狭窄黏性填土刚性挡墙主动土压力研究

对于临近既有地下室或竖直基岩面的挡土墙,由于墙后填土宽度有限,采用经典的库伦、朗肯土压力理论计算挡土墙主动土压力是不合适的。采用有限元分析软件ABAQUS,对狭窄黏性填土刚性挡土墙的主动土压力问题进行研究,探讨了墙后土体的临界裂缝深度和滑裂面的发展规律。考虑墙土之间的黏着力和填土竖向裂缝,建立新的理论分析模型,得到了挡土墙水平主动土压力合力的求解方法和主动土压力分布的解析公式。土压力合力系数与土压力强度的理论解和数值解吻合较好,验证了本文理论解的合理性。研究表明,主动极限状态下,填土表面两侧均将产生竖向裂缝,且临界裂缝深度不随填土宽度变化,其值与朗肯裂缝深度接近;随着填土宽度的减小,填土内将产生一道甚至多道滑裂面,挡土墙主动土压力也从基于半无限土体假定的广义库伦土压力值逐渐减小。     

刚性挡墙变位诱发墙后地表沉降的理论解析

 基坑开挖将诱发不同程度的地面沉降。利用分离变量法求解平面应变问题的位移平衡方程通解,并将基坑挡墙变位视为已知的位移边界,以揭示不同挡墙变形所诱发的墙后地表沉降规律。首先以墙体平移和绕墙趾刚性转动2种基本位移模式作为基本解,通过叠加原理进而得到绕墙顶刚性转动和三角形鼓胀位移的解析。分析表明,平移和绕墙脚转动的位移模式下,墙后地表沉降为向上拱曲形态,最大沉降紧靠墙背处,而当墙体绕墙顶转动和向外三角形变位时,墙后地表沉降为向下凹槽形态,最大沉降处在距墙背一定距离的某一位置,这与既有的经典方法预测相一致。最后,将墙后沉降曲线与既有弹塑性分析及软土地基的现场监测作对比,验证解析方法的合理性。     

挡土墙后黏性土的地震主动土压力分析

在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的分析方法,得到考虑时间和相位变化的刚性挡土墙后黏性土地震主动土压力系数、地震主动土压力合力和主动土压力分布强度的理论公式。在此基础上,利用优化算法得到地震卓越周期中的最不利工况,分析水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角、挡土墙倾角和地震放大系数对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、临界深度、合力作用点和土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度的存在大大增加黏性土的主动土压力;挡土墙倾角和地震放大效应对临界深度、合力作用点和土压力分布都有着明显影响。     

挡土墙填土曲线破裂面的地震主动土压力分析

在地震作用影响下,墙后填土处于极限平衡状态时,假定破裂面为一条通过墙趾的旋轮线。从墙后土楔中取出一微薄水平层,研究其在水平惯性力下的平衡,得到的地震土压力分布和土压力合力作用点位置均与实验结果相吻合。     

刚性挡墙上土压力不确定性的计算研究

土压力发生条件提供的不充分性和土层分布的空间特性是造成刚性挡墙上作用的土压力不确定性的两个主要因素.在计算上,前者表现为土压力计算模型的不确定性;后者则表现为土体计算参数的不确定性.就土压力不确定性问题而言,较为合理的方法是用一定的区间范围在理论上对土压力给出恰当的估计,尽可能地包括所有可能情况下挡墙受到的作用力,供给工程设计人员选用;而对于模型不确定性和参数不确定性两类问题,需要借助于不同的数学方法确定相应土压力的合理区间范围.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,以挡墙垂直、墙背光滑情况下的Coulomb公式为例,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.文中的思路对于岩土工程中其它不确定性问题的研究也提供了很好的借鉴.     

地下水位波动引起重力式挡墙基坑周围地基土孔压变化及对挡墙稳定性的影响

波浪、潮汐作用引起临海、临江地区的地下水位周期性波动,基坑周围地基土的孔压响应机制是研究动水环境下基坑开挖课题的关键。假定有限厚度单层地基均质、各向同性,边界波动水位以正弦函数表示,将基坑渗流场分成3个区域,假设土体总应力不变,将固结方程解耦,利用Laplace,Fourier变换与逆变换推导得到浅层含水层内地下水位波动引起重力式挡墙基坑周围地基土孔压响应的二维半解析解。与PLAXIS有限元数值解的对比验证了该解答的精确性。通过算例分析坑外地下水位波动时基坑周围的孔压响应规律及其对重力式挡墙稳定性的影响。结果表明,沿坑外到坑内的基坑渗流路径,孔压的波动幅值不断衰减,滞后相位不断增大;挡墙稳定安全系数随地下水位的变化而波动,且存在相位滞后现象。     

考虑挡墙厚度基坑稳态渗流场的解析解

对悬挂式考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析研究。根据对称性取基坑半截面,将周围土层划分为5个规则的区域,利用叠加法和分离变量法将5个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出基坑周围渗流场的显式解析解。将本文解析解得到的水头计算结果和挡墙上水压力计算结果与有限元软件进行对比,结果吻合较好,验证了本文解析解的正确性。将一维渗流、二维渗流中流网法以及不考虑挡墙厚度情况下和考虑挡墙厚度情况下本文解析解计算得到的挡墙上的水压力与有限元解进行对比分析,发现考虑挡墙厚度情况下本文解析解的计算结果最为精确,指出了其他几种解法的误差。最后对基坑渗流场影响因素进行了参数分析,基坑内侧宽度、不透水层顶面至挡墙底部距离、坑内水位、挡墙厚度等因素对基坑水头分布有较大影响,随着挡墙厚度增大,最大水力梯度降到挡墙底部,基坑外侧渗流场远场水头增大,挡墙底部水头明显减小。     

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     

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。     

饱和黏性土地基中现浇大直径管桩水平振动响应解析解

基于经典的平面应变假定,将土体假设为若干个相互独立的薄层,对饱和土地基中现浇大直径管桩水平振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体动力固结方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解,给出了桩顶复阻抗解析表达式。将本文解完全退化到实心桩的解与已有理论解对比,验证了本文解的合理性并阐明两解的区别。通过参数分析,得到了桩长以及桩半径等参数对复阻抗特性影响的规律。     

斜面土钉支护墙的土压力计算探讨

斜面土钉支护墙的主动土压力，习惯上仍然是采用传统的朗肯土压力理论来进行计算，其值偏于保守。本文根据库伦无粘性土坡的一般土压力理论计算公式及相应主动土压力公式，求出斜面土钉支护墙的滑裂面与水平面的夹角η值，并给出斜面土钉支护墙的土压力计算公式，文中还给出常用范围内对朗肯主动土压力的折减数ζ，可供实际设计中选用。对粘性土进坡，建议按等值内摩擦角法进行计算。     

刚性挡土墙被动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土端上的被动土压力进行数值分析,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与结构接触面问引入无厚度的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,研究了不同的挡土墙的变位模式、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。     

刚性挡土墙主动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土墙上的主动土压力进行数值分析,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,研究了不同挡土墙的变位模式、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。     

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。     

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。     

条带式刚性面板加筋土挡墙筋带应变响应特性研究

 基于大型振动台模型试验,研究条带式刚性面板挡墙在地震波作用下筋带的应变响应特征,并结合土体相对密实度、面板位移以及频谱特征,探究加筋土挡墙的潜在损伤规律。试验结果表明：随着地震波加载幅值增大,筋带主要受力区域从潜在破坏区移至加筋稳定区;对筋带应变分析显示墙内破坏从中部开始,逐渐向下部发展,中下部更易发生破坏;潜在破裂面研究表明挡墙的破裂面形式类似0.3 H(H为墙高)折线形式,但区域大于规范上的破裂面;在0.1 g～0.3 g地震波作用下相对密实度随加载峰值增加而增大,0.4 g以后相对密实度减小,土体发生损伤,与应变规律一致;不同地震波加载前后输入的白噪声傅里叶谱显示,地震波向上传播其频谱由单峰值逐渐发展为双峰值,且0.4 g以后第二峰值频率有逐渐增大趋势。该研究成果可为更加合理地考虑地震区的加筋土挡墙结构的设计提供指导。     

挡土墙地震主动土压力的库仑解

传统的Mononobe-Okabe法在实际工程中有着广泛应用,但它仅适用于无黏性土的极限土压力计算,且不能给出土压力分布。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定墙后塑性区的一簇滑移线为直线即平面滑裂面,考虑墙背倾角、地面倾角、土黏聚力和内摩擦角、墙土之间黏结力和外摩擦角、地面均布超载、塑性临界深度以及水平和竖向地震系数等因素的影响,建立较为完善的塑性滑楔分析模型,进而采用极限平衡法求解挡土墙地震主动土压力、滑裂面土反力及其分布,并且通过量纲一化的分析首次提出几何力学相似原理。研究结果表明,总地震主动土压力随水平地震系数代数值的增大而增大;但随竖向地震系数代数值的增大并非总是减小,当水平地震系数较大时,可能出现先减后增的情况。