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.     

非线性破坏准则下土体剪胀性对地震主动土压力的影响

该文基于极限分析上限法,提出一种可以综合考虑土体强度非线性及剪胀性的主动土压力系数的计算方法。在引入非关联流动法则的基础上,借助切线技术将非线性强度参数转化为线性参数。考虑地面超载以及地震力作用的影响,推导了各项外力功率和内能耗散功率的表达式,建立能量极限平衡方程,进而获得主动土压力的显式解,并最终获得主动土压力系数的最优上限解。参数分析表明:主动土压力系数随非线性系数、水平地震力系数和地面超载的增大而增大,随初始黏聚力和剪胀系数的增大而减小。通过算例说明在边坡挡土墙的设计中,非线性系数及剪胀系数应予以重视。     

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。     

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。     

均质粘性填土挡土墙地震主动土压力计算方法研究

目前,挡土墙地震条件下主动土压力的计算采用最多的就是Mononobe-Okabe理论公式及其相关改进公式,但这些方法几乎都是在相当的假定和简化条件下进行的,致使公式的适用性受到很大的限制。基于MononobeOkabe理论及其它相关研究成果推求更一般条件下的计算公式,综合考虑墙后填土粘聚力c、内摩擦角φ,墙背与填土间的粘着力c'、外摩擦角δ,填土面倾角β(填土面为单一斜度),地震水平加速度系数kh和竖向加速度系数kv,地面超载q0等因素;并基于拟静力法思想,采用水平层分析法(微分薄层法)得到土压力的分布强度、土压力合力大小,以及土压力合力作用点位置高度计算公式。     

地面均布超载引起的主动土压力分析

以墙后为无粘性填土且填土面作用均布超载的竖直刚性挡土墙为研究对象,考虑土拱效应及水平土层间的剪应力,引入水平层分析法,得到平动模式下均布荷载引起的主动土压力表达式。计算表明,地面超载引起的主动土压力沿墙高并非均匀分布,而是显现出上大下小的非线性特征,这样合力作用点的高度将高于墙高的二分之一。因此按传统方法计算土压力时将会高估挡土墙的抗倾覆稳定性。     

柔性拉筋式重力墙地震土压力计算方法研究

为有效确定地震荷载作用下柔性拉筋式重力墙的土压力，基于塑性极限分析上限法及拟静力法，采用对数螺旋面作为滑裂面，通过对挡墙后填土进行内能耗散功率与外力功率的计算，建立了拉筋式重力墙地震土压力分析模型。通过算例分析，对比数值模拟与研究提出的算法结果，验证了所提出算法的合理性，并就填土及拉筋的相关参数对地震土压力的影响进行了讨论。结果表明:随着填土强度参数的增加，地震土压力呈非线性减小；土压力随着土工格栅间距的增大而呈非线性增大；随着顶层拉筋长度的增加，土压力呈非线性减小趋势；当顶层拉筋长度大于10 m时，土压力值基本不变。     

墙背及填土面倾斜刚性墙承受的地震主动土压力研究

地震多发区的刚性挡土墙设计,确定地震主动土压力大小及合力作用点位置至关重要,但以往国内外学者多采用拟静力学法进行分析计算.为使理论分析更贴近实际,设地震时墙后填土受到正弦式稳态振动作用并考虑时间和相位差,采用拟动力学的极限平衡方法(仍假定土中破裂面为平面),分析并建立了无粘性填料的墙背及填土面倾斜刚性挡墙地震主动土压力系数、压应力分布及其合力计算公式.在此基础上,探究了填土摩擦角φ、墙背与土摩擦角δ、墙背倾角α、填土面倾角i以及水平与竖向地震加速度对最危险破裂面倾角θ、主动土压力系数及土压应力分布的影响.与已有分析方法比较,该文提出的地震主动土压力呈非线性分布的结论更加符合工程实际.     

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。     

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。     

基于DEM分析的有限宽度填土主动土压力计算

在城市商业密集区或山区岩石区域修建的挡土墙结构,存在大量靠近已有坚固墙壁或岩壁情形,此时其后填土空间将被限制,而其主动破坏模式与土力学经典模型存在较大差异。引入离散单元法(DEM)方法,对挡墙后无粘性填土在平动模式下的破坏模式进行了分析。结果表明,此时,墙后填土的破裂面无法贯穿整个填土,其为通过墙踵的局部直线型破裂面,即由上矩形部分和下三角形部分组成的梯形截面,破裂面倾角与土体内摩擦角相关。在此基础上,基于极限平衡分析,对梯形滑动面采用薄层单元法建立了主动状态土压力强度的微分表达式,由此导得墙后有限宽度填土的主动土压力计算方法,计算结果与已有试验测试结果吻合良好,表明该方法的合理性。     

非极限状态主动土压力与填土张拉裂缝研究

为了进一步完善非极限状态主动土压力计算中的不足,并就填土张拉裂缝深度的理论计算展开研究,以复杂工况下刚性挡土墙为研究对象,综合考虑挡土墙变位模式、填土种类、墙背与填土面倾角、墙土摩擦、填土张拉裂缝影响及超载作用等因素,基于薄层单元法,并结合墙土相互作用强度参数与位移的非线性关系,推导得到一种非极限状态主动土压力计算公式;通过与文献特例、试验数据比对,验证了所构建公式的合理性。当墙背填土为黏性土时,利用土压力计算公式及挡土墙模型中的几何关系,建立了填土张拉裂缝深度与挡土墙位移的关系方程,并绘制出不同影响因素下裂缝深度随挡土墙位移的变化曲线,其变化规律与模型试验结果基本吻合。研究结果表明:考虑因素的增多使得非极限状态主动土压力计算过程变得复杂,但假设条件与实际工况更加接近,其计算误差得以降低,且通过迭代法计算方程可以得到满意的数值解;张拉裂缝开展深度随挡土墙位移呈非线性增长,在位移初期增长较快,而接近极限位移时裂缝开展趋于稳定;不同因素对于填土张拉裂缝开展产生的作用存在差异,其中填土内摩擦角和黏聚力影响显著,超载和填土面倾角影响次之,墙背倾角影响最小;降低填土抗剪强度,增加超载以及选择仰斜式挡土墙均有助于抑制张拉裂缝的开展。     

粘性填土挡土墙主动土压力分析

现有层分法在分析粘性填土主动土压力时存在两大问题:一是墙顶附近土压力可能出现负值,致使该处的受力状态在公式推导时和计算后不一致;二是分析确定的开裂深度偏大.为此,考虑填土开裂过程对土压力的影响,借鉴层分法采用微分薄层进行分析的方法,重新推导了开裂分析及土压力计算公式,消除了墙顶土压力出现负值的现象.算例分析表明:改进法求得的开裂深度减小,主动土压力和倾覆力矩明显增大,且随填土粘性增大,这种差异越显著;同时与广义库仑理论(考虑开裂)进行了比较,两者求得的主动土压力很接近,但改进法求得的倾覆力矩更大.     

基于库仓理论的非饱和膨胀土主动土压力计算

分析了非饱和膨胀土的强度特性,以库仓土压力理论为基础,考虑非饱和膨胀土基质吸力,推得了挡土墙极值条件下的主动土压力公式,该公式无须试算可直接求出主动土压力和填土滑裂面与水平面的夹角。公式计算简便,便于工程技术人员掌握和应用。     

基于粒子群算法的粘性土主动土压力计算方法

假定挡土墙后滑动面为库伦平面滑裂面,基于能量法,推导出了适合与砂性土与粘性土的主动土压力计算公式,然后引入粒子群智能优化算法,对最危险滑动面所对应的破裂角在变量范围内进行全局搜索。运用本文方法分别对墙后填土为为砂性土和粘性土的挡土墙土压力进行计算,发现对于砂性土,优化方法得到的破裂角与理论精确解完全一致;对于粘性土,方法计算结果与实测结果相对误差为5.5%。     

考虑地震波影响的挡土墙被动土压力确定新方法

<正>确确定地震土压力对地震多发区的挡土墙设计至关重要。瑞利波约占地震总能量的67%,但现有地震被动土压力计算中并没考虑其影响,以往极限平衡法仅用地震加速度临界组合计算无粘性填土刚性挡墙的被动土压力。通过研究纵、横波及瑞利波提出一种能满足包括地表零应力在内的所有边界条件的新动力法确定地震被动土压力。结果表明:新动力法比拟静力和拟动力法分析所得地震影响区大23%和14%,揭示了瑞利波的影响存在;求得地震被动土压力系数较拟静力和拟动力法分别小22%和3%。     

受地震影响挡土墙主动土压力的计算

本文按库伦土压力理论对在水平地震力作用下的挡土墙的主动土压力的受力状态进行静力分析，从而导出了在最不利状态时的破裂角，与之相对应的地震时的最大主动土压力，文中附有计算示例，可供设计，施工应用。     

涵顶形状对土压力的影响

采用有限元方法及模型试验对刚性地基上的上埋式涵洞进行施工模拟,分析方形涵洞和半圆形拱涵施工过程中填土沉降、等沉面及涵顶土压力的变化规律.结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,而且涵顶形状影响等沉面高度;涵顶形状不同,涵顶土压力分布和土压力系数变化很大.涵顶填土高度大于10倍涵洞高度时,方涵和半圆拱涵的等沉面高度分别趋近于3.1倍、2.7倍涵洞高度,涵顶土压力系数则分别为1.56、1.26.     

挡墙后粘性土被动土压力的薄层微元法

基于水平层分析法的思想,采用薄层微元法,推导了考虑挡墙墙高、墙背倾角、填料面仰角、均布超载、填料重度、填料摩擦角、填料与墙背粘结力和摩擦角(外摩擦角)等条件下的粘性土被动土压力公式的解析解,采用图解法给出了临界破裂角的显式解答.并分析了这些因素对被动土压力临界破裂角、被动土压力强度分布、土压力合力大小和作用点位置的影响...     

粘性回填土顶面倾斜时的侧向土压力问题

太沙基提出了顶面倾斜时的粘性回填土的侧向土压力的图解法。这一方法在解决实际挡土墙问题中显得冗长，因为在确定挡土墙的侧向土压力分布图时要画数个莫尔圆。本文提出此问题的解析法。文中以表格形式列出了不同ψ、β和ｃ／γｚ取值的主动土压力系数Ｋａ和被动土压力系数Ｋｐ。并举实例以说明其应用。