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。     

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.     

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。     

有限填土地震主动土压力计算上限法

假定有限填土为单滑块或双滑块破坏模式,引入上限法和Mononobe-Okabe拟静力法,考虑地震与超载共同作用,推导得到了墙背倾斜粗糙、填土面倾斜时有限填土主动土压力上限解。通过与已有室内模型试验结果对比,验证了本文方法的合理性。同时,算例分析表明:有限填土挡墙上的主动土压力强度呈非线性分布;当有限填土宽度小于满足半无限体假设的临界值时,其主动土压力值小于库仑解,且填土宽度越窄二者差值越大;有限填土主动土压力随水平地震系数k和填土面上超载q的增大而增大,但滑裂面倾角随k的增大而减小,随q的增大而增大。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

库仑主动土压力系数影响因素的敏感性分析

讨论了库仑主动土压力系数影响因素:墙背倾角、填土内摩擦角、填土坡角、墙背与填土间的外摩擦角等4个参数的合理取值范围.在参数合理取值范围内,以所取某一参数组合为例,采用正交试验分析法,进行了多因素敏感性分析,得出了相应的库仑主动土压力系数对不同参数的敏感度大小关系和敏感度的变化趋势.据此,进一步提出了针对挡土墙工程在设计、施工、运行管理中的相关建议.     

主被动状态间墙体侧向位移与土压力关系

为了研究从静止到主动状态或从静止到被动状态下墙体侧向位移与墙背土压力大小的关系,以应力Mohr圆为出发点,通过引入内摩擦发挥角,推导了主动与被动状态间土压力与内摩擦发挥角的统一表达式。根据所构建的墙体位移与土体剪应变几何方程以及等极限应变下的剪应变-剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立了能基本反映土体应力-应变特性和墙后填土初始应力状态的墙体位移-土压力统一函数关系式,并结合Coulomb土压力模型近似考虑了墙背与填土间摩擦力的影响。研究结果表明：影响墙体位移-土压力关系的核心要素是墙背初始应力状态、墙后滑移区范围及填土应力-应变特性;初始侧压力系数的增加,直接导致进入主动与被动状态所需墙体位移出现相应的增大和减小,墙体位移-土压力曲线沿水平轴呈现出整体平移的变化;土体内摩擦角和墙土摩擦角的改变会引起滑移区范围的变化,从而使墙体位移-土压力曲线整体放大或缩小;填土应力-应变特性是墙体位移-土压力关系的微观本质,其模量比与极限剪应变对墙体位移-土压力曲线的平缓程度及极限状态下的墙体位移大小影响显著。     

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%。     

极限平衡法求解加筋土挡墙墙背土压力的通用公式研究

基于极限平衡法,通过严密的数学推导和理论分析提出了适合任意土质、任意墙背倾角、任意单一斜度填料面的加筋土挡墙墙背主动士压力非线性分布的通用表达式,得出了加筋土挡墙土压力分布和合力作用点的高度计算公式。通过泥质红砂岩土石混合填料加筋土挡墙工程现场实测土压力值进行了对比分析,结果表明：上述计算方法合理,计算值与实际相符,拓宽了朗肯土压力理论库仑土压力理论应用范围,可直接应用于工程设计。     

海南五指山崩塌边坡挡土墙治理的设计研究

在针对黏性土主动土压力库伦解的方法中,应用最广泛的有多边形图解法、等效内摩擦角法、Arnold Verruijt计算法。为对海南五指山崩塌高填方路堤边坡采用挡土墙治理,基于Arnold Verruijt计算法提出一种简化计算破裂角的方法。并用三种计算方法验算挡土墙的土压力、滑动稳定性以及倾覆稳定性。为保证工程的安全与经济,最终三者稳定性安全系数最小值均满足规范要求,因此,挡土墙满足安全要求。     

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。     

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。     

重力式砌石挡土墙的因素敏感性计算分析

为了研究山区公路砌石高挡土墙变形破坏的产生机理并提出有效加固措施,结合浙江58省道重力式砌石挡土墙实例,采用不平衡推力法,对影响山区公路砌石高挡土墙的因素敏感性进行分析。研究结果表明,按因素敏感度从大到小排列,影响浆砌石重力式挡土墙整体稳定性的主要因素为潜在滑动面岩土体的内摩擦角、潜在滑动体饱水面积比、墙高、潜在滑动面岩土体的粘聚力和墙后填土的重度;影响浆砌石重力式挡土墙的最主要因素为潜在滑动面岩土体的内摩擦角和潜在滑动体饱水面积比;在对砌石高挡土墙进行加固处理时,必须优先考虑在墙身设置足够排水孔和选择渗透性好的填料的措施。     

双级加筋土挡墙动力特性振动台试验（双语出版）

针对目前多级加筋土挡墙动力试验研究不足的状况,通过大型振动台模型试验对地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的动力特性进行研究。运用Bockingham π定理对双级土工格栅加筋土挡墙模型进行相似设计,采用标准砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成试验模型,并测试墙体和回填土的反应特性,得到土压力、墙面位移和土体加速度。试验结果表明：地震作用下挡墙立面墙体呈现倾斜并带有屈曲外鼓变形模式;挡墙水平位移、顶部沉降及分层沉降均随着地震峰值加速度增大而增大,最大值发生在挡墙顶部;随着输入地震荷载增大,砌块式挡墙缝隙中先出现淌砂,最后顶部模型砖掉落,挡墙破坏;加速度沿墙高存在放大效应,地震峰值加速度放大系数随着峰值加速度的增大而减小;下级挡墙峰值动土压力均呈现“中间大两端小”分布规律;上级挡墙峰值动土压力在小震时呈现“中间大两端小”,强震时呈现“中间小两端大”分布规律;台阶处下级挡墙顶部动土压力和水平位移均大于上级挡墙底部相应值。研究成果可为双级土工格栅加筋土挡墙的抗震设计提供理论支持。