关于“刚性挡墙上土压力不确定性的计算研究”的讨论

<正>近日拜读了《岩土工程学报》2007年第3期李兴高先生等撰写的"刚性挡墙上土压力不确定性的计算研究"一文,笔者针对刚性挡墙上土压力存在模型不确定性和参数不确定性两类问题,分别基于极限平衡变分法,将土压力的泛函极值问题转化为确定带有约束的函数的极值问题,研究了因墙体变位模式引起的土压力计算模型的不确定性,采用区间分析的方法,探讨了区间运算和实函数的区间扩展形式,初步分析了土压力计算因力学参数不确定带来的不确定性问题[1]。为解决类似问题提供了很好的借鉴和参考。但存在一些迷茫,值得商榷。     

基于模型不确定的挡墙土压力计算

基于模型不确定性土压力问题,从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了一般情况下土压力泛函极值等周模型,包含了主动和被动极限状态两种情况。通过引入坐标变换对土压力变分问题进行求解,得到了滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数,将土压力的求解进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数的极值问题。在函数Ф随作用点位置系数ξ的变化曲线中,可以找到一段Ф=0的水平直线段,此直线段即为合理作用点位置系数范围,由此可以确定对应的土压力范围。通过算例对主动和被动两种情况予以说明。计算表明,作用点位置系数存在上下界限值,且分别对应土压力最大值和最小值及对应的滑裂面。土压力的大小和作用点位置依赖于挡墙变位模式,作用点位置系数上下限处所对应的土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的土压力。通过本文提出的方法可以得到挡墙不同变位模式下,土压力大小和作用点位置的区间估计,以便为工程设计人员选用。     

挡墙土压力及其分布影响因素的研究

利用依托工程完整的挡墙温度、位移和土压力观测资料研究了挡墙土压力及其分布的影响因素,首先利用实测资料反演分析确定了计算参数,继而进行挡墙温度应力仿真分析,研究了挡墙所支挡的堆石体高度、挡墙位移和气温对挡墙土压力及其分布的影响,指出在挡墙所支挡的土石体作用基本不变的情况下,气温是影响挡墙土压力分布的重要因素,进一步揭示了挡墙的工作机理和挡墙土压力周期性变化的原因。     

挡墙上作用土压力和水土压力的测试研究

利用自制试验箱进行了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动三种墙体主动变位模式情况下,挡墙上作用的土压力和水土压力的测试研究。测试结果表明,挡墙上作用的土压力和水土压力的大小及作用点位置都随挡墙不同的变位模式而改变,由此提出了土压力和水土压力作用的区间估计问题。     

关于库仑土压力理论的探讨

以滑动体静力平衡的力的平衡方程为基础,引入Lagrange乘子,将主动土压力和被动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题,进而结合问题图形中的几何关系进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用Matlab6.1优化工具箱提供的fmincon函数进行求解。在确定了主动土压力和被动土压力的大小后,利用滑动体静力平衡的力矩平衡方程计算力的作用点在墙体的相对位置。在本文中,土体沿平面滑动破坏是由理论推导得出的结论,土压力大小的结果与库仑土压力理论完全一致,但土压力作用点在墙体的相对位置却并非总是作用在墙高的1/3处。     

土压力和水土压力作用的极限平衡变分法研究及应用探讨

建立合理的理论模型是准确计算土体极限荷载(主动土压力和被动土压力)的基础。测试分析和研究表明，挡墙上作用的土体极限荷载随墙体的变位模式发生改变，现有计算方法通常是基于确定性模型，尚不能反映这个事实。如Coulomb(1776)平面滑动楔体模型，采用单一的数值描述作用在墙体上的土压力或水土压力。这种做法显然过于简化。另外，土体极限荷载的作用点位置问题也没有得到很好解决。由于挡土结构在设计时往往很难准确预估其墙体变位模式，对于其上作用的土体极限荷载，较为合理的做法是在一定的区间范围内，尽量包含墙体所有可能变位模式情况下结构所受到的作用力，以供工程设计人员选用。在对挡土结构上作用的土压力和水土压力研究历史及现状总结的基础上，本文提出的基于整体极限平衡变分法的土体极限荷载和水土压力计算模型，就是在这方面的尝试。以墙式挡土结构为例，进行了以下工作：     

考虑挡墙位移的土压力数学拟合新方法研究

在总结挡墙位移土压力规律与数学拟合方法的基础上,将Sigmoid函数用于描述挤压或松弛应力与挡墙位移关系,提出考虑挡墙位移的土压力数学拟合新方法及其公式,继而校核位移土压力的初值条件和数学特征,借鉴已有位移土压力表达式和实测反演确定新方法中的唯一剩余参数,对比文献模型试验、数值模拟以及代表性数学拟合公式进行验证,最后利用有效性准则和百分比偏差准则定量评估了提出的新方法与代表性数学拟合公式的性能差异。研究表明:所建立的位移土压力数学拟合新方法及其公式简单实用,满足初值条件、单调递增性且存在拐点,并得到模型试验、数值模拟以及代表性数学拟合公式的全面验证,有效性与百分比偏差均处于整体优良水平。结果可为土压力精细计算和挡墙优化设计提供有益的参考。     

水泥土挡墙抗倾覆稳定性计算若干问题

在水泥土挡墙抗倾覆稳定性计算中,墙背和墙面土骨架压力普遍采用朗金型或库伦型土压力理论计算,墙面土骨架压力也普遍视为抗力。至于墙面水压力和墙底水压力的定位,则有两种相反做法。本文对这些方法存在的问题进行了分析,提出了将挡墙抗倾覆稳定系数定义为挡墙重度调整系数并按基坑深度与挡墙高度之比调整墙背土骨架压力和墙面土骨架压力的方法。该方法能弥补现行水泥土挡墙抗倾覆稳定性计算方法的不足。     

基坑支护体系主动区土压力计算方法研究

基坑工程中的土压力问题是基坑设计与施工中最关键的参数之一 .分析了利用朗肯土压力理论计算挡墙后的主动区土压力的方法 ,并通过对水土合算及水土分算的机理分析 ,得出合理考虑水压力影响的土压力计算公式     

挡土墙上土压力的试验研究与数值分析

在土力学中,计算土体作用于结构上的作用力是一个古老的课题。经典的Coulomb和Rankine土压力理论,虽计算简单和力学概念明确,但也存在着两个明显的弱点:一是要求土体变形达到极限状态的临界条件;二是没有考虑挡墙变位方式的影响。再加上岩土工程的复杂性,土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算作出精确解答的问题。 通过模型试验和数值分析,对作用于刚性和柔性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。对于刚性挡墙,作者采用自制的模型箱,进行砂性填土被动土压力的模型试验,研究不同的挡墙变位方式对被动土压力大小及其分布规律的影响。挡墙采用的变位方式为:平移、绕墙顶上某点转动和绕墙底下某点转动。当同时考虑土体的力学特性和土与结构接触面上的变形特性时,作者用有限单元法对刚性挡土墙上的主动土压力和被动土压力进行分析研究,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元,接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型。研究不同的挡墙变位方式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。 对于柔性挡墙,以基坑工程的围护结构为例,采用考虑土体应力路径影响的非线性有限元法,分析了基坑工程中不同围护型式时作用在围     

基于微分层平衡挡土墙土压力曲线分布计算理论研究的谬误

微分层平衡是近50年国内外挡土墙土压力曲线分布计算理论研究方法的基础,其侧土压力系数假定方法虽然各不相同但随墙面摩擦角变化规律都与库仑土压力系数悖逆却是共性,推导过程假设计算的侧土压力系数与结论合力土压力系数是仅有定义概念差别的同一物理量却自相矛盾。根据微分层平衡所得土压力分布计算公式数学原理,揭示了只要采用此方法得出土压力为曲线分布的研究成果,必然是假设与结论侧土压力系数自相矛盾并悖逆经典理论的谬论。依该文提出的非极限状态土压力研究方法,有限元模拟计算揭示的变形应力成果,表明挡土墙实际的土压力分布曲线特别是墙底段和铅直土压力根本不同于微分层理论计算结果,进一步阐明了微分层平衡模型不能用于考虑墙面摩擦的挡土墙土压力曲线分布研究,否则假设与结论的自相矛盾、墙底段土压力分布的严重失真而成为谬论,是微分层平衡数学原理和力学模型简化的内在本质必然。     

区间分析方法在深部岩体工程中的应用

在深部巷道围岩力学分析和稳定性设计时,由于信息的有限性,影响围岩稳定性的基本参数只能确定其数值范围,很难得到大量的数据样本,确定其分布函数或隶属函数就存在很大的困难。因此,把岩体和支护物理力学参数当作区间变量,采用区间分析方法研究围岩的力学状态,较好地解决了上述困难。并提出了一种区间模型计算程序及其在深部巷道分析中的应用,研究的工程实例也显示该方法具有较好的适应性。     

非极限状态下刚性墙主动土压力的模拟

扼要综述了墙背土压力沿墙高的分布及与位移呈非线性关系的情况,指出合力作用点位置的抬高,使墙体的稳定性主要受抗倾覆控制。继而结合模型试验结果,提出一种模拟非极限状态下主动土压力的计算方法,可供支挡工程实用设计参考。     

竖向分层非饱和土主动土压力的计算与分析

为了减小经典库仑土压力理论与实际工程中竖向分层土压力之间的误差,在传统库仑土压力理论和有限土压力理论的基础上,考虑了非饱和土的强度特性,建立了挡土墙后竖向分层填土的静力学平衡关系,得到了竖向分层填土的主动土压力的计算公式.通过与现有理论对比分析,验证了本文理论的正确性.分别分析了填土性质参数及挡土结构几何参数对土压力的...     

粘性土回填高挡土墙土压力计算探讨

针对粘性土回填高挡土墙的土压力计算问题,通过工程实例,分析探讨了用综合内摩擦角法和力多边形法计算粘性土主动土压力的差异性,并引入一折减系数使综合内摩擦角法更完善,以便为工程应用提供参考依据。     

圆砾地层深基坑工程特性离心机试验研究

以南宁轨道交通工程为背景,通过离心机试验对圆砾地层深基坑工程进行模拟,获取围护墙体变形、土压力分布及墙后地表沉降等基坑工程特性。研究表明,采用现场取土通过相似级配法制作圆砾地层离心机土层模型可较好地解决土层粒径效应与力学特性问题。试验数据表明,圆砾地层深基坑墙体最大水平位移D为0.96% H～1.49% H(H为开挖深度);主、被动侧向土压力随深度不断增长,均呈三角形分布,土压力大小分别介于理论静止土压力与主、被动土压力之间;地表沉降呈凹槽形曲线分布,最大沉降点发生在距坑边约1.0 H处,地表沉降最大值约1.0 D,开挖主要影响范围约3.0 H。     

结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D, 0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。     

基于MIDAS软件深基坑支护的设计研究

利用MIDAS软件,对某工程的深基坑支护进行了设计,并对土压力、位移、沉降等指标进行了监测,将主要计算参数通过增量法手算等方式与软件计算结果作了对比,得出主要技术指标偏差量均在规范要求的合理范围内,指出软件深基坑支护设计可以逐渐应用到实际工程中,指导工程的施工作业。     

挡土墙的设计优化

根据大量挡土墙工程事故和引用已有的主动土压力计算方法,对挡土墙优化设计中常见的土压力计算的影响因素,分别从理论和工程应用现状方面加以分析。主要影响因素有:不同的土压力理论;地下水;局部超载作用;墙后填土状态。因此,应根据工程特点和工程地质条件,考虑选择合适的土压力计算方法。