nγ会随着基础宽度的增大而不断减小，并不是Terzaghi地基承载力公式中表现出来的一样，只与地基土体的内摩擦角有关，不随着基础宽度的改变而改变。这就是基础地基承载力尺寸效应问题。很多学者从试验及数值模拟两个方面研究了基础尺寸效应问题[1-7]。在试验方面，主要通过小比尺试验与离心机试验手段进行研究。Yamaguchi等[2]通过对3，120 cm两种基础基底应变在形成滑动面时的差异进行观测，得出了基础尺寸效应产生的原因是地基的渐进性破坏，并得出可以忽略尺寸效应的基础极限宽度为B0=90 cm；柳飞等[3]分别在相对密实度为24%及78%的丰浦砂地基上进行了平板载荷离心机承载力试验，得到了考虑尺寸效应的修正后承载力公式, 并得到了B0=110 cm；Kusakabe等[4]对圆形和条形基础进行了研究，得出了基础形状对尺寸效应的影响；沈扬等[5]对南海珊瑚砂进行室内承载力模型试验，在试验基础上提出了适用于珊瑚砂的地基承载力公式。在数值模拟方面，陈榕等[6]利用有限元研究了密砂中圆形锚上拔的承载力尺寸效应；Fu等[7]通过对干砂材料上平板载荷试验的离散元模拟，得出莫尔-库仑圆应力强度包线的非线性可能是尺寸效应产生的原因之一。综上，已有的研究多集中对干砂地基中基础模型尺寸大于0.2
m的小比尺模型试验与模拟大比尺模型的离心机试验的尺寸效应研究，且针对海洋土力学中主要研究对象的饱和砂土地基研究较少，应用离散元研究尺寸效应的研究较少，对小比尺试验饱和砂土中条形基础的尺寸效应产生的机理尚不明确。本文开展了不同密实度饱和砂土地基上条形基础宽度为0.01，0.02，0.05，0.1
m的小比尺模型试验，并利用离散元软件PFC对试验过程进行了模拟，利用尺寸效应评价指标，定量地讨论基础的尺寸效应问题，提出了考虑基础尺寸效应的承载力公式，为之后小比尺模型试验试验模型以及试验地基土的选取提供参考。
通过小比尺模型试验研究了条形基础的地基承载力尺寸效应问题，并得出了考虑基础尺寸效应的修正的地基承载力公式。利用离散元模拟讨论了尺寸效应产生的原因，主要得出3点结论。
(1) 小比尺砂土试验中承载力的尺寸效应较为明显，且随着地基砂土密实度的增大和基础埋深的增大，尺寸效应更加显著。
(2) 根据系列条形基础承载力试验结果，拟合得到了小比尺试验中与应力水平和砂土密实度与基础埋深相关的经验系数计算公式，从而基于太沙基条形基础承载力公式，建立了考虑小比尺试验尺寸效应的条形基础承载力计算方法。
(3) 利用离散元模拟了室内小比尺试验，并分析了破坏状态时的应力路径、应力比变化情况以及力链与位移云图，得出基础地基承载力尺寸效应的产生是应力水平变化、破坏模式改变以及渐进破坏程度综合作用的结果。
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《岩土工程学报》2024年第6期全文阅读
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