基于土拱效应的挡墙后砂土主动土压力计算分析

为研究土拱效应下挡土墙后砂土的主动土压力,考虑墙土摩擦角对土体滑裂面倾角的影响,对圆弧形的小主应力拱进行理论分析,计算得到不同深度处的土拱微分体水平宽度及小主应力拱形状表达式。根据所得的拱形状,提出沿小主应力拱轴方向划分微分单元体的拱弧微分单元法,并将其用于求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力的理论公式。与试验数据及其他理论方法的比较表明该方法所得理论公式与模型试验结果吻合得较好。     

挡土墙主动土压力极限上限分析

为了计算墙背倾斜粗糙、填土面倾斜且作用均布荷载条件下的挡土墙主动土压力,采用摩尔-库仑屈服准则,建立三角形破坏机构,推导了挡土墙主动土压力上限解计算公式,使用粒子群算法搜索最危险滑裂面并获得主动土压力最优解.通过与经典朗肯土压力理论和模型试验结果对比分析可知:该计算方法包含了朗肯土压力理论并与模型试验实测结果比较符合.在此基础上分析了墙背倾角、填土面倾角、墙土外摩擦角和填土内摩擦角对滑裂面倾角和主动土压力系数的影响规律,相关计算数据可用于工程计算.     

空间滑动面准则下考虑土拱效应的挡土墙主动土压力研究

现行考虑土拱效应的挡土墙主动土压力方法未考虑中主应力的影响,不能全面的反映土体的三维受力特性对挡土墙主动土压力的影响。本文根据空间滑动面准则（SMP准则）,推导了考虑中主应力影响的侧向主动土压力系数公式及主动土压力分布公式。结果表明：考虑中主应力的SMP准则计算的主动土压力较Mohr-coulomb计算的结果小一些,更接近试验结果。因而,在考虑土拱效应计算挡土墙主动土压力时,考虑中主应力发挥土体的材料强度潜力,对于工程有一定的意义。     

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.     

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.     

平移模式下刚性挡墙主动土压力的土拱效应分析

根据库仑滑裂面倾角、土拱效应原理和摩尔应力圆,获得微分滑裂体水平面上的平均竖向应力表达式、滑裂面上应力与墙背处应力的关系,以及考虑墙土摩擦角影响的墙背侧向主动土压力解析解.然后根据水平微分滑裂体的竖向静力平衡得到平移模式下的刚性挡土墙侧向主动土压力、侧向主动土压力合力及其作用点高度等的计算式.研究结果表明:墙背侧向主动土压力理论值与实测值吻合得非常好,理论值也大于实测值.研究成果可为平移模式下的刚性挡土墙设计提供有益的参考.     

临近地下室边墙挡土墙主动土压力解析解

随着工程建设的需要,特别是在临近地下室边墙修筑挡土墙时以半无限土体为基本假设的传统土压力计算公式不再满足需求。针对此类问题,以平面滑裂面为假设,将墙后土体分为上下两个隔离体,采用薄层单元法推导了临近地下室边墙挡土墙主动土压力计算的解析公式。公式考虑了墙土间黏聚力和摩擦角的影响,在特定条件下现行的土压力公式为特解,从而论证了计算方法的正确性。计算得到的黏性土极限破裂角不为定值;随着计算参数的变化而呈现不同的变化特征,因此在土压力求解时须重新计算破裂角。通过算例分析表明:在考虑墙土内聚力和摩擦角情况下,主动土压力明显小于朗肯解和文献解,其结果对实际工程有一定的参考价值。     

考虑第二破裂面的折线墙背挡土墙的地震主动土压力

应用极限平衡原理和库伦土压力思想,研究地震荷载作用下折线墙背挡土墙的主动土压力问题.采用拟动力法对地震荷载进行描述,考虑地震荷载作用下第二破裂面的产生条件,推导折线墙背挡土墙的地震主动土压力计算公式.通过算例分析各参数对折线墙背挡土墙的地震主动土压力的影响,预测墙后填土滑裂面的位置.     

黏性土被动土压力计算的库仑数值解

针对库仑土压力理论中图解法计算黏性土被动土压力过程繁琐及精度较低的问题,应用库仑平面滑裂面假定,考虑填土黏聚力及其与挡土墙墙背接触面上的黏着力,建立了可用于编程试算的黏性填土挡土墙的被动土压力计算公式.算例分析表明:对符合朗肯或库仑理论假设条件的情况,公式的计算结果与经典的朗肯或库仑公式相同;考虑与不考虑墙背上的黏着力,计算结果差异较大,该差异随着墙背上的黏着力增大而增大;公式计算简便快捷,精度可靠,易于在工程中推广应用.     

基于双土拱效应的砂性土滑坡中抗滑排桩滑坡推力研究

从产生抗滑排桩桩后滑坡推力的滑动土体作用范围出发,在莫尔圆极点理论基础上首先确定桩后砂性土滑坡的土拱效应区域.随后在库仑理论基础上推导了考虑滑坡倾角影响的库仑主动土压力系数并得出考虑土拱效应影响的桩侧土体主动水平应力作用解析表达式.结合考虑土拱效应的局部塑性变形理论改进解推导得出了抗滑排桩桩身滑坡推力分布及滑坡推力合力解析解.通过解析法、数值模拟结果分别对本文方法进行了对比分析,证明了本文所得考虑滑坡倾角影响的库仑主动土压力系数以及桩身滑坡推力解析解的正确性.最后,开展了抗滑桩桩身滑坡推力的参数影响分析,结果表明:抗滑排桩的桩身滑坡推力作用随滑坡倾角β、砂土内摩擦角φ的增加以及桩间距比值D1/d的减小而增加.     

地震荷载作用下的挡土墙土压力分析

基于平面滑裂假设,采用静力平衡分析的方法,推导了考虑填土黏聚力、填土坡角及黏性土表面开裂等因素的地震土压力计算公式,利用图解法得到了临界破裂角的解析解,并分析了墙背倾角、填土坡角、填土黏聚力、水平地震系数以及填土开裂对地震土压力的影响.研究表明填土坡角和填土间黏聚力对地震土压力影响显著;地震荷载作用下,主动土压力和被动土压力随水平地震系数的递增分别增大与减小;忽略黏性土表面开裂情况会使得到的主动土压力计算结果偏小.     

土拱应力递减模型及其在滑坡荷载分担模型中的应用

土拱效应是抗滑桩工程发挥作用的关键内容.以土拱的应力变化为研究点,首先明确了土拱拱轴线,然后推导了新的土拱应力递减模型,由此量化了土拱关键拱形参数的计算方法,最后提出了新的滑坡荷载三级分担模型.研究结果表明:桩间土拱和桩后土拱的应力呈指数递减规律,基于土拱应力递减模型提出的拱迹线倾角和土拱厚度两个计算公式由于考虑影响因子全面因而更加切合实际;依据计算的桩后土拱和桩间土拱极限承载力可知,阶段划分的滑坡荷载三级分担模型与滑坡体-抗滑桩作用阶段特征相符合.研究可加强对土拱效应理论的理解,也可为滑坡抗滑桩设计起指导作用.     

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Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力

基于挡土墙对数螺旋破坏机制,考虑非线性Hoek-Brown强度准则,采用极限分析上限法计算了挡土墙的土体重力功率、内能耗散率和主动土压力功率,根据虚功率原理推导了挡土墙的主动土压力解析式,并采用Matlab软件求解了主动土压力的最优上限解.分析挡土墙和土体的参数、Hoek-Brown强度准则对挡土墙的主动土压力及稳定性的影响,结果表明,随着扰动因子、墙背倾角、挡土墙高度和土体容重的增大,主动土压力非线性增大,挡土墙的稳定性降低;随着地质强度指标、岩体常数、外摩擦角和单轴抗压强度的增大,主动土压力非线性减小,挡土墙的稳定性增加.     

考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性

在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦角以及埋深等物理参数对其最小土压应力均有一定程度的影响;降低刀盘与开挖面土体间的摩擦角可以显著增加开挖面的极限稳定性.通过与模型试验结果和其他计算方法的对比分析,验证了本文计算方法的合理性.     

支护结构平移时的坑中坑被动区土拱效应分析

坑中坑式基坑由于相关设计规范对一些关键参数的确定缺乏明确规定,有时因为对内坑开挖引起外坑支护结构土压力的变化估计不足而引发一些工程事故;现有研究成果在坑中坑工程的被动区土压力分析中,没有考虑岩土工程中广泛存在的土拱效应,土压力分析不准确。通过合理的假定,对内坑支撑刚度较大且距离外坑支护结构较近的情况下,建立了无黏性土被动土压力力学模型,分析得到了坑间土体在极限应力条件下基于土拱效应的水平土压力系数和主应力旋转角;利用水平分层分析法求解得到了考虑土拱效应的被动土压力分布、合力大小、合力作用点位置等表达式。通过算例与经典土压力理论分析成果比较表明,研究成果能更好地反映实际土压力分布。     

临河基坑有限成层土体主动土压力计算

为探究临河基坑有限成层土体主动土压力的大小,以开挖基坑与河流之间的有限土体为研究对象,通过研究有限土体滑裂面的不同情况,得出了不同情形下的主动土压力表达式。通过算例分析,验证了公式的准确性。结果表明：均布荷载并不会对有限成层土体主动土压力的变化趋势产生影响,改变的只是数量的大小;开挖基坑临河距离对于较浅的开挖基坑影响较小,而随着基坑深度的增加,不同临河距离对应的有限土体主动土压力合力之间的差距逐渐加大,但最终趋于稳定;分层土条件下的主动土压力合力与嵌固深度呈正比例关系,同增同减。同时,随着基坑开挖深度的增加,嵌固深度对于主动土压力合力的影响也越来越显著,在开挖基坑较浅时,嵌固深度对于主动土压力合力的影响相对较小。     

基于土拱效应的支护桩间距确定方法

在分析桩间土体成拱效应的基础上,从均布荷载作用下抛物线土拱计算模型出发,利用合理拱轴线和起拱点处土体破坏面等几何特征,通过桩间土拱静力平衡条件与强度条件共同控制来确定桩间距,从而推导出支护桩的间距计算公式.公式表明:桩间距随着桩后土压力的增大而减小,却桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大.最后通过工程实例计算,得到了比较合理的结果,具有一定的工程参考价值.     

隧洞结构受力及变形特征的离心模型试验研究

随着地下工程建筑的不断发展 ,对地下结构受力和变形估计的要求由定性走向定量 ,为此 ,结合一拟建大型地下隧洞工程 ,通过离心模型试验 ,研究了砂土中隧洞衬砌的土压力和变形特征以及施工间隙的影响。试验共做了 3个模型 ,分别模拟无间隙以及间隙高度为 10 cm和 2 0 cm的情况。试验结果表明 ,隧洞周围砂土通过发挥拱效应 ,在很小的支护压力下能够保持稳定 ,临界支护压力不仅远小于原位土压力 ,也远小于 Terzaghi松动土压力