Lade-Duncan准则下的土拱效应原理计算方法分析

现行挡土墙主动土压力计算方法未考虑土拱效应的影响,因而不能全面地反映土体的三维受力特性对挡土墙土压力的影响。根据Lade-Duncan准则在平面应变状态下的表达式,推导了考虑土拱效应影响的挡土墙后侧向主动土压力系数公式及土体竖向平均应力分布公式,得出挡土墙后主动土应力计算理论。结果表明:基于Lade-Duncan准则考虑土拱效应计算的主动土压力较不考虑土拱效应计算的结果偏小,更接近试验结果和实际情况。     

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。     

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。     

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。     

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。     

挡土墙后地震被动土压力的拟动力学分析

考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的研究方法,推导了地震条件下随时间变化的被动土压力系数、被动土压力合力、被动土压力强度和被动土压力合力作用点的理论公式;重点分析了加速度的放大系数以及地震卓越周期对最危险滑动面倾角、被动土压力系数以及被动土压力分布的影响。     

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.     

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。     

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...     

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。     

基于ANSYS的悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应影响因素研究

基于水平集中力作用下的明德林应力解，推导出了相邻两桩桩前土体某一深度平面内任意点的附加应力表达式，运用MATLAB计算得到应力等值线的分布，分析了被动土拱效应随桩间净距、桩宽和桩前距离的变化规律。并通过ANSYS对被动土拱效应的影响因素进行了数值模拟分析。计算结果表明:在一定桩身水平位移和桩间距下，相邻两桩桩前会产生被动土拱效应，且随着桩间距的增加，被动土拱效应减弱，土拱范围先增大后减小；随着桩前距离的增加，被动土拱效应减弱。     

挡土墙水平土压力非线性分布试验研究

结合一山区高速公路多个挡土墙墙背土压力的监测数据,对挡土墙不同深度处的土压力大小分布规律进行了研究。结果表明：不同深度的挡土墙土压力随上部填土高度增加的快慢不同,愈接近墙顸,增加越快;水平土压力沿墙高呈非线性分布,其值介于理论静止土压力和被动土压力之间,在墙身的3／4以下,与静止土压力接近;在墙身的1／2以上,与理论垂直土压力接近。     

刚性挡土墙土压力分布规律试验研究

主要研究挡土墙位移对土压力的影响,通过室内模型试验,实测了挡墙不同位移模式下土压力的相关数据,绘制出土压力沿墙高的分布曲线,并在极限状态下与古典朗肯土压力理论结果进行了对比分析。研究结果表明:在不同位移模式下,主动和被动土压力都不是理论上的线性分布,而各有特点。     

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。     

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.     

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。     

黏性土填土蠕变对土工合成材料加筋土挡土墙响应的影响

对黏性土填土的加筋土挡土墙进行了蠕变有限元分析,研究了填土蠕变大小对墙体的影响,探讨了填土与筋材蠕变的相互作用机理.研究结果表明:当填土蠕变率大于筋材蠕变率时,筋材在墙体建成后拉力将会持续增大,并不表现应力松弛;随着填土蠕变率增大,墙体水平位移及筋材应变和拉力会随之增大,并且蠕变时间越长,这种增大效应越明显;目前实际设计方法中对填土蠕变影响的考虑不足,是偏于不安全的.     

挡土墙被动土压力破裂线及土压力分布变分解

为求解挡土墙被动土压力破裂曲线和土压力分布,取墙后填土的水平微分单元为研究对象,根据水平方向和竖直方向的力平衡以及力矩平衡,推导出基本微分方程。再通过求解出土压力分布表达式,推导出总的土压力泛函,利用欧拉方程求解泛函极值,其极大值就是被动土压力,极值曲线即是土体的破裂曲线。最后,利用基本求解思路,提出了挡土墙光滑情况下的滑裂曲线及土压力分布形式。     

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。