有限土体主动土压力数值计算及参数分析

为研究填土宽度、粘聚力、内摩擦角和计算深度等对墙后有限宽度土体主动土压力分布的影响,建立有限土体数值计算模型,结合工程算例,将有限元法与前人提出的几种有限土体主动土压力计算方法进行对比分析。结果表明,在同一深度处,有限土压力随土体粘聚力的增大而减小,随摩擦角和计算宽度的增大而增大;主动土压力随有限土体宽高比的变化呈上凸曲线,在一定填土宽度范围内,墙背和已有建筑物墙背越粗糙,摩擦系数越大,主动土压力越大;有限元法的分析结果与基于极限平衡理论及平面滑裂面假定的有限土体主动土压力计算方法的结果最相近。     

平移模式下有限空间无黏性填土挡墙主动土压力模型试验研究

由于建设用地紧张,在工程中时常存在新建挡土结构紧邻已有结构,墙后填土宽度有限的情况。因不满足半无限土体的基本假定,在此类工程中采用经典理论预测土体的破坏模式及其极限状态土压力,结果与实际有较大偏差。通过活动挡墙模型试验,观测不同宽度条件下墙后填土主动极限状态的破坏过程及破坏模式。试验结果表明:土体宽度的压缩使得破坏滑动面的倾角增大;当土体宽度足够小时,破坏滑动面发展至墙面后反射形成第二道滑动面发展至土表。建立二类土压力计算模型,采用极限平衡法推导了平动位移模式下有限宽度无黏性填土主动土压力计算式,计算结果与已有研究数据对比验证了其适用性。     

平移模式下挡土墙墙背土侧压力系数的计算

根据库仑土压力理论中墙背滑动楔体整体达到静平衡的基本原理，假定沿墙高方向，土与墙背的摩擦角均达到极限值，从墙背处土体主应力偏转的应力状态分析出发，得到墙背处的主应力偏转角和土侧压力系数的计算公式；把土侧压力系数用于水平层分析法，建立了竖向土压力的基本方程，求解该方程，导出了挡土墙主动土压力、土压力合力及其作用位置的理论公式。经比较，该方法与其他方法对土侧压力系数的计算结果基本一致，所得的挡土墙主动土压力计算结果与模型试验结果也较为吻合。     

有限无黏性填土刚性挡土墙主动土压力计算

针对经典的Rankine或Coulomb土压力理论不适用于山区挡土墙或邻近既有地下室基坑工程中常常遇到的墙后为有限宽度填土的情况,以墙背和稳定岩质坡面间为有限无黏性填土的刚性挡土墙为研究对象,假定在平面应变条件下,墙体平移使得墙后土体在极限平衡状态时出现通过墙踵的直线形或折线形滑裂面,且其中形成圆弧形土拱,考虑滑动土楔内水平土层间存在的平均剪应力,引入水平层分析法,得到非线性分布的主动土压力表达式。通过与文献中离心机模型试验结果的对比,验证所提方法的合理性,并在此基础上,以三角形和矩形断面有限填土挡土墙为例,探讨墙背倾角、岩质坡面倾角、墙土摩擦角、岩土摩擦角、填土内摩擦角或填土宽度等参数对主动土压力的影响。计算结果表明：该方法合理可行;有限填土时主动土压力沿墙高一般为非线性分布,且其合力作用点的位置一般不在墙高的1/3处;当填土宽度较大时,主动土压力合力大小有可能大于Coulomb土压力理论计算值,而且对于矩形断面有限填土的挡土墙,滑裂面的倾角都小于Coulomb土压力理论值。     

桩板墙挡土板土压力计算研究

基于挡土板后土的土拱效应及板后土体的破坏范围，运用有限土体土压力理论，合理拱轴线几何特征及摩尔-库仑强度准则，根据板后土体静力平衡，建立挡土板后土压力的计算模型。以工程实例对推导的土压力计算公式进行验证，并与其他计算方法进行比较，结果表明:此计算方法得出的土压力在上部小于零，下部介于其他计算方法中间，更为符合实际情况。     

垂直挡墙上土压力计算方法的拓展

结合莫尔圆将基于Rankine理论的经典土压力计算公式推广至更为普遍的形式,通过极限平衡理论在数学形式上对其进行了验证,并分析了土中含水率的变化对土压力的影响。结果表明,在Rankine理论基本假设的前提下,其主动土压力方向平行于填土表面的假定是合理的,当填土表面水平时,能够回归到Rankine理论的经典公式,表明了其正确性。挡土墙实际作用土体大都处于非饱和状态,其基质吸力随土体含水率的增加而减小,含水率为零时,主动土压力最小,被动土压力则最大;含水率增大至饱和状态时,主动土压力最大,被动土压力最小,因此,含水率变化引起的土体体积变化对挡土墙上土压力有很大影响。     

不同受力状态下重力式挡土墙稳定性对比分析

以库仑土压力理论为基础,以计算的偏心距e为控制因素。若e≥0即墙后土体主动推挡土墙,则采用主动土压力公式计算;若e<0即挡土墙主动推墙后土体,则取定e=0反算墙后土体的土压力,并以此土压力对挡土墙进行设计。分析给出了主动土压力和修正后土压力作用下重力式挡土墙稳定性计算结果对比,得到出了一些结论。     

高填方涵洞分层回填的数值模拟和土压力分析

应用大型通用有限元分析软件ANSYS的生死单元功能对涵洞土体的分层回填施工过程进行数值模拟,分析了卵形拱涵和箱形涵的垂直土压力分布规律,比较了分层回填数值模拟和整体计算2种方法得到的垂直土压力集中系数的差别.实测卵形拱涵的应力结果表明分层回填数值模拟的计算结果更符合工程实际.     

基于主应力迹线的有限土挡墙主动土压力计算方法

有限填土土压力分析中常用水平薄层分析模型以期得到墙后土压力强度分布公式,而水平薄层模型中其实际受力情况是土压力计算中最关键之处。为得到水平薄层各点实际受力情况,在现有理论基础上,首先基于墙土间摩擦必然引起挡土墙后土体主应力方向发生偏转的力学机理与特点,引入主应力迹线概念,探讨了挡土墙后主应力迹线型式,得到土体各点的主应力偏转规律,最终得到各点实际受力情况。然后在此基础上,改进了水平薄层法受力模型,建立两侧墙背垂直且粗糙、填土面水平的有限土体主动土压力计算方法。最后通过与现有有限土体挡土墙土压力计算理论进行分析,验证了本文土压力理论的合理性与可行性。     

RB位移模式下黏性土非极限土压力研究

针对经典朗肯与库仑土压力理论的适用范围较小且未能考虑挡墙位移对土压力的影响这一事实.根据已有文献对准主动状态下土体摩擦角、黏聚力发挥值与位移关系的研究,采用位移有效面积比方法将该关系量化至绕墙底转动位移模式挡墙,在此基础上结合斜向层分析法推导了考虑填土的黏聚力、墙土间黏着力、均布超载作用等条件下的非极限主动土压力合力及其作用点位置、土压力分布计算式.相应简化条件下,该公式能够简化为朗肯、库仑理论计算式.算例分析结果表明:理论计算值与试验实测数据基本吻合,初步获得了绕墙底转动位移模式下黏性土非极限土压力随位移变化的规律.     

盾构隧道开挖引起地表固结沉降的数值模拟

ANSYS12.0中的Cpt215单元在Solid45单元的基础上,加入了节点水压自由度,使得土体渗透问题可以脱离传统的热量传递问题直接进行数值模拟。Biot从连续介质的基本方程出发,推导出了能准确反映孔隙水压力消散与土体骨架变形相互关系的三维固结方程。基于Biot三维固结理论,利用ANSYS12.0的CPT215单元,对盾构隧道开挖引起的超孔隙水压力的消散过程进行数值模拟,并研究由于超孔隙水压力消散引起的地表固结沉降。基于上海地铁2号线的开挖,将数值模拟的结果与实际监测到的规律进行比较(包括超孔隙水压力的消散过程和地表固结沉降历程),对超孔隙水压力区域数值、消散过程、地表固结沉降历程等进行分析。     

上埋式管涵竖向土压力计算方法

基于马斯顿理论、曾国熙公式、顾安全公式与有限元法,利用计算机仿真技术模拟地形条件、土性参数建立上埋式管涵模型,并根据工程实际进行算例分析、计算结果表明,竖向土压力集中系数广泛存在于涵洞工程中,尤其在高填土中不容忽视,马斯顿理论和曾国熙公式对高填土不适用,结合顾安全公式和有限元分析,能较为准确地评价分析涵洞受力。     

考虑地震荷载的挡土墙土压力计算方法研究

基于库伦土压力理论,建立了水平地震荷载作用下挡土墙土压力强度的一阶微分方程,并求得其精确解。文中给出的曲线分布土压力强度与物步公式给出的直线分布土压力强度相比,其土压力作用点高一些,对挡土墙倾覆力大一些,因而按文中所给计算式进行挡土墙设计更为安全可靠。     

均质黏性土挡土墙地震被动土压力计算

在Mononobe-Okabe理论的基础上,采用拟静力分析法和水平层分析法,推出地震条件下黏性均质填土挡土墙的被动土压力强度分布函数计算式、土压力合力作用点位置高度计算式和墙后土体破裂角计算式。通过与朗肯和库伦土压力理论算例的计算结果进行比较,验证了所推出的计算式的合理性和正确性。因公式推求的条件更为一般化,限制性较小,适用性较强。     

砂性土静止土压力计算探讨

关于静止土压力,在《铁路工程设计技术手册:路基》和《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)中,都有相关的办法和计算,但都是以"经验"为依据提出来的,且其计算图示为墙背垂直填土为水平的情况,由此可见前述规范中采用的方法和公式适用性较小,甚至不准确。基于库伦主动土压力计算理论,结合土体极限稳定边坡的条件,得出可能产生砂性土静止土压力的计算范围,从而建立砂性土静止土压力的计算公式,并通过应力圆加以论证。     

基于椭球体失稳坍落理论的隧道掌子面失稳计算研究

为研究维持软弱围岩隧道掌子面稳定所需的掌子面支护力,以筒仓理论和太沙基压力理论为基础,借鉴运用椭球体失稳坍落理论,建立隧道掌子面失稳理论计算模型,推导隧道掌子面失稳计算公式,求出维持掌子面稳定的最小支护力和完整失稳坍落椭球体的临界埋深值。通过分析隧道埋深与坍落椭球体高度的4种位置关系对计算参数的影响,给出不同位置关系情况下竖向深度z和作用于椭圆台台面的土压力q0的求解方法,并将推导公式与经典公式进行对比,验证推导公式的合理性。最后,运用推导出的隧道掌子面失稳计算公式对实例进行分析,求得维持掌子面稳定的掌子面最小支护比,并用数值模拟方法进行验证。验证结果表明： 推导公式与数值模拟结果具有较好的一致性。     

土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性模拟研究

基于MIDAS GTS有限元软件，建立了盾构-管片-土体一体化模型，对土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性进行数值模拟分析。计算结果表明:由于河道处上覆土厚度骤然减小和盾构机前方的挤土效应，导致河道底部产生了隆起位移，河道顶部产生了沉降；最大土压和最大水浮力均不在河道正下方，而是在河道略前方。