无黏性有限土体主动破坏及土压力离散元分析

建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论,在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土,采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究,分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明,墙体光滑情况下,滑裂带呈直线,墙后填土宽高比较小时,可以观察到滑裂带的反射,墙后土体呈多折线破坏模式,滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等,且与土体宽高比无关,水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下,滑裂带呈曲线,反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱,滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小,最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时,存在一临界宽高比,当墙后土体宽高比小于此值时,主动土压力随宽高比增大而增大,大于此值时,主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否,墙后土体宽高比越小,达到极限状态所需墙体位移均越小。     

挡土墙后双层黏性土的主动土压力计算

针对挡土墙墙后为双层黏性土的情况,提出一种可靠的土压力计算方法.在平面滑裂面假设下,考虑填土黏聚力及填土与挡土墙墙背接触面上的黏着力,推导出双层填土的挡土墙主动土压力关于滑裂面倾角的计算表达式.在单层填土条件下将公式退化对比,表明该方法同样适用于单层填土的工况.通过算例将该方法的计算结果与工程实测值及分层法计算结果进行分析对比,结果表明,该方法的计算结果与实测值较符合.当填土为无黏性土时,可以采用改进分层法计算土压力;当墙后填土为黏性土时,改进分层法计算误差较大,建议采用该方法.     

挡土墙土压力非线性分布的计算方法研究

基于数学方法对斜单元体进行力和力矩的平衡分析,得到了墙背粗糙且填土坡面倾斜情况下的土压力解析解,并进一步分析了填土坡面倾角对土压力的影响。对比分析表明:经典朗肯土压力理论可看作是解析解在墙背光滑、填土坡面水平情况下的特例;在填土内摩擦角一定时,挡土墙墙后滑动楔体的极限破裂角随着填土坡面倾角或墙土之间摩擦角的增大而减小。基于解析解得到的土压力分布呈现明显的非线性特征,且在填土面水平情况下挡土墙墙脚处的土压力为0,这与实测数据取得了很好的一致。分析还表明,随着填土坡面倾角的增大,墙脚处的土压力不再接近0反而越来越大。文中的求解方法还可进一步拓展至探求填土为粘性土情况下挡土墙上土压力的解析解。     

经典土压力理论的一般形式

基于挡土墙墙背俯斜、粗糙且填土表面倾斜的情况,以粘性填土为研究对象,用静力平衡方法研究了挡土墙后滑动土楔体达到极限平衡状态时作用于墙背的土压力,提出了主动土压力和被动土压力的一般形式.一般形式的提出,使朗肯土压力理论和库伦土压力走向统一,使经典土压力理论得以完善,使挡土墙工程设计时的计算更加便捷.     

层状填土的主动土压力计算

假定滑裂面为通过墙踵的折线,将水平层分析法推广到填土分层的挡土墙的土压力计算中,合理地解释了墙背不光滑时主动土压力分布的非线性特点.在平移模式下,水平层分析方法可得到和库仑理论基本一致的主动土压力合力,但是得到的倾覆力矩大于按库仑理论得到的结果,而且合力作用点明显高于库仑理论的结果,这说明库伦理论高估了平移模式下挡土墙的抗倾覆稳定性.另外,理论分析表明墙后上软下硬的填土方案要优于上硬下软的填土方案.     

挡土墙后土体拱效应分析

考虑墙土摩擦角对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,对小主应力拱形状进行了理论分析.根据土拱形状计算平均竖直应力,由此得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和模型试验数据进行了比较分析.结果表明,挡土墙主动土压力强度为非线性分布,与模型试验结果基本吻合;土压力合力与库仑土压力合力相等.     

挡土墙墙后土体应力状态及土压力分布研究

为了考虑在平移模式下刚性挡土墙墙后土体主应力偏转和水平土层间的剪应力作用,对墙后滑裂土体的应力状态进行了详细分析.考虑各土层滑裂面水平倾角的变化,对水平层单元法改进,建立了逐层渐近计算法.将墙面、滑裂面的应力状态与墙后滑裂土体的水平土层的静力平衡相结合,建立了水平土层竖向应力、挡土墙土压力、合力及其作用位置的计算公式.计算结果表明,挡土墙主动土压力分布与模型试验结果基本一致;计算得到的滑裂面为一曲面,其顶宽比库仑理论滑裂面小,与试验结果相吻合.     

浅谈土压力的计算

目前在土力学教材中关于土压力的计算主要介绍库仑土压力理论和朗肯土压力理论两种。并且朗肯土压力理论可作为库仑土压力理论的特殊情况,两种土压力理论的计算结果相同,只是具有不同的适用情况。     

半无限倾斜粘性填土面朗肯土压力解析解

当挡土墙后填土为倾斜面粘性填土时，朗肯土压力理论应用不多。其原因在于：一方面，采用朗肯极限应力分析方法难以获得解析表达式；另一方面，采用Terzaghi图解法需作若干个幕尔圆进行分析，其过程较繁锁。为此，作者通过较为简单的应力圆图解分析，推导出了此边界条件下朗肯土压力的解析公式。理论推导还表明，其它边界条件下朗肯土压力的解是其解的特例，从而证明了这些公式的正确性。此外，通过实例介绍了所推公式的应用方法。为便于应用，编写了计算机程序，可完成全部计算和绘图处理。实践结果表明，所推公式还可用来解决朗肯土压力理论应用范围内的其他问题，具有普遍适用的意义。     

粘性成层填土的主动土压力

为了考虑填土凝聚力及其与挡土墙墙背接触面上粘着力计算粘性成层填土挡墙的土压力,假设滑裂面为平面,运用数学、力学手段,推得了粘性成层填土挡墙的主动土压力计算公式,编制了相应的计算程序,进行了算例分析.结果表明:考虑与不考虑滑裂面上的凝聚力c及墙背上的粘着力cw,计算结果差异较大,该差异随着c、cw的增大而增大;公式精度可靠,应用方便.     

地震荷载作用下双层填土的主动土压力计算

针对挡土墙后为成层黏性填土的情况,提出一种地震土压力计算方法.在Mononobe-Okabe理论的基本假定下,考虑了填土黏聚力及墙土接触面上的黏着力,推导出双层填土的地震主动土压力计算表达式.在单层无黏性填土条件下,该公式可以退化为Mononobe-Okabe公式.参数分析结果表明:地震主动土压力随水平地震加速度的增大而增大,随竖向地震加速度的增大而减小;水平向和竖向地震荷载对土压力值的影响显著.算例分析结果表明原有的分层法计算得到的地震土压力值是偏大的.     

柔性桩黏性土的非极限主动土压力

以柔性桩支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑桩后土拱效应、非极限状态下桩土内摩擦角和黏聚力发挥值、桩后土体内摩擦角和黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索桩后土体潜在滑动面,推导柔性桩黏性土的非极限主动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,本文计算方法计算得到的主动土压力大于Rankine计算值,合力作用位置高于Rankine计算值,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

按空间问题计算挡土墙的主动土压力

维护边坡稳定的挡土墙设计，都是按弹性力学平面应变问题分析的，在实际工程中观察到，大多数边坡破坏是属于空间问题，本文按空间问题计算边坡滑动及挡土墙上的土压力。     

挡土墙上被动土压力的变分求解方法

基于滑楔体整体极限平衡方程,根据变分法原理推导了被动土压力泛函极值的变分模型,并引入拉格朗日乘子,将等周变分模型转化为含有两个函数自变量的泛函极值模型。依据欧拉方程、边界条件和横截条件,得到了滑裂面函数和滑裂面上的应力函数,函数泛函极值模型转化为两个未知量的函数优化模型。算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下界限处,滑裂面呈现对数螺旋曲面,此时被动土压力最小;当作用点位置上移时,被动土压力呈非线性增长,在作用点位置系数上界限处,滑裂面为平面,被动土压力达到最大,与库仑土压力理论解完全一致,但作用点在墙体的相对位置并非在墙高的1/3处。结果表明,被动土压力大小和作用点位置受坡面的起伏和坡面超载的不均匀性影响比较明显。     

基于扰动状态概念模型的刚性挡土墙土压力理论

基于扰动状态概念（DSC）,结合库伦土压力理论研究平动位移模式下刚性挡土墙的土压力计算方法.以挡墙平动位移量为扰动参量,建立扰动度函数表达式.提出扰动摩擦角概念,建立扰动摩擦角与扰动度之间的关系公式.参照库仑土压力理论,分析任意扰动状态下土楔的最不利受力情况,得到平动位移模式下基于DSC理论刚性挡土墙土压力计算公式.算例分析表明：在任意扰动状态下,基于DSC理论的刚性挡墙土压力计算公式所预测的土压力大小、分布以及土压力系数均与模型试验结果比较吻合.     

考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力

采用库仑土压力理论的假设,通过研究刚性挡墙绕墙底转动极限状态土体内主应力拱形状,计算了土层平均竖向应力和剪应力,得到了对应于不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数和水平摩擦系数的理论公式。将其用于水平微分单元法求解挡墙绕墙底转动时的主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,分析了填土内摩擦角和墙土摩擦角对土侧压力系数、水平摩擦系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点的影响,并与模型试验数据进行了比较。     

基于准粘聚力理论的加筋土挡墙土压力分析

考虑拉筋存在的影响,对不同破坏形式下的加筋土强度理论进行探讨,应用准粘聚力理论,提出两种不同破坏形式的加筋土挡墙墙背土压力计算公式。研究结果表明：拉断破坏下的加筋土粘聚力具有增量;粘着破坏下的加筋土内摩擦角具有增量;所提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力比经典土压力和变系数法都小;不管是拉断破坏,还是粘着破坏,加筋土挡墙侧向土压力都随拉筋垂直间距增加而增加;拉断破坏下,加筋土挡墙侧向土压力随拉筋抗拉强度增加而减小;与土工格栅加筋土挡墙试验数据基本一致,粘着破坏法比实测值大。