考虑土拱效应的挡土墙被动土压力研究

针对多数挡土墙被动土压力研究未考虑土拱效应和仅考虑砂土影响的现状,对考虑土拱效应的黏性土挡土墙被动土压力进行了研究,给出了黏性土下的侧向被动土压力系数;用应力状态法求解出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力竖向平均应力及土压力合力及作用点,并结合算例研究了不同土拱效应对被动土压力的影响及不同计算方法对结果的影响。结果表明:由于土拱效应的影响,挡土墙被动土压力呈上大下小非线性分布;随着参数δ/φ的增大,土拱效应增大,挡土墙作用点高度逐步下降。     

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。     

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。     

高填方段波纹管涵垂直土压力试验及计算

基于原位观测试验与理论研究,对高填方段波纹管涵的涵顶垂直土压力的分布特征与变化规律进行了探讨.首先,开展了高填方段波纹管涵垂直土压力现场观测试验.试验结果表明,高填方段管涵顶部存在土拱效应,规范的土柱法计算土压力值误差较大,偏于保守,而管涵顶部平面的土压力值并非均匀分布,存在明显的应力集中区域.在此基础上,结合试验规律及马斯顿理论,考虑由于土拱效应造成的应力集中现象,建立了高填方段波纹管涵垂直土压力计算模型,并进行了理论求解,从而提出了高填方段波纹管涵垂直土压力计算方法.最后,依据此模型对涵顶填土重度、土体内摩擦角、黏聚力、管径大小等主要影响因素进行了参数分析.结果表明,土体重度对管涵垂直土压力数值影响较大,而内摩擦角及黏聚力的影响较小.     

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...     

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。     

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。     

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。     

基于等效围压理论的加筋土挡墙土压力计算

基于等效围压理论,分别建立是否考虑中主应力影响的加筋挡土墙三维等效围压和二维等效围压土压力计算方法,结合Plaxis数值模拟,研究了加筋挡墙墙背土压力的大小及分布规律。通过理论计算和数值模拟对比试验测量结果,分析表明:三维等效围压和二维等效围压计算土压力分布均呈近线性,且前者小于后者,两者均小于变系数法;数值模拟土压力沿墙高分布规律与试验测量值接近,总土压力偏小,应力峰值接近且位于墙高1/6~1/3处;由误差分析可知,中主应力、筋带拉力发挥值及筋-土界面摩阻力是导致理论计算、数值模拟与试验偏差的主要原因。     

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。     

土质边坡重力式挡墙主动土压力的近似解析解

根据极限平衡及应力圆分析理论,对一般重力式挡墙主动土压力计算模型进行了分析,获得了近似解析解。结果表明,墙的主动土压力不仅与墙后土体的重度、粘聚力、内摩擦角及墙背倾角有关,还与墙背与土体间的粘聚力、外摩擦角及墙后坡面倾角有关,同时其合压应力在墙背不同点的作用方向也有所不同。     

填土荷载对邻近桩排影响的有限元分析

建立了填土荷载对邻近桩排作用的三维有限元模型,分析桩顶边界条件和桩-土接触变化时桩基的不同性状,探讨了桩-土间土拱效应,分析了桩身挠曲、桩侧土压力和桩身轴力同填土荷载之间的变化规律。结果表明,填土荷载作用下,桩身挠曲与填土荷载成非线性关系,可以用三折线模型来模拟;桩顶自由时,桩前的土压力介于朗肯主动土压力和被动土压力之间,呈非线性分布。同种土中,桩侧土压力沿桩身呈线性分布,但比Ito理论和沈珠江理论求得的极限土压力都小。桩-土间设置接触单元能更实际地模拟桩基负摩擦力。所得结论对研究被动桩桩-土相互作用以及桥台桩基的设计和施工提供参考。     

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。     

路基挡墙黏性土主动土压力计算误差分析——以某二级公路挡墙为例

对某二级公路路肩式挡墙墙背黏性土主动土压力采用了常见的两种方法计算,即经典库伦理论的等效内摩擦角法和力多变形法。计算结果表明,这两种方法计算出来的该挡墙的抗滑动稳定系数误差达到33.4%,并且,随着墙高的增加,误差增加很快。因此,在设计高墙时,应酌情降低D,在计算黏性土的主动土压力时,最好是按照实际测定的c、值,采用力的数解法计算。     

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。     

扶壁式闸室肋板内土压力变化规律研究

结合邵伯三线船闸工程,分析了应用ABAQUS软件进行墙土接触问题建模的技术。采用回填土自重应力的预先平衡技术,避免了填土沉降对接触分析精度的影响。通过扶壁式闸墙静止土压力模拟,验证了计算模型的合理性。研究了墙后土压力分布规律,分析了肋板之间土拱效应形成的机理。结果表明,墙体侧向位移时,土拱效应更加明显。最后,提出了土压力的简化计算建议。     

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。     

土钉墙侧向土压力分布研究

通过对前人研究成果和土钉墙的实际位移的分析,定性地论述了土钉墙的侧向土压力的分布,然后根据莫尔-库伦强度理论从理论上论述了土钉墙的主动土压力的分布和大小,最后通过实测的侧向土压力,提出一种有效的侧向土压力简化模式,为土钉墙设计的进一步优化提供有力的依据。     

基于主应力迹线的有限土挡墙主动土压力计算方法

有限填土土压力分析中常用水平薄层分析模型以期得到墙后土压力强度分布公式,而水平薄层模型中其实际受力情况是土压力计算中最关键之处。为得到水平薄层各点实际受力情况,在现有理论基础上,首先基于墙土间摩擦必然引起挡土墙后土体主应力方向发生偏转的力学机理与特点,引入主应力迹线概念,探讨了挡土墙后主应力迹线型式,得到土体各点的主应力偏转规律,最终得到各点实际受力情况。然后在此基础上,改进了水平薄层法受力模型,建立两侧墙背垂直且粗糙、填土面水平的有限土体主动土压力计算方法。最后通过与现有有限土体挡土墙土压力计算理论进行分析,验证了本文土压力理论的合理性与可行性。