考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法

针对平动模式下的刚性挡土墙,提出了考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法。考虑墙体平动位移对墙后填土内摩擦角与墙土界面上的外摩擦角的影响,建立了内外摩擦角与位移之间的关系式。对未达到极限位移的挡土墙,分析墙后小主应力拱的应力状态,并结合位移与摩擦角之间的关系,把主动侧土压力系数与挡土墙位移联系起来,将其用于水平微分单元法求解平动模式下挡土墙非极限主动土压力,给出了考虑土拱效应的非极限主动土压力分布、合力及作用点的理论公式,并与不考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法进行了比较。结果表明:该方法可行有效;土压力合力大小相等,但合力作用点与土压力分布存在明显差别;研究成果可为相关工程提供参考。     

考虑土拱效应的挡土墙被动土压力研究

针对多数挡土墙被动土压力研究未考虑土拱效应和仅考虑砂土影响的现状,对考虑土拱效应的黏性土挡土墙被动土压力进行了研究,给出了黏性土下的侧向被动土压力系数;用应力状态法求解出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力竖向平均应力及土压力合力及作用点,并结合算例研究了不同土拱效应对被动土压力的影响及不同计算方法对结果的影响。结果表明:由于土拱效应的影响,挡土墙被动土压力呈上大下小非线性分布;随着参数δ/φ的增大,土拱效应增大,挡土墙作用点高度逐步下降。     

一般应力状态下挡土墙上主动土压力研究

将Lade-Duncan破坏准则应用于求解挡土墙上的主动土压力,在平面应变状态下,通过在π平面上采用与Lade-Duncan破坏准则等效面积的Drucker-Prager破坏准则,且借助等效内摩擦角的概念,提出了计算挡土墙上主动土压力的新方法,并与传统的库仑法、朗肯法和有限元数值模拟等计算结果进行了比较。结果表明:该方法计算过程简便,计算结果准确,是计算挡土墙上主动土压力的合理方法,有一定的工程实用价值。     

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。     

倾斜刚性挡墙主动土压力的土拱效应分析

根据土拱效应原理和摩尔应力圆,获得了考虑墙背倾角影响的墙背法向主动土压力系数,然后根据水平微分滑裂体的竖向静力平衡得到了平移模式下的倾斜刚性挡土墙法向主动土压力、法向主动土压力合力及其作用点高度等的计算式。进一步分析了墙背倾角、墙土摩擦角和填土内摩擦角对法向主动土压力及其系数、法向主动土压力合力及其作用点高度的影响。     

考虑土拱效应的边坡桩间土钉墙受力计算

边坡抗滑桩桩间土拱效应对桩间土钉墙各部分的受力及土钉的设计长度有重要影响,然而现阶段多依个人或者设计单位经验对桩间土钉墙各部分的受力进行计算,对土钉长度进行设计,以上传统的受力计算及土钉设计方法均未充分考虑土拱的影响,使得土拱在工程运用中受到了限制。为了推广土拱在工程中的运用,首先描述土拱形状,继而深入研究土拱对桩间土钉墙各部分受力的影响,提出了基于土拱效应桩间土钉墙受力计算方法和土钉长度设计方法,此受力计算方法认为：土钉墙的受力取拱前土体主动土压力或剩余下滑力两者中的较大者,抗滑桩的受力为拱后土体剩余下滑力与土钉墙受力之和,土钉长度设计中土钉自由段和锚固段的分界线为土拱迹线。继而结合巴（中）达（州）铁路堑坡,通过数值模拟描述土拱形状,计算土拱影响下不同截面处抗滑桩和土钉墙的受力,并结合土拱形状对土钉长度进行设计,与不考虑土拱效应时受力计算结果和土钉长度设计结果进行对比。研究结果表明：考虑土拱效应较不考虑土拱效应时,抗滑桩纵断面受力明显增大,增幅大于11%,土钉墙纵断面受力明显减小,减幅大于12%,土钉用量节省接近13%,充分说明考虑土拱效应确实对抗滑桩受力、土钉墙受力和土钉设计长度造成较大影响。     

土拱效应、应力扩散效应、应力集中效应和桩承式路堤

质疑土拱效应中存在土拱,因"无法探测土拱",使得土拱的形态、形成和应力转移的各种推测均无法验证,土拱效应的计算方法繁多而不能统一,"土拱"的假设制约了土拱效应理论的发展。分析了颗粒结构应力传递的特点,提出应力扩散效应是土体中应力分布基本特性的全新观点。根据应力在扩散范围内具有向强支承面自动集中获得平衡的规律,提出土体中还存在应力集中效应。当土体中应力集中现象发生重迭时,就会产生土拱效应。桩承式路堤中填土超过等沉面高度h0后,桩顶的应力集中效应覆盖整个路堤面,路堤即出现土拱效应典型的应力分布现象。土拱效应是土体抗剪强度通过应力扩散实现的应力转移现象,土拱效应中不存在土拱,土的应力集中效应和土拱效应都是土的应力扩散效应的衍生效应。提出计算桩承式路堤中等沉面高度h0的通用公式。等沉面高度h0不仅与桩净距有关,更与填土的性质有关。     

基于拟动力方法的地震条件下挡土墙主动土压力研究

为了研究地震条件下挡土墙的主动土压力,基于传统的滑楔体极限平衡理论,采用拟动力方法,得到了地震条件下主动土压力的计算公式以及临界破裂角的解析解.主动土压力的计算公式考虑了地震力、挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、挡土墙的倾角以及超载角等影响因素,并分析了这些因素对临界破裂角和地震主动土压力系数的影响.研究结果表明,当不考虑土体放大系数和挡土墙后填土的粘聚力的影响时,临界破裂角小于Mononobe-Okabe方法计算出的破裂角;临界破裂角随着土体放大系数的增大而减小;地震主动土压力系数随着地震系数、挡土墙倾角或者超载角的增大而增大,随着挡土墙后填土的内摩擦角或者土体放大系数的增大而减小,随着挡土墙与后填土之间的摩擦角的增大表现为先减小后增大.     

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。     

考虑土拱效应的刚性挡土墙被动土压力分析

基于墙面摩擦系数对土拱效应的影响,提出了层间等效内摩擦角的概念,并将其应用到水平层微分单元法中,推导出了平移模式下刚性挡土墙被动土压力的理论计算公式。然后与离散元数值模拟得到了有、无墙面摩擦的墙后土体的被动土压力分布规律进行了对比。结果表明:墙面摩擦是土拱效应产生的主要因素;当墙面粗糙时,被动土压力随墙深的增加而增大,而墙面光滑时,被动土压力首先增大然后又减小;理论计算与数值试验和模型试验得到的被动土压力分布规律吻合较好,表明了通过层间等效内摩擦角来考虑土拱效应的合理性。     

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。     

考虑土层各向异性的朗肯被动土压力公式

在计算水平沉积土层中挡土墙被动土压力时,忽略各向异性的影响,可能导致计算结果偏大.提出一种考虑土层各向异性的简化方法,即修正应力法,它通过提高水平方向应力大小,将各向异性土等效为各向同性土.利用该方法,能够统一将许多现有的各向同性强度准则发展为各向异性,与试验结果有较好吻合度.基于各向异性Mohr-Coulomb准则,推导出水平沉积砂土层中挡土墙被动土压力公式,与经典朗肯公式相比,仅增加了一个与土层各向异性程度有关的修正系数.该公式还被拓展到地面超载、成层土的情况,便于实际应用.     

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。     

粘聚力对土压力计算的影响

本文在综合考虑土的粘聚力的前提下，通过对挡土墙后的滑动棱体进行受力分析，推导出了主动土压力的计算公式，并把该公式的计算结果与库仑土压力计算结果通过算例进行了比较，说明了计算土压力时综合考虑粘聚力的必要性及合理性。     

考虑地基固结的挡土墙土压力有限元法分析

应用有限元程序建立了考虑地基固结的挡土墙后土压力分析平面应变计算模型,研究了等效交通荷载作用和工后固结阶段挡土墙土压力与土体水平位移分布规律。计算结果分析表明：挡土墙与土体之间的相对位移决定了土压力分布规律;在外部荷载作用下挡土墙形成刚体旋转与平行移动的混合位移模式,该模式决定了土压力沿深度的变化规律;固结变形导致的土压力与水平位移变化与荷载作用下的土压力与水平位移变化规律类似但方向相反。     

组合位移模式下刚性挡土墙非极限主动土压力

合理确定水平土层间剪切作用是计算任意位移模式下挡墙土压力的关键,相关计算理论在考虑剪应力时缺乏一定的理论依据和试验支撑。针对组合位移模式下的刚性挡土墙,首先基于考虑位移效应的Mohr应力圆,得到由土拱效应导致主应力偏转所产生的剪应力;在此基础上,由直剪试验比拟土层错动作用,建立了剪切系数与位移模式参数n的幂函数关系式。将其应用于改进的水平层分析法,得到了组合位移模式下刚性挡土墙非极限主动土压力的求解方法。某些单一位移模式下挡墙土压力理论解为本文的特解,说明本文理论推导的可靠性。参数研究表明:RTT模式下,非极限主动土压力呈凸曲线分布,峰值位置随n的增大而上移,且高于已有理论解;RBT模式下,非极限主动土压力呈凹曲线分布,其曲率大于已有理论解;随着n的增大,合力作用点位置会降低,降低幅度与墙顶位移呈正相关;合力作用点位置随墙土摩擦角与内摩擦角比值的增大而增大,当墙土摩擦角大于0.7倍内摩擦角时,增长幅度尤为明显。     

一种非极限状态主、被动土压力计算方法

为了完善非极限状态主、被动土压力计算方法中的不足,以刚性挡土墙为研究对象,采用加权组合的数学思想构建了一种非极限状态土压力计算模式。利用非极限状态土压力与静止土压力、松弛应力、挤压应力三者的关系方程,并引入松弛应力发挥系数和挤压应力发挥系数,分别推导得到非极限状态主、被动土压力的加权组合计算模型;借助非极限状态侧土压力系数与填土内摩擦角、墙土摩擦角的关系式,得到一种求解加权组合计算模型的计算方法;通过引入非极限状态墙土摩擦角与位移比的关系公式,在非极限状态土压力与挡土墙位移之间建立了对应关系。结果表明:本研究方法与经典理论计算结果基本吻合,验证了边界条件的合理性;当挡土墙位移处于非极限状态时,本研究方法较已有文献方法的计算结果更接近于试验数据;本研究方法考虑了非极限状态侧土压力系数与土体内摩擦角、墙土摩擦角的非线性关系,更适用于实际工况;在松弛应力发挥系数、挤压应力发挥系数作为加权组合计算模型中的权重,可以直观反映出应力变化对于非极限状态主、被动土压力的影响程度,为构建土压力计算模式提供了思路;由于墙土摩擦角实测数据偏少,其数值演变规律有待进一步探明,导致本研究方法的计算精度仍有一定提升空间。     

桩板式挡土墙土压力极限上限分析

桩板式挡土墙被广泛应用在铁路公路等领域的滑坡治理中，合理分析挡土墙土压力至关重要。依据试验结果，总结桩间土体局部失稳空间几何特征，并将局部失稳土体视为由无数三角形薄片组成，建立桩板式挡土墙土压力三维计算模型。基于极限上限法，计算桩后局部失稳土体外力做功功率和内部能量耗散，建立能量平衡方程式，推导出桩间挡土墙土压力表达式。将挡土墙土压力三维计算结果、二维计算结果和相同条件下试验结果进行对比，发现三维计算结果与试验结果基本一致。桩板式挡土墙土压力计算方法可为实际工程提供一定理论依据。     

土拱效应计算理论比较与讨论

系统地阐述了土拱效应的起源、验证与发展，并详细介绍了土拱效应在桩承式路堤、挡土墙、被动桩等领域中的应用。将各领域中的土拱方法分为微分单元法与合理拱轴线法，指出各方法中理论上的区别及计算结果差异。微分单元法起源于粮仓效应中的Janssen连续介质模型，最先由Terzaghi提出，后续学者对微分单元法的改进也借鉴了改进的Janssen模型思想；合理拱轴线法即“结构拱”法，起源于普氏拱理论，与土拱效应应力转移本质有些出入。最后，讨论了微分单元法中的侧土压力系数与应力偏转迹线等相关问题，提出了侧向土压力系数新的表达形式，改进了以往水平方向静力不平衡问题，将微分单元法引入抗滑桩，为抗滑桩土拱效应的研究提供了新的思路。     

无黏性有限土体主动土压力的计算分析

经典土压力理论均建立在半无限土体假定的基础之上，然而对于有限土体一般沿用经典土压力理论，这将与实际情况存在较大差异。通过对有限土体进行完整的受力分析，建立有限土体土压力计算模型，基于极限平衡理论及平面滑裂面假定，考虑了既有建筑地下室与有限土体间的相互作用力，建立无黏性有限土体主动土压力计算公式，推导出无黏性有限土体主动土压力系数表达式，并与数值模拟结果进行对比分析，该公式的计算结果与数值模拟结果吻合较好。