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。     

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。     

半填半挖路基挡土墙静止土压力计算

半填半挖路基挡土墙后填土属于有限填土,当挡土墙为重力式且修建在坚硬的基岩上,挡土墙刚度大变形小,墙后填土处于弹性平衡状态,土压力按照有限填土的静止土压力计算更加合理.基于已激发内摩擦角的概念,通过对墙后填土应力莫尔圆的分析,建立了半填半挖路基挡土墙后有限填土静止土压力的计算方法.针对挡土墙墙背和基岩倾斜面与水平面夹角不同,以及与填土之间摩擦角不同的各种情况,分别给出了静止土压力系数的计算公式.工程设计中应根据实际情况合理选择相应的公式进行土压力的计算.     

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。     

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。     

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。     

路基悬锚式挡土墙墙背土压力分布

路基悬锚式挡土墙是一种新型的挡土墙,其墙背土压力分布与常规挡土墙墙背土压力分布规律不同,不能套用现有的公式进行计算。根据其受力特点,结合项目研究的需要和依托工程的实际情况,确定了以墙高8,9,10 m这3种工况对路基悬锚式挡土墙的墙背受力情况及土压力分布情况进行现场试验和跟踪检测。通过实体工程的实测数据及其结构特点对悬锚式挡土墙的墙背土压力进行了分析,并与墙后土压力设计值及修正后的公式计算值进行了对比。结果表明:路基悬锚式挡土墙各测试点的墙背土压力随时间逐渐增大并趋于稳定,沿墙高呈3段式非线性分布;墙背土压力近似分布图形可以参照现有锚定板挡土墙的计算方法得出,但需进行修正,土压力系数宜取1.2～1.4;为提高挡土墙墙背的受力均匀性及挡墙的整体稳定性,第1层锚杆高度与底板的距离宜为挡墙建筑高度的1/3且距离底板不宜大于2.5 m,各锚杆层间高差宜为2.5～3 m;墙背最上层锚杆位置由于受土压力较小,因此最上层锚杆布设高度宜为距墙顶1/3高处,且适宜高度为2～3 m;悬锚式挡土墙的双层锚杆与锚定板型式建筑高度宜为6～10 m,3层锚杆与锚定板型式建筑高度宜为10～12 m。     

填土碾压对挡土墙土压力和位移的影响分析

路基挡土墙是城市道路中的常见结构物,具有节约空间、减少路基填方等优点。在路基填筑过程中,填土荷载和碾压荷载都会对挡土墙产生挤压作用,导致挡土墙承受侧向应力并产生位移。该文结合盐城市范公路某标段路基填筑施工,在现场埋设土压力盒和测斜管进行试验研究,得到了土压力和位移的发展规律。路基中垂直土压力主要由土体的重力引起,基本随土体深度呈线性分布。在碾压过程中对墙背水平土压力影响很大,填土不高时水平土压力接近于被动土压力,但随着填土高度增加其增长速度放缓,在填土1.0~1.4m高度达到最大值后出现明显下降,最后趋近于静止土压力。挡土墙位移基本是绕墙底的转动位移,施工前期位移增长缓慢,到后期填土接近墙顶时位移发展很快。最后利用有限元软件很好地模拟了路基中土压力的分布和挡墙位移。     

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。     

列车荷载对衡重式挡土墙土压力及稳定性影响研究

利用FLAC-3D建立起三维有限差分衡重式挡土墙模型,研究分析了在墙后填土自重荷载和列车动荷载作用下,挡土墙墙背土压力变化规律,并分析了挡土墙水平作用力、抗滑和抗倾覆稳定系数随车速的变化规律。结果表明:荷载对挡土墙的影响主要集中在上墙的中下部,车速对水平土压力作用点位置以及挡土墙稳定性影响不大。     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同土性下L型挡土墙土压力研究

运用有限元法对L型挡土墙在不同土性的填土情况下分层逐级填筑进行了模拟,重点分析了填料强度对土压力的影响、挡墙基底应力分布情况和材料刚度对墙体受力的影响规律,结果表明:当砂性填土φ＞30°,墙背水平侧压力将趋于相等; 粘性填土c＞20 kPa时,墙背水平侧压力不再受φ值影响而趋于相等;无论是砂土还是粘土,当填土材料强度达到一定程度时,其挡墙外部检算安全系数将在一个稳定值附近波动,墙背土体未达到极限平衡状态;挡墙基底应力分布呈“马鞍形”,基底平均应力［σ］＜140 kPa;地基刚度对土压力影响比填料小。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.