基于统一强度理论朗肯土压力的计算研究

 采用双剪统一强度理论主应力型表达式和平面应变假设,首先将挡土墙土压力问题视为平面应变问题,通过广义虎克定律确定出中主应力 ,并根据朗肯土压力分析原理确定出另外一个主应力,最后结合双剪统一强度理论主应力型表达式分别推导朗肯主动土压力和被动土压力的计算公式。该公式除了引入考虑中主应力影响的系数b,还通过广义虎克定律把材料的泊松比 引入朗肯土压力计算公式中。经典的朗肯土压力计算公式仅为该统一解的特例。该统一解可以灵活地运用于各种不同特性填土材料的土压力计算。最后通过一算例讨论不同权系数b对计算结果的影响。分析表明：采用经典的朗肯被动土压力理论所得到的结果是偏小的,而采用经典的朗肯主动土压力理论所得到的结果是具有一定的安全储备;双剪统一强度理可以更好地发挥材料的强度潜力,可取得一定的经济效益。     

Lade-Duncan准则在土压力计算中的应用

基于严格意义上的Lade-Duncan准则,将挡土墙土压力计算问题视为平面应变问题,推得了黏性土与无黏性土的主动和被动土压力计算公式,推导中由于考虑了中主应力的影响,所以更真实地反映了土压力的作用情况。与以往应用Lade-Duncan准则在平面应变条件下的强度公式不同,该推导完全基于LadeDuncan准则,而没有借助由SMP准则得到的中主应力公式。为了验证公式的有效性和优势,将公式计算与实测结果进行对比。结果表明:相对于朗肯理论和基于SMP准则的方法,该方法更为接近实测结果,而又留有一定的安全储备。     

考虑中主应力影响倾斜填土面朗肯土压力参数的敏感性分析

挡土墙后填土面为倾斜时,朗肯土压力理论应用很少。经典的各种土压力理论是基于Mohr-Coulomb强度准则得出的,没有考虑中主应力的影响。首先推导了填土面倾斜时的朗肯主动和被动土压力的计算公式;根据平面应变假设确定了中主应力σ2=ν(σ1+σ3),在此基础上推导了统一强度理论下的材料强度指标计算公式,利用该公式可将Mohr-Coulomb强度准则下的材料强度指标转化为考虑中主应力效应的统一强度理论下的材料强度指标;最后通过一算例采用正交试验设计对反映中主应力影响的中间主剪应力系数、泊松比、填土面倾角、黏聚力、内摩擦角、重度6种因素进行了敏感性分析。结果表明:影响朗肯主动土压力强度的6种因素从大到小分别为:重度、中间主剪应力系数、黏聚力、内摩擦角、倾角、泊松比;影响朗肯被动土压力强度的6种因素从大到小分别为:内摩擦角、中间主剪应力系数、泊松比、黏聚力、倾角、重度;中主应力对朗肯土压力计算结果的影响是一个不可忽视的重要因素。     

基于双剪统一强度理论的非饱和土库仑被动土压力统一解

基于双剪统一强度理论,考虑中间主应力和基质吸力等因素的影响,建立了非饱和土库仑被动土压力的统一解。将计算结果与非饱和土朗肯被动土压力统一解的计算结果进行比较,验证了该公式的正确性,并得到了中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角等参数对非饱和土库仑被动土压力统一解的影响特性。研究结果表明:非饱和土库仑被动土压力统一解具有广泛的适用性,饱和土库仑被动土压力和非饱和土朗肯被动土压力均为其特例。中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角对非饱和土库仑被动土压力的影响十分显著,并且非饱和土库仑被动土压力随双剪统一强度理论参数、基质吸力和有效内摩擦角的增大而增大。     

朗肯土压力局限性的有限元法分析

针对挡土墙上主动土压力计算方法中朗肯理论的局限性,运用有限元法对其进行了分析,以Mohr-Coulomb准则作为屈服准则进行计算,得出设计时如无实测资料,用有限元计算的土压力比用朗肯理论计算出的土压力更安全。     

双剪统一强度理论在土压力计算中的应用

基于双剪统一强度理论 ,将挡土结构与土相互作用问题视为空间问题 ,推导出了黏性土与无黏性土的主动土压力与被动土压力的计算公式 ,并讨论了加权系数b对主动土压力的影响。为验证公式的可行性 ,通过工程实例将计算结果和采用朗肯土压力理论所得的计算结果及实测结果进行了对比 ,对比表明 :朗肯土压力理论所得的主动土压力偏大 ,当b =0 .5时 ,采用公式所得结果比朗肯土压力理论所得结果更接近实测值 ,从而说明本文公式对挡土结构的设计有一定的指导意义     

基于SMP准则的土体三维应力状态土压力问题

基于SMP准则,分析了土体处于三维应力状态下的土压力问题,推导出无粘性土的主被动土压力的计算公式,通过引入粘结力σ0将其扩展到粘性土,和实测数据及朗肯理论计算结果进行了对比。结果表明:朗肯土压力理论所得的主动土压力偏大,采用本文公式计算所得结果更为接近实测值,从而说明考虑土体三维应力状态对分析土压力的设计计算具有一定的指导意义。     

考虑基坑支护结构变形模式的土压力研究

为了减小经典朗肯土压力理论与工程中实际土压力的误差,在经典朗肯土压力理论的基础上,减少了其基本假定中的限定性条件,考虑基坑支护结构变形产生的土拱效应以及基坑支护结构与土体间的摩擦力,通过分析平面应变条件下土单元体的极限平衡状态,提出了修正的朗肯土压力理论。用理论分析结合实例验证的方法与经典朗肯土压力理论做对比,发现修正的朗肯主动土压力大于经典朗肯主动土压力,修正的朗肯被动土压力小于经典朗肯被动土压力。同时还讨论了不同基坑支护结构变形模式对极限状态下土压力分布的影响,最后分析了极限状态下修正的朗肯土压力对黏聚力与内摩擦角两个参数的敏感性。     

黏性土主动土压力计算方法研究

以朗肯土压力理论为基础,通过各种假设条件及理论推导,得到了两种黏性土主动土压力修正公式。与实测土压力值比较分析得出:计算方法一的结果小于朗肯土压力值,同时又大于实测值,在保证工程安全的前提下提高了经济性。由于土体极限开裂深度与土体抗拉强度的计算采用的是经验公式,使得公式在理论上不太严密,有待进一步研究。计算方法二对于土体较浅的工况,其安全性有保证,也能达到较好的经济性。在已知土体抗剪强度实际规律的情况下采用该思路进行计算,其结果的普适性将更强。两种计算方法均在一定程度上解决了黏性土采用朗肯主动土压力计算比实测值偏大的问题,可为类似的工程设计与研究提供一定的参考。     

平面应变状态下基于统一强度理论的土压力计算

运用统一强度理论,推导了在平面应变状态下的极限应力状态平衡方程,并将其引入Rankine土压力理论并加以改进,提出了基于统一强度理论的主、被动土压力系数及土压力公式。得出基于Mohr-Coulomb强度理论的Rankine土压力公式是该公式的特例。运用工程实例,计算了在不同权系数b值下的土压力沿深度分布曲线,论证了中间主应力σ2对土压力的影响。实例证明考虑中间主应力σ2的土压力计算结果更符合实际情况。     

平面应变条件下非饱和土抗剪强度统一解及应用

基于统一强度理论和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,合理考虑中间主应力效应,推导了平面应变条件下非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,进而考虑中间主应力、特别是基质吸力高低的不同影响,建立了非饱和土主动、被动土压力和任意侧压力系数下均适用的条形地基临界荷载解析解.本文解析解具有广泛的理论意义,根据实际工程具体情况,可进行...     

考虑中间主应力的路堤临界填土高度统一解及比较

 临界填土高度是软土路堤沉降和稳定控制的重要指标,首先推导3种真三轴强度准则即广义M-N准则、广义L-D准则和统一强度理论的平面应变统一表达式,进而合理考虑中间主应力影响和土体实际侧压力系数,建立地基临界荷载与路堤临界填土高度的统一解,给出公式适用条件并进行验证,最后探讨路堤临界填土高度的强度理论效应,并得出土体黏聚力和内摩擦角对路堤临界填土高度的影响规律。研究结果表明：提出的统一解具有很好的可比性,且其强度理论效应即中间主应力效应明显;M-C准则的结果过于保守,应优先选用广义M-N准则、广义L-D准则或参数b = 1/2时统一强度理论;侧压力系数、黏聚力及内摩擦角对路堤临界填土高度的影响均很显著,应原位测试确定地基土的真实侧压力系数,并充分考虑土体抗剪强度参数的变异性。     

考虑中间主应力的非饱和土上埋式涵洞竖向土压力公式

基于非饱和土的平面应变抗剪强度公式,考虑中间主应力和基质吸力的共同影响,分别建立了均匀与线性2种吸力分布下非饱和土上埋式涵洞的竖向土压力公式,并对其进行可比性分析,对比文献数值模拟和模型试验进行正确性验证,最后探讨了各参数的影响特性。研究结果表明:所建立的上埋式涵洞竖向土压力公式为系列化的有序解析解,可退化为文献已有解答并包含众多新解答,并能计算涵顶上方不同高度处的竖向土压力,工程应用前景广泛; 基质吸力对涵顶竖向土压力具有重要影响,且线性吸力影响不如均布吸力明显,应考虑回填土的非饱和特性并实测吸力分布; 中间主应力效应随基质吸力和填土高度的增大而更加显著,同时均布吸力下中间主应力效应较明显,应合理选取强度准则以反映回填土强度的中间主应力作用; 等沉面高度与回填土物理力学性质、中间主应力效应、基质吸力及分布形式等有关; 基质吸力及其分布影响、中间主应力效应均与填土高度密切相关,体现了多因素对涵顶竖向土压力的综合影响。     

考虑侧向变形的各向异性砂土土压力试验研究

 基于各向异性砂土在不同常应变增量比条件下的应变路径试验研究土压力系数与侧向应变约束条件之间的密切关系,并且进行各向异性砂土的土压力离心模型试验,验证材料试验的规律,分析比较大主应力与沉积面夹角不同时填土的土压力及位移场随挡墙位移变化规律的异同。研究结果表明,大主应力分别垂直和平行于沉积面的2种情况下,K0状态附近的滑动区域差别较小,土压力大小差别较小。随着挡墙位移的增大,2种情况下填土形成的滑楔体大小和土压力大小的差异明显增大,大主应力垂直于沉积面时填土中形成的滑楔体尺寸较小,土压力也相对较小。试验结果表明,与各向同性的情形相比,各向异性使静止状态的土压力增大,对极限状态影响较小,表明压缩变形各向异性明显比强度各向异性影响要大。     

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。     

考虑中间主应力效应的筒仓侧压力计算

首先基于真三轴强度准则即Drucker-Prager准则、Matsuoka-Nakai准则、Lade-Duncan准则和统一强度理论推导了平面应变状态下4种考虑中间主应力效应的侧压力系数表达式,并给出各自的适用条件,进而将其应用于深仓和浅仓的侧压力计算,最后将计算结果与已有试验数据以及多国规范值进行了比较和验证。结果表明:深仓和浅仓侧压力计算的强度准则效应均很显著,中间主应力效应越强,对应的侧压力越小;对于深仓,欧洲规范计算结果最为保守,中国规范、参数b=0时统一强度理论以及Mohr-Coulomb准则三者的计算结果相同;对于浅仓,修正Coulomb理论计算结果最为保守,Rankine理论与参数b=0时统一强度理论的计算结果相同;4种真三轴强度准则均不同程度反映了中间主应力的影响,参数b=0时统一强度理论偏于保守,Drucker-Prager准则偏于危险,Lade-Duncan准则与试验数据吻合最好。     

均质各向同性硬岩统一应变能强度准则的建立及验证

 在大量硬岩多轴加、卸荷强度试验成果分析基础上,研究硬岩强度及强度准则的基本特性,指出硬岩多轴加、卸荷强度均具有中间主应力效应、最小主应力效应、静水压力效应、应力Lode角效应和拉压异性效应。以强度准则的Zienkiewicz一般形式为基础,提出在Rankine型强度曲线和Drucker-Prager型强度曲线过渡的两参数表征的偏平面形函数,与有效应变能理论为基础的Wiebols-Cook强度准则的改进型子午面形函数相结合,建立均质各向同性硬岩统一应变能强度准则。大量硬岩加、卸荷试验数据验证了该强度准则能客观地反映各向同性硬岩强度基本特性和硬岩强度的非线性特征。通过参数调整,提出的统一强度准则将大量现有强度准则统一到同一强度理论框架下,极大地方便了强度理论的数值实现,适用于多种各向同性硬质岩类,进一步丰富了统一强度理论研究成果。