平动模式下挡土墙非极限主动土压力研究

针对平动模式下的挡土墙,同时考虑墙后滑裂部分土体所产生的土拱效应以及土层间的剪应力,并引入墙体位移量与土体内外摩擦角非线性的函数关系,利用水平层分析法,得到了平动模式下挡土墙非极限主动土压力强度、合力大小、合力作用点高度的理论公式。相比其他方法,本文理论值与试验值吻合得更好。参数敏感性分析结果表明：土压力强度随位移比、内摩擦角增大而减小,随外摩擦角(墙土摩擦角)的增大,其值在墙体上部略微增大,下部明显减小;土压力合力系数随位移比、内外摩擦角增大而减小;土压力合力作用点高度随外摩擦角的增大而增大,而位移比与內摩擦角对其影响甚微。     

考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.     

挡土墙绕墙底转动下非极限主动土压力的研究

将填土内摩擦角和墙面外摩擦角与墙体绕墙底向外转动角度之间的关系植于改进了的传统水平层分析法中，用于求解挡土墙绕墙底转动模式非极限状态下的主动土压力．取挡土墙后滑动土体的水平薄层单元进行受力分析，建立了非极限状态下土压力强度的一阶微分方程，得到了绕墙底转动变位模式下挡土墙非极限状态主动土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的计算公式，并将计算所得结果与已有模型试验和库仑土压力的计算结果进行比较．表明本文计算方法接近土压力的真实分布，能够综合考虑挡土墙变位模式与位移对土压力的影响．     

非极限状态挡土墙土压力计算

在考虑摩擦角发挥值与墙体位移关系的基础上,利用薄层单元法对未达到极限状态的挡土墙非极限状态主动土压力进行研究。取挡土墙后滑动楔体沿平行于填料坡面的水平薄层作为微分单元体,通过作用在水平薄层的力和滑动楔体力矩平衡条件,建立关于一般挡土墙非极限状态主动土压力的微分方程,得到非极限状态土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和作用点的理论公式。对墙土摩擦角发挥值和填土内摩擦角发挥值进行讨论,并分析填土内摩擦角和挡土墙位移比对土侧压力系数、土压力分布和作用点的影响。对计算值与实测模型试验值进行对比分析。研究结果表明,采用库仑理论计算平动刚性挡土墙倾覆力矩偏于不安全。本文方法计算主动土压力结果与实测值的变化规律基本一致,主动土压力分布曲线吻合良好,具有一定的理论意义和工程实用价值。     

考虑剪应力作用的有限土体被动土压力分析

以挡土墙后有限范围砂土为研究对象,建立挡土墙位移与内、外摩擦角的关系,假定墙后土体为圆弧形拱,并考虑层间剪应力,采用多道滑裂面假设下得到的破裂面角与被动土压力系数,推导了有限土体的被动土压力解,该公式也可退化为半无限土体的被动土压力解. 与模型试验相比,所提理论解与试验值吻合较好,证明了解析解的合理性. 参数分析表明：考虑层间剪应力下不影响被动土压力的合力,但会使其合力作用点升高;被动土压力随土体宽高比减小呈现先变化不大后急剧增加的趋势;被动土压力合力随内摩擦角增加呈单增趋势,而合力作用点则随之降低.     

考虑土拱效应和平移的刚性挡土墙被动土压力

根据土拱效应原理,得到考虑填土内摩擦角和墙土摩擦角的平移模式下挡土墙的被动滑裂面倾角和侧向被动土应力系数,并将其用于水平微分层法的平移模式下的刚性挡土墙墙背被动土应力的分析中,得到被动土应力、被动土压力及其作用点的计算公式,并与朗肯理论、库仑理论、吴明法、侯键法、模型试验数据进行比较分析.结果表明:本文方法得到的平移模式下刚性挡土墙墙背被动土应力分布与模型试验结果吻合最好,且偏于安全的;被动土应力随填土内摩擦角的增加而增加,在墙顶附近随墙土摩擦角的增加而减小,在墙中下部却随墙土摩擦角的增加而增加;被动滑裂面倾角随墙土摩擦角增大而增大,随填土内摩擦角增大而减小.     

不同变位模式下挡土墙被动土压力的计算与分析

基于库仑土压力理论,通过对滑动土体中水平薄层单元的分析,建立了墙体绕基础转动(RB)模式和墙体绕墙顶转动(RT)模式下的被动土压力的一阶微分方程,给出了土压力强度、土压力合力、土压力作用点的理论计算公式,并将该理论计算公式与墙体平动(T)模式和库仑理论结果进行了比较.结果表明:土压力强度分布呈曲线分布.合力作用点到墙底的距离依RB模式、T模式和RT模式次序增大.q0=0时,各变位模式合力计算值与库仑理论值一致;q0>0时,RT模式合力计算值比库仑理论值大,RB模式合力计算值比库仑理论值小.     

基于扰动度平移模式刚性挡墙被动土压力研究

为了揭示刚性挡墙平动挤压土体模式(T模式)下挡墙非极限被动土压力的分布规律,基于扰动度理论,结合莫尔-库伦理论,以挡墙平动位移为扰动参量,提出墙后填土扰动函数。建立了填土面倾斜,挡墙平移变位模式下,刚性挡墙非极限被动土压力的计算方法;并和模型试验进行对比分析。算例分析表明:平移模式下,随着挡墙平动位移的增大,墙后填土扰动度随之增大,填土内摩擦角以及外摩擦角随之增大,挡墙侧土压力也随之增大,侧土压力合力作用点位于挡墙高度2/3附近区域。理论公式所计算的土压力和模型试验结果基本吻合,可作为库伦理论公式的有效补充。     

基于PSO搜索潜在滑裂面非极限状态土压力计算

作用于刚性挡土墙侧土压力的计算一直沿用经典的朗肯或库仑土压力理论,这两种理论只能求得极限状态的土压力,而在许多实际情况下,挡土墙的土压力处于非极限状态.本文将潜在滑裂面视为一任意曲线,改进水平层分析法,同时基于摩擦角随位移的变化关系,对平动模式下墙后填土进行分析,推导出非极限状态下主动方向土压力分布、合力大小及作用点的理论公式.以各薄层微元的滑裂面倾角为变量,利用PSO(粒子群算法)对潜在滑裂面进行搜索从而获得土压力最优解.分析了内摩擦角、刚性挡土墙位移量对非极限状态主动方向土压力分布、土压力合力大小、土压力合力作用点高度以及潜在滑裂面的影响.本文提出的计算方法得出的结果与试验数据的大小及变化趋势基本吻合,具有推广应用价值.     

基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC2D^分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,并且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。     

考虑土拱效应和黏聚力的倾斜挡墙非极限主动土压力

根据已有的非极限土体参数与墙体侧向位移和极限土体参数的关系,以及非极限滑裂土体的莫尔应力圆,获得非极限主动土压力的土压力系数,然后根据非极限微元滑裂土体的竖向和水平向静力平衡条件,获得考虑了土拱效应、墙背倾角、墙体侧向位移、墙土摩擦角、黏聚力等影响的墙背非极限主动土压力计算公式.墙背法向非极限主动土压力沿墙高的分布呈非线性,随墙体侧向位移比的增加而减小;墙背填土非极限临界深度随墙体侧向位移比的增加而增加,随非极限墙土摩擦角的增加而减小.     

基于土拱效应原理的挡土墙主动土压力研究

刚性挡土墙后土体在墙土间摩擦力作用下主应力会发生一定程度偏转,即土拱效应现象,使得土压力呈非线性分布。为考虑土拱效应对主动土压力分布的影响,基于水平微分土层法,假设墙后土体主应力偏转迹线呈抛物线形,定义水平微分土层侧压力系数,建立并求解水平微分土层平衡方程,获得主动土压力强度分布函数,进而求取主动土压力合力数值及其作用点位置表达式。研究结果表明:随着δ/φ逐渐增大,土拱效应逐渐增强,主动土压力呈非线性分布,由上至下先增大后减小;合力作用点高度与δ和φ之间均呈正相关关系,随着土拱效应的增强而升高;与模型试验及现有理论解析模型对比表明,关于主动土压力分布和合力作用点高度的计算误差最小,证明了方法的准确性和适用性。     

考虑平动位移效应的黏性填土挡土墙土压力计算

针对平动位移模式下的刚性挡土墙墙后填土为黏性土的情况,研究了考虑平动位移效应的非极限状态土压力计算.对平动模式下未达到极限位移的挡土墙,结合前人提出的考虑位移效应时,墙后填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角之间的关系,用水平层法分析了墙后土楔的受力情况,得到了考虑位移效应的非极限状态的黏性土主(被)动土压力计算公式,通过比较发现,理论公式与实验结果较吻合.     

考虑c-φ回填土坡面倾角影响的挡土墙非线性主动土压力研究

为研究挡土墙后回填土坡面倾角对挡土墙主动土压力的影响,首先基于莫尔圆推导了任意深度处土体滑裂面倾角的理论公式,进而建立回填土非线性滑裂面离散方程.随后考虑回填土重度、黏聚力、内摩擦角以及墙-土界面黏聚力、墙-土界面摩擦角的影响,在非线性滑裂面基础上采用薄层单元法推导了考虑坡面倾角影响的非线性主动土压力递推公式.案例对比表明理论计算结果与实测值吻合很好,验证了理论的正确性;同时,该理论克服了传统的郎肯及库伦法无法求解回填土坡面倾角大于回填土内摩擦角的情况.参数分析结果表明:挡土墙主动土压力合力E_a随着回填土坡面倾角与回填土内摩擦角之间比值的增加而呈非线性增加,并在该比值的临界处达到主动土压力合力最大值E_(a, max);随后E_a随着该比值的增加而快速衰减,这是由于过大的坡面倾角使得土体产生塑性流动破坏.E_(a, max)随着回填土内摩擦角、重度及挡土墙高度的增加而增加,而其他参数对E_(a, max)影响非常小;坡面倾角与回填土内摩擦角临界比值随着回填土黏聚力的增加以及回填土内摩擦角、重度及挡土墙高度的减小而增加.     

不同变位模式下刚性挡土墙的动主动土压力

基于Mononobe-Okabe理论的基本假设,通过对滑动土体中水平薄层单元的分析,建立了墙体平动(T)模式、墙体绕基础转动(RB)模式和墙体绕墙顶转动(RT)模式下的主动土压力的一阶微分方程式,给出了土压力强度、土压力合力、土压力作用点的理论计算公式,并将该理论计算公式与Mononobe-Okabe理论结果进行了比较...     

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.     

RTT变位模式下考虑位移影响的被动侧土压力的计算与分析

采用位移土压力计算理论,结合室内模型实测值对RTT变位模式下考虑位移影响的被动侧土压力进行计算与分析.结果表明,土压力强度沿墙高度的分布、土压力合力大小以及合力作用点的位置均与实测值基本相符合,说明在RTT变位模式下采用计算理论公式计算被动侧土压力是可行的;与n=0.78时相比,n=0时符合更好,这可能与模型箱尺寸效应以及试验箱上部土体受到扰动较大有关;随着n值的逐渐增大,土体更易达到朗肯被动极限状态.     

用摩擦—接触耦合结点计算挡土墙压力

本文分析了挡土墙上静土压力分布形式、墙体位移形式对土压力的影响等问题.应用摩察-接触耦合结点(FCCN)模拟不同介质间的接触问题,结果表明:该方法具有概念清晰和使用方便等优点.主要结论:1.本方法计算结果与应用库伦主动土压力理论计算的土压力合力值基本接近,但合力作用点应在墙高的下1/5左右,并且随填土摩擦角的不同而变.土压力分布具有非线性分布规律;2.被动土压力大小、分布没有固定形式而取决于墙体的位移形式和受力状态,并且认为,通常被动土压力值远达不到朗肯或库伦计算的量值,因此实际工程中不宜采用库伦或朗肯被动土压力理论.     

平移变位模式下黏性土非极限主动土压力

针对经典朗肯与库仑土压力理论不能计算非极限土压力的事实.根据土体渐进破坏机理,结合已有文献对准主动状态下土体摩擦角、黏聚力发挥值与墙体位移关系的研究,采用水平层分析法,通过建立水平微元体基本受力平衡方程,推导出非极限状态下黏性土主动土压力分布的一阶微分方程式.在此基础上给出了土压力合力及其作用点位置计算式,相应简化条件下,所提公式能够简化为朗肯、库仑主动土压力公式.算例分析结果表明:理论计算值与实测值基本吻合,获得了平移变位模式下黏性土非极限土压力随位移变化的规律,对实际工程挡土墙的设计计算具有一定的参考价值.     

考虑平动位移主动土压力计算分析与改进

文章针对平动位移刚性挡土墙墙后主动土压力的分布特点及规律,引入了内外摩擦角与位移之间的关系公式,得出了最危险滑动面倾角的计算公式;分析了能量法在计算挡土墙土压力中的应用,并对能量法提出的土压力计算公式进行了改进,把改进后的计算值和未改进过的计算值分别与实际值比较;结果表明,采用改进后的计算公式计算出的压力值更符合实际情况.