挡墙后土体应力状态与主动土压力计算分析

为探究土压力理论中挡墙背后土体所处的应力状态,完善对于土体力学条件的考虑,在相关研究成果的基础上,提出在主动土压力条件下,滑移面上土体单元达到极限应力状态时,墙土界面和土楔体内部单元未达到极限应力状态的观点。采用非极限参数对土体的非极限应力状态进行描述,基于二维微分方程对问题进行求解。通过一定假设得到挡墙上土压力和滑裂面上土反力的分布,并进一步考虑滑楔体整体的静力平衡条件和力矩平衡条件,反向求解平面滑移边界的倾角和表征墙背土体非极限状态的参数,从而得到考虑土体非完全极限应力状态,并符合所有力学条件的主动土压力解答。通过实例验证理论的可靠性与合理性,并分析土体内摩擦角与外摩擦角对于土压力分布及有关参数的影响。理论分析结果表明,极限应力状态仅出现在滑裂面上,位于墙面和土楔内部的土体均未完全达到极限状态,而将土体近似视作极限状态并不会对土压力计算结果产生很大影响。相同参数条件下,理论计算滑移面倾角要大于朗肯解和库伦解。内摩擦角和外摩擦角对于土压力分布、合力作用点位置、应力状态参数、土体主应力偏转角度等均会产生不同程度的影响。     

深大基坑中心岛法墙前被动土压力的计算方法

针对中心岛法开挖基坑问题,基于平面滑裂面假定,得到了墙前预留土体被动土压力的解析解,利用此解可以得出挡土墙和预留土体保持稳定的土压力判据.作为该方法的特例,位于直立挡土墙后无限黏性土坡的被动土压力计算公式被确定.计算结果与有限元结果对比表明,当土与挡墙背的摩擦角及土体内摩擦角较小时,计算误差小于10%,满足工程设计要求.     

悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验研究

采用离心场基坑开挖设备进行了粉质黏土悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验,并根据试验结果分析了粉质黏土基坑变形规律和悬臂支挡结构土压力特性.结果表明:开挖过程中悬臂挡墙会朝坑内偏转,并伴随一定的挠曲变形;基坑变形依赖于挡墙的变形模式和大小,随挡墙位移增长,具有明显的阶段性;墙后土体位移随深度增加而减小,同一深度上随距挡墙距离...     

考虑松动区高度影响的城市深埋隧道松动土压力研究

传统的太沙基松动土压力理论是基于浅埋地层这一基本假定建立的，其对于城市深埋地层不具备适用性。在深埋土质隧道土拱效应完全发挥情况下，考虑主应力轴旋转修正无黏性土侧压力系数计算方法；基于有限差分数值平台开展不同埋深、不同内摩擦角下的有限元模拟确定深埋黏性土层的破坏模式。给出考虑主应力轴旋转和内摩擦角对松动区高度影响的深埋无黏性土、黏性土地层的松动土压力计算公式，以实现对城市深埋土质隧道上覆土压力的准确计算。修正公式计算结果与文献、数值模拟结果对比分析结果表明：在深埋情况下，无黏性土层松动土压力修正公式计算结果与文献结果吻合良好；土体强度参数会对黏性土松动区高度造成影响，即随着内摩擦角的增大，松动区高度不断减小；黏性土层松动土压力修正公式计算结果与数值模拟结果吻合良好。     

多工况下墙-砂土界面剪切试验装置研发与试验规律研究

铁路工程中深基坑稳定性对于铁路安全有着重要影响，而其中的关键问题是挡墙结构与土体的相互作用。为进一步揭示不同工况下混凝土挡墙-砂土界面相互作用机制，设计研发多功能界面剪切试验装置并开展墙-砂土界面剪切试验，依据墙-砂土摩擦角变化特征提出“双预警域”基坑稳定性判断方法。结果表明：混凝土挡墙-砂土界面的剪应力-剪切位移曲线呈现显著的非线性变化特征，竖向应力相同时，挡墙粗糙度越大，峰值剪应力越大；主动土压力状态时，不同转动模式下的界面抗剪强度随转动参量增加而先增后减、再趋于平稳，被动土压力状态时则先增后趋于平稳；挡墙粗糙度为I级时，主动土压力状态时绕墙顶转动模式下的抗剪强度最大，而在被动土压力状态时绕墙底转动模式下的抗剪强度最大，且挡墙粗糙度越大，转动模式对抗剪强度的影响越小。基于多工况下墙土界面剪切试验所得界面摩擦角变化规律的“双预警域”基坑稳定性判断方法，可有效提高基坑稳定状态判断的准确性。     

地震条件下被动土压力及其分布分析的新方法

研究目的:目前国内外关于地震条件下被动土压力及分布分析的方法,要么存在分布规律及位置不合理,要么存在推导过程复杂、求解麻烦、适用条件苛刻等局限性。本文采用旋转挡土墙计算模型的变换法,将在地震条件下被动土压力的求解问题转化为在静力条件下被动土压力的求解问题,对于简化被动地震土压力问题,统一地震土压力的求解等方面具有参考价值。研究结论:(1)根据在静力条件下水平层分析法的被动土压力推导结果,直接获得在地震条件下被动土压力强度分布、土压力合力及其作用点位置的表达式,并运用图解法得到了临界破裂角的解析解;(2)公式考虑了水平和垂直地震加速度、不同墙背倾角、墙背、坡面倾角与填料存在粘结力和外摩擦角、存在均布超载等诸多因素的影响,公式可以适用于在常用边界和地震条件下黏性土的被动土压力计算;(3)本文方法大大简化了在地震条件下的被动土压力计算公式推导过程,统一了地震土压力的求解,理论更加完善;(4)本文研究成果可应用于地震条件下挡土墙结构被动土压力的快速求解计算。     

高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析

针对陡坡地段路肩式桩板墙侧向位移对高速铁路无砟轨道路基沉降的影响。采用有限元数值分析并结合现场实测,以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型,通过逐步释放墙顶侧向位移,分析墙背土压力的变化规律;研究由此产生的路基面附加沉降大小及分布形态;建立特征部位处附加沉降与墙顶侧向位移的函数关系。研究结果表明:墙背土压力沿墙背呈先增加后减小的分布形态,最大值出现在墙顶以下6~7 m之间,现场工况条件下墙后土体已进入主动状态;墙顶侧向位移引起的路基面附加沉降沿路基横断面近似呈三角形分布,其影响范围约为17.2 m;墙顶侧向位移与路基面附加沉降基本呈线性关系;现场工点墙顶侧向位移s与近墙钢轨轨下路基面沉降e的解析关系为e=0.4s,工后墙体侧向位移引起的路基面附加沉降仅为工后沉降规范允许值的13%。     

既有挡护结构排水失效的室内模型试验研究

研究目的:既有挡护工程排水失效是常见病害。为研究既有挡护结构土压力与孔隙水压力的相互关系,揭示排水失效对既有挡护结构造成损害的作用机理,本文通过大型室内模型试验,开展两种不同粒径土样(砂性土样与黏性土样)在三种排水条件下的土压力及孔隙水压力的变化规律研究,对排水前后土压力与孔隙水压力值进行对比分析。研究结论:(1)在水的作用下,如果不及时排除挡护结构后的土中水,土压力将急速增长,试验中最大增幅可达145%,墙背排水系统失效将导致挡护结构受力显著增加,挡护结构潜在被推移或推倒的可能。(2)墙背排水系统正常工作情况下,挡护结构墙背土体孔隙水压力会快速消散,但墙背排水系统部分失效将使墙背土体孔隙水压力消散时间明显延长。(3)工程应用中必须高度重视挡护结构的防排水设计。(4)该研究结果,可用于指导挡护工程设计以及既有挡护结构排水失效的处理。     

地震荷载下土体应力分析与挡土墙土压力计算分析

地震荷载作用下,按现有规范采用拟静力法设计的挡土墙仍发生了各种破坏。为探索地震荷载下土中应力分布对于岩土抗震工程的作用,合理地进行挡土墙抗震设计,采用拟静力法对地震荷载进行描述,根据弹性力学理论并假设问题满足平面应变的条件下,推导地震荷载下土体主应力的大小和方向的计算公式。通过对该点Mohr应力圆的分析,给出挡土墙动土压力大小与土体裂缝深度计算方法。研究结论:(1)地震主动和被动土压力系数均随着内摩擦角的增大而增大;(2)黏聚力对地震主动土压力系数的大小无影响,对地震被动土压力系数的影响较小;(3)土体裂缝深度随内摩擦角和黏聚力的增加而增大。     

加筋重力式挡土墙主动土压力的上限分析方法

基于极限分析理论的上限法,考虑平面滑动的破坏模式,将加筋重力式挡土墙拉筋破坏分为拉断和拔出2种模式,分别计算其能量耗散功率,取二者的小值作为拉筋在极限状态下的能耗功率,进而求得作用于墙背的主动土压力。以衢宁(衢州—宁德)铁路路基加筋重力式挡土墙为例,采用本文方法、数值模拟及规范方法分别计算墙背主动土压力。结果表明:本文方法与数值模拟结果吻合较好,比后者偏大15%以内;所建立的方法能充分反映墙后填土的黏聚力、内摩擦角、拉筋极限拉力、拉筋长度、间距、墙高、墙背倾角、地面倾角等重要参数对土压力的影响特征,并可用于拉筋间距及长度的优化设计。