绕墙顶转动位移模式下黏性土挡土墙的被动土压力研究

以黏性土为研究对象,针对挡土墙在绕墙顶转动下的土拱效应进行研究。根据土拱曲线的土体应力状态,给出黏性土条件下的侧向被动土压力系数及层间摩擦系数求解公式。在上述两大系数基础上提出了变换方法,将其运用到薄层微分法中,给出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力分布解。试验结果表明,绕墙顶转动位移模式下挡土墙被动土压力与绕墙顶转动位移模式类似,也呈凹形曲线。随着土拱效应δ/φ的增大,被动土压力非线性分布加强。     

刚性挡土墙位移模式对土压力的影响试验研究

挡土墙位移模式对墙后土压力分布及土体滑移变形与破坏模式具有重要影响。研究采用开发的可视化挡土墙模型箱和石英砂填料，开展平动、绕底部转动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动和绕中点顺时针转动5种模式的模型试验。将实测土压力与现有计算理论进行对比，对静止土压力、极限土压力及其土压力随挡墙位移变化规律进行了分析，同时采用粒子图像测速技术分析土体的滑移变形特征和破坏模式。结果表明：静止土压力沿墙深呈线性增长趋势，由于砂土超固结导致实测值大于理论值；不同位移模式土体达到极限状态所需的位移量存在较大差异；由于砂土密实程度高，导致平动、绕底部转动、绕顶部转动极限土压力实测值小于理论值；绕中点逆时针转动和顺时针转动极限土压力合力作用点较绕顶部转动和绕底部转动分别出现上移和下移；不同位移模式的滑移面呈现出不同的形态，实测滑移面倾角略大于理论值；绕底部转动、绕中点顺时针转动表现为渐进式破坏，平动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动表现为整体式破坏。     

挡墙后饱和土体渐进破坏时孔压规律的研究

对档墙后土体的渐进破坏过程进行了室内试验,并采用FLAC2D软件该过程进行数字模拟,通过两组试验结果的对照分析,得到土体渐进破坏时孔隙水压力变化规律：在被动破坏时,饱和密砂中孔压先是上升,到达峰值后消散,直到负值,再逐渐归零。而饱和松砂中,孔压先上升到峰值,然后随着位移的增大而逐渐消散到零;在主动破坏时,饱和密砂和饱和松砂的孔隙水压力有着相同的增长与消散规律,即孔压向负压发展,到达负压峰值后,孔压再逐渐变化到零。速度大小不会改变挡墙饱和密砂渐进破坏过程中孔压的增长与消散规律,只会改变孔压曲线的峰值。     

不同位移模式下挡土墙的模型试验及数值模拟

 使用角钢和高强度的有机玻璃,结合按照原型比例设计的尺寸,自制挡土墙模型箱。测试挡土墙在不同运动状态下,墙后土体的水土压力分布,获得剪切带的细观参数。在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对砂土挡土墙进行离散元仿真模拟。研究不同位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT),以及2种组合位移模式：绕墙底以下某点转动(RBT)、绕墙顶以上某点转动(RTT)下挡土墙被动破坏机制。分析挡土墙运动过程中侧压力的变化、土体位移场和变形以及挡土墙到达一定位移时颗粒集合体内部的剪应变率分布。通过对比分析模型试验结果与数值模拟结果,结果表明,墙后土体水土压力的模拟结果与试验结果吻合很好,反映水土压力的分布规律。     

墙后有限宽度无黏性土主动土压力试验研究

针对无黏性土体,开展了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动3种墙体主动变位模式情况下墙后有限宽度土体土压力试验。通过观察墙后不同宽度土体的破坏过程及对土压力的全程量测,对其破坏模式及土压力分布规律进行了探讨。试验结果表明,墙后有限宽度土体的破坏面为一连续曲面,随着墙后土体宽度的增加,土体破坏面逐渐向外侧偏移,最终趋于某一固定位置,但始终位于库仑破坏面内侧。土压力值监测表明,库仑土压力理论并不适用于有限宽度土体。当填土宽度为有限宽度时,土压力值小于库仑主动土压力值,其差距随土体宽度减小而逐渐增大。当墙体平动时,土压力值沿墙高先增大后减小;墙体绕墙底转动时土压力值则呈线性增长趋势;而当墙体绕墙顶转动时,在挡墙上部出现了明显的土拱效应。     

浸水条件下有限土体土压力试验研究与数值分析

采用自主设计自动控制模型箱,开展了墙后有限宽度浸水无粘性土体在绕墙底转动、平动及绕墙顶转动3种位移模式下的主动土压力试验,并通过ABAQUS进行数值模拟,分析研究了墙后不同宽度土体的破坏形式及其土压力分布规律。研究结果表明,3种位移模式下,有限土体宽度较窄时破裂面被固定挡墙截断,随着填土宽度的增加破裂面开始延伸至填土表面,并最终稳定于库伦破裂面内侧。3种位移模式下的有限土体土压力分布均明显小于水土分算值,且随填土宽度的增加而逐渐接近水土分算理论值;绕墙底转动时土压力分布接近三角形分布,平动时土压力随土体宽度增加渐呈“勺型”分布,而绕墙顶转动时则呈“S”型分布规律。     

浸水条件下有限土体土压力试验研究与数值分析

采用自主设计自动控制模型箱,开展了墙后有限宽度浸水无粘性土体在绕墙底转动、平动及绕墙顶转动3种位移模式下的主动土压力试验,并通过ABAQUS进行数值模拟,分析研究了墙后不同宽度土体的破坏形式及其土压力分布规律。研究结果表明,3种位移模式下,有限土体宽度较窄时破裂面被固定挡墙截断,随着填土宽度的增加破裂面开始延伸至填土表面,并最终稳定于库伦破裂面内侧。3种位移模式下的有限土体土压力分布均明显小于水土分算值,且随填土宽度的增加而逐渐接近水土分算理论值;绕墙底转动时土压力分布接近三角形分布,平动时土压力随土体宽度增加渐呈"勺型"分布,而绕墙顶转动时则呈"S"型分布规律。     

地震作用下饱和回填砂土重力式挡土结构滑动与转动位移分析

 预测地震作用下重力式挡土结构的位移是基于位移抗震设计方法的关键。基于Newmark滑动理论、超孔隙水压力应力模型和累积损伤原理,建立饱和回填砂土中超孔压比时程计算模型,以及墙体滑动和转动临界加速度时程计算模型。基于所建立的模型,提出用于计算饱和回填砂土重力式挡土结构滑动和转动位移的计算方法。采用该方法,分析土体参数和地震动参数对墙体滑动及转动位移的影响,并对墙体滑动与转动的耦合作用进行研究。结果表明,填土不发生液化的情况下,滑动位移对土体相对密度和墙体与地基土间的摩擦角十分敏感;转动位移对输入地震的震级、水平加速度和竖向加速度、填土的内摩擦角、墙背摩擦角和相对密度均较为敏感。超孔隙水压力对墙体滑动和转动位移的影响不可忽视。在地震作用下墙体与墙后填土破坏土楔体共同运动的假设条件下,墙体滑动与墙体转动相互抑制。     

砂土中挡墙不同变位模式主动土压力模型试验

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中土体作用于墙上的主动土压力进行模型试验研究。试验模拟了在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下挡墙土压力的变化,得到了墙背主动土压力的基本规律。试验观察发现,挡墙平移时,主动土压力呈重心下移的抛物线形,挡墙变位最大位移约0.002H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙趾转动时,主动土压力近似呈三角形分布,约0.0035H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙顶转动时,主动土压力呈上部大而下部小的抛物线形,约0.0025H时达到极限平衡状态。本文还将得到的主动土压力规律进行简化,得到了3种基本变位模式下的主动土压力简化图,对工程实践具有指导意义。     

不同位移模式下衡重式路肩墙离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式路肩挡土墙为原型,设计了墙体在平移(T)、绕墙趾转动(RB)、绕墙顶转动(RT)以及平移与绕墙趾转动复合形式(T+RB)4种位移模式的土工离心模型试验,讨论了挡墙位移模式对墙背土压力和路基填土变形的影响,分析了墙后不同深度土体进入主动状态的进程,试验表明:1位移模式对上墙土压力大小及分布形态基本无影响,但上墙浅层土体在挡墙位移与墙高比值小于0.3%~0.5%时,存在墙–土摩擦引起的土拱效应,使水平土压力系数增大;2由于衡重台的存在,对下墙距衡重台约1/3下墙高度范围的土压力有遮蔽作用,其结果是降低了土压力合力作用点位置;3位移模式对填土沉降有明显影响,在墙体位移最大值相同时,T位移模式的填土沉降明显大于RB和RT位移模式,而RT位移模式,衡重台向下偏转,促进了填土下沉,最终使其填土沉降大于相同位移面积的RB位移模式,也更容易使上墙出现第二破裂面。     

刚性挡土墙绕墙顶转动情况下被动土压力的分布

根据土体微分单元体的静力平衡条件,建立了挡土墙绕墙顶转动情况下被动土压力分布的计算表达式,同时进行了被动土压力分布、合力及作用点与库仑土压力、实测结果的分析比较。结果表明:该公式很好地反映了实测曲线的非线性分布,同时被动土压力合力与库仑被动土压力基本相同,合力作用点接近于0.27倍墙高处。     

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%~-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。     

基于室内模型试验的锚拉式挡土墙力学特性研究

为了研究锚拉式挡土墙在非极限状态下土压力分布及墙体位移变化规律,从力学角度分析了锚拉式挡土墙的作用机理,并基于加筋原理揭示了设置锚杆具有提高墙背土体强度的作用。设计制作了室内模型试验装置,开展了一系列不同预应力水平、不同竖向荷载及二者耦合作用的室内试验。通过分析试验数据,得到了不同影响因素下的土压力合力变化规律及合力作用点位置。结果表明:锚拉式挡土墙由于锚杆的侧向约束作用,墙背土压力峰值出现在锚杆位置处; 分级施加竖向荷载,墙身呈现底部位移略大的平动模式(T模式)外倾; 分级施加锚杆预应力,墙身呈现底部位移略大的向外平动位移模式(T模式); 二者耦合作用下,墙体呈平动叠加绕墙底转动模式(T+RB模式)内倾,但位移量较小; 墙背土压力在预应力、竖向荷载及二者耦合作用下均介于静止土压力与被动土压力之间; 所得结论对工程实践具有指导意义。     

半挖半填工况加筋土挡墙失稳机制试验研究与上限法分析

 设计并制作半挖半填工况的绿色加筋格宾模型挡墙,通过在挡墙顶部施加分级均布荷载,测试挡墙在各级荷载作用下的变形、土压力和筋材拉应变,并进行数值模拟,探讨挡墙承载力的发展规律和失稳模式;基于塑性极限分析的上限法,建立半挖半填工况加筋土挡墙的极限承载力,安全系数和极限高度的计算方法。研究表明：在墙顶分级均布荷载作用下,半挖半填工况加筋土挡墙承载力的发展过程可分为初始压密、正常发展、屈服和破坏失稳4个阶段;挡墙墙顶竖向沉降呈三角形分布,挡墙沿填挖交界面发生滑移失稳;挡墙面墙变形、土压力和筋材拉应变分布规律受挡墙的失稳模式影响;所推导的半挖半填工况加筋土挡墙稳定性分析方法考虑台阶面筋材的作用,具有较高的精度。     

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。     

Behaviour of geogrid reinforced soil retaining wall with concrete-rigid facing

Monitoring was carried out during construction of a cast-in-situ concrete-rigid facing geogrid reinforced soil retaining wall in the Gan (Zhou)-Long (Yan) railway main line of China. The monitoring included the vertical foundation pressure and lateral earth pressure of the reinforced soil wall facing, the tensile strain in the reinforcement and the horizontal deformation of the facing. The vertical foundation pressure of reinforced soil retaining wall is non-linear along the reinforcement length, and the maximum value is at the middle of the reinforcement length, moreover the value reduces gradually at top and bottom. The measured lateral earth pressure within the reinforced soil wall is non-linear along the height and the value is less than the active lateral earth pressure. The distribution of tensile strain in the geogrid reinforcements within the upper portion of the wall is single-peak value, but the distribution of tensile strain in the reinforcements within the lower portion of the wall has double-peak values. The potential failure plane within the upper portion of the wall is similar to “0.3H method”, whereas the potential failure plane within portion of the lower wall is closer to the active Rankine earth pressure theory. The position of the maximum lateral displacement of the wall face during construction is within portion of the lower wall, moreover the position of the maximum lateral displacement of the wall face post-construction is within the portion of the top wall. These monitoring results of the behaviour of the wall can be used as a reference for future study and design of geogrid reinforced soil retaining wall systems.     

设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力研究

建立有限差分数值模型对设置EPS(发泡聚苯乙烯)柔性垫层的刚性挡土墙的土压力进行研究,分别对挡土墙后填土的静止、主动及被动三种位移状态进行了研究,并对不同挡土墙位移时EPS垫层减小土压力的效果进行了分析。研究结果表明:EPS对主动状态所需要的位移影响较小。静止–主动状态时,EPS减小土压力的效果随着位移的增大而减弱;静止–被动状态时,EPS减小土压力的效果随着位移的增大先增强后减弱。