格宾挡墙应力变形特性试验研究及计算分析

格宾挡墙作为一种新型的支挡结构,虽然可采用传统力学方法进行设计,但无法掌握其变形特性.为了确切地掌握格宾挡墙结构的应力变形特性,通过对多组格宾单体结构进行压缩和直剪试验,推算出格宾单元的黏聚力c和内摩擦角φ,并据此以案例形式采用有限元的方法分析了格宾挡墙的应力变形特性,为工程设计提供理论参考.     

双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析

论述了双排桩支护结构设计的基奉理论、简化模型及内力计算方法;运用有限元建立平面应变模型分析双排桩支护结构,对双排桩支护结构所受土压力取值进行了分析与修正。研究表明,双排桩具有较大的侧向刚度,可有效限制围护结构的侧向变形,应将桩顶与连梁做成刚性连接,以保证有效发挥双排桩的支护效果。基坑开挖面以上桩身所受主动土压力与理论主动土压力值相近,开挖面以下桩身所受土压力介于理论主动土压力与静止土压力之间,并随着深度的增加,愈来愈接近静止土压力值。前、后排桩所受的被动土压力与理论被动土压力值相差较大,后排桩被动土压力值接近静止土压力。     

桩拱组合式挡土墙及其简化设计方法研究

桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构,由于抵抗水平荷载的需要,传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大,桩体的布置较密,不经济。基于此,提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙,利用拱结构受压性能较好的特点,采用拱板代替传统的平板,拱板与桩基础的上部连接,整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论,分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型,利用拱板荷载传递给桩基的基本原理,建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程,通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析,分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响,结果表明,增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。     

挡土墙后EPS板减压性能模型试验研究

在刚性挡土墙后设置柔性垫层能有效减小墙背土压力。聚苯乙烯土工泡沫（EPS）是一种常见的柔性材料,具有受力易压缩的特性。通过开展室内挡土墙模型箱试验,对铺设不同弹性模量以及不同厚度的EPS板的各工况下墙背土压力分布规律进行了研究,详细分析了弹性模量和厚度对EPS板在不同填土表面荷载作用下的减压性能的影响;并通过FLAC^3D建立有限差分数值模型,对不同压缩量情况下土压力分布规律进行了分析。研究结果表明：EPS板能有效地减小挡土墙墙后土压力;EPS板的弹性模量越小、厚度越大、墙后填土表面的外荷载越大,EPS板的减压效果越明显;EPS板厚增加到一定程度后,EPS板的减压效果不会再有明显提升,EPS板厚达到0.1倍墙高即可获得最佳减压效果。     

高路堤新型支挡结构力学特性的试验研究

对一座平均墙高9.5m的双面直立互锚式薄壁挡土墙的受力进行了现场原型观测．观测结果表明,挡土墙土压力呈非线性分布,并在距墙顶大于4m时,实测土压力值大于理论计算值．该结论可供今后类似结构的研究和设计参考．     

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。     

地铁车站复合墙结构体系受力特性

针对地铁车站复合墙体系受力变形规律与理论计算结果存在较大差异,围护结构土压力分布规律和主体结构内力具有不确知性的问题,采用EPS板(聚苯乙烯泡沫)代替防水垫层进行模型试验和数值模拟,对比分析复合墙和叠合墙体系受力、变形特性,得到墙后水平土压力、周围地表沉降、结构体系内力等变化规律。结果表明:复合墙技术具有良好的卸荷作用,可有效改善地铁车站主体结构受力状态;卸荷效果随EPS板厚度增大或弹性模量减小而增强,但地连墙弯矩会随着卸荷作用的增大而增大,因此,并非EPS板厚度增大或弹性模量越小就越好,而是需要确定合理的减载参数;复合墙体系会引起较叠合墙体系更大的周围地表沉降,本文条件下的主要影响区域为0.60H～1.25H(H为基坑深度),沉降差约为12%。     

Model test on sand retaining wall reinforced with denti-strip inclusions

In conventional reinforced soil structures, the reinforcements are often laid horizontally in the soil. In this paper, a new concept of soil reinforced with denti-strip inclusions was proposed and a series of laboratory model tests were carried out on sand retaining wall reinforced with denti-strip inclusions. Besides the horizontal displacements of the facing, the lateral earth pressures acting on vertical elements were measured. A microscopic measurement was performed to investigate the deformation and progressive failure of the sand within model retaining wall. Based on the image analytical technique, the bearing capability and interaction mechanism of reinforced sand retaining wall were analyzed. The model of the initial shear failure and potential failure surface were also put forward. From the experimental results, it is shown that denti-strip inclusions can increase the bearing capability of retaining wall significantly and restrict the facing displacements efficiently, as compared with conventional horizontal reinforcement. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50678100)     

基于乔灌木根系加固及柔性石笼网挡墙变形自适应的生态护坡

为了生态加固及防护土质边坡,提高边坡抵抗较深层滑动的能力,研发了根系-拉索-石笼网共同作用的生态护坡系统。工作机理为:浅层滑坡体推动柔性石笼网挡墙前倾,乔灌木根系的抗拔力通过拉索约束住挡墙的位移,从而使坡脚土体由受剪为主改为受压为主。通过数值分析,探讨了将边坡的乔灌木根系的抗拔与石笼网柔性挡墙的变形自适应相结合,联合作用加固挡墙基底以上坡土的可行性。分析结果表明:通过镀锌过塑拉索与根系的联合作用可以有效地限制和减少土坡和柔性石笼网挡墙的渐进变形,从而维持土坡的稳定。     

含柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法

在刚性挡土墙与填土之间设置柔性垫层能减小作用于挡土墙的土压力,但目前仍缺乏针对设置聚苯乙烯土工泡沫（EPS）柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。将EPS柔性垫层的压缩量视为墙后填土的位移量,考虑挡土墙后土拱效应,基于挡土墙土压力-位移的关系曲线,引入迭代法进行收敛计算,得到设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。该计算方法的优势是可在EPS柔性垫层压缩量未知的情况下求解土压力,即可应用工程设计阶段。建立FLAC3D有限差分数值模型,对推导的理论解进行验证,并对EPS柔性垫层减载效果进行分析。结果表明：基于土压力-位移关系曲线并采用迭代法得出的墙后设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力理论解具有较好的合理性。在EPS柔性垫层弹性模量不变的情况下,EPS柔性垫层减小土压力的效果随着EPS柔性垫层厚度的增加而增强;在EPS柔性垫层厚度一定的情况下,随着EPS柔性垫层弹性模量的增加,其减小土压力的效果逐渐减弱。     

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.     

双面加筋土高挡墙的侧向土压力分布试验研究

对高为33～55 m的双面加筋土挡墙进行离心模拟试验,测得的面板上土压力分布从上至下呈先增后减型。基于加筋土挡墙的破坏模式,对于面板侧向土压力分布进行探讨。综合分析本次试验结果和现场测试,从理论上分析了加筋土挡墙面板上侧向土压力的分布,并对目前《公路加筋土工程设计规范》中基于侧向土压力进行设计的方法提出质疑。     

预应力悬锚式挡土墙受力特性

为了研究不同侧向预应力水平及竖向荷载对预应力悬锚式挡土墙墙背土压力、锚定板板前土压力、墙身剪应力分布特性的影响规律,设计了室内模型试验及数值模型并对悬锚式挡土墙受力特性进行测试与计算分析。研究结果表明:侧向预应力作用下,挡土墙墙背土压力呈抛物线分布并在锚杆处呈现峰值,锚定板板前土压力沿板宽度方向呈“马鞍型”分布并以约35°角向两侧扩展,锚定板板前土压力沿锚索轴向的压缩影响范围约2倍板宽;竖向荷载作用下,挡土墙侧向土压力呈“S”形分布,靠近挡墙底板位置处墙体剪应力急剧增大,应加强该类挡土墙根部配筋设计。结论可为预应力悬锚式挡土墙在公路建设中的推广和应用提供借鉴。     

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。     

挡土墙墙前被动土压力影响因素研究

通过对青岛市枕海山庄挡土墙墙前管沟施工期间的墙身变形监测记录的分析研究发现,此挡土墙的墙前填土产生了被动土压力并切实参与工作保护了此挡土墙,因此重点分析了在挡土墙墙前填土经有效处理后,墙前土所能产生的被动土压力与墙前土的有效宽度之间的关系.它的确定对于挡土墙设计以及现状挡土墙的安全性评估及加固具有积极意义.     

秦巴山区某填方边坡加筋土挡墙破坏机理研究

针对秦巴山区某填方边坡路基加筋土挡墙垮塌导致的坡顶道路围栏垮塌、坡脚房屋受损等问题。现场调查查明了加筋土挡墙的破坏特征，结合数值模拟对加筋土挡墙破坏的诱发因素和形成过程进行了综合分析。结果表明：加筋土挡墙的破坏特征主要为：面板发生大面积垮塌，其后的加筋填料仍保持较好的整体稳定性；加筋土挡墙面板垮塌破坏主要是由于填方边坡阻隔了原始排水通道，支挡结构中的"抗滑桩-挡土板-加筋土挡墙面板"形成相对隔水边界，连续降雨和居民生活用水入渗后无法及时排出，从而引起地下水位升高，静水压力增大所致。加筋土挡墙破坏的形成过程为：静水压力增加—底部面板拉筋连接破坏—中上部面板受力增大—面板整体破坏。     

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。     

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。     

Rapid excavation with a newly developed retaining system: Spiral assembly steel structure

The spiral assembly steel structure, a newly developed retaining wall for the rapid excavation of small-sized foundation pits in unsaturated soil, is presented. This new type of retaining structure is prefabricated in the factory and is assembled on site in the excavation of a pit. This retaining structure is composed of several prefabricated steel structural units, in which the adjacent steel structural units are joined with connectors. Each steel structural unit has one steel pipe in the radial direction and is welded to a single piece of steel plate. After full installation in situ, the retaining structure becomes a cylindrical steel structure. With the protection afforded by this new type of retaining structure, excavation work can be completed within 24 h to a depth up to 5 m. In order to verify the reliability and effectiveness of this new retaining structure, field construction tests were conducted in Beijing, China. The test construction was monitored. The monitoring program included measuring stress in the structure, lateral earth pressure, and lateral deformation of the surrounding soil. The monitoring data from the field test were compared with the theoretical results. The results show that the proposed new structure is reliable and effective.