挡土墙地震主动土压力的解析解

地震主动土压力公式用微分薄层法来推出,填土料为黏土,挡土墙竖直,填土面水平,填土和墙背有粘聚力c和内摩擦角φ作用,墙后破坏体存在竖直和水平两个方向的加速度,目前所见的地震和非地震的主动土压力都是这个公式的特例。对以上条件下的挡土墙用过墙踵的破坏体作静力平衡分析(如朗肯分析),获得的总土压力与文中微分薄层法获得的总土压力一样,但微分法作用点位置显著增高。因此在设计抗震和非抗震挡土墙时要特别注意。     

地震动土压力水平层分析法

Mononobe-Okabe公式是挡土结构设计中关于侧向动土压力计算的常用方法。但Mononobe-Okabe公式的诸多假设使得其公式适用范围受限,而且无法给出地震动土压力合力作用点位置及地震动土压力强度沿墙背分布情况。为弥补以上不足,基于Mononobe-Okabe平面破裂面假设,采用水平层分析法推导地震条件下主动和被动土压力合力及其作用点位置、土压力强度分布公式,并采用图解法得到临界破裂角的显式解答。公式考虑水平和垂直地震加速度、墙背倾角、挡墙墙背与填料黏结力和外摩擦角、均布超载等诸多因素,可以适用于黏性土和无黏性土的主动和被动土压力计算。分析结果表明,地震条件下土压力强度沿墙高为非线性分布,在相应简化假设条件下公式与Mononobe-Okabe公式完全一致。     

回填EPS混合土的防滑悬臂式挡墙地震稳定性分析

以一种带防滑齿的"T"型悬臂式挡土墙为对象,采用振动台模型试验揭示了分别回填EPS混合土和天然南京细砂时的挡墙地震稳定性特征。分析并比较了墙–土体系的地震反应以及墙背动土压力分布,重点讨论了试验的防滑悬臂式挡墙位移模式以及回填土性质对墙背动土推力的影响。试验结果表明,回填EPS混合土时,填土地表加速度反应相对更小。回填土的动土推力对墙体转动位移的贡献随激励峰值的增大而增大;墙–土惯性相互作用效应与回填土的动力变形模式密切相关。两种回填料下的墙背动土压力分布形态具有显著差异;砂土–挡墙体系的动土推力与地表峰值加速度间趋向非线性关系,作用点接近2/3墙高。回填EPS混合土时两者更接近线性关系,且动土推力作用点接近1/3墙高。两种体系的动土推力作用点随地表峰值加速度增大均略有下移。基于试验结果与几种经典的解析方法预测结果比较,给出了EPS混合土柔性挡墙抗震分析的几点建议。     

地震条件下倾斜挡土墙被动土压力研究

挡土墙的抗震设计是减小地震灾害的一项重要措施。在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,将随机出现的地震力按最不利工况下的静力考虑,利用水平层分析法得到了地震加速度沿墙高均匀分布时不同挡土墙倾角、填土摩擦角、墙背摩擦角下的地震被动土压力系数、被动土压力强度、被动土压力合力和被动土压力合力作用点的理论公式。分析了地震加速度系数、挡土墙倾角、填土内摩擦角对被动土压力系数和土压力分布的影响,结果表明,地震被动土压力合力与Mononobe-Okabe理论相同,地震土压力强度为非线性分布。在最不利工况下,地震力的出现大大减小了被动土压力,减小的程度随地震加速度的增加而增加。     

考虑土拱效应的非垂直挡墙地震主动土压力

由土拱效应原理得到滑裂土体的墙面和滑裂面上的应力,然后根据拟静力法和滑裂土体的整体受力平衡,得到平移模式下非垂直刚性挡土墙的地震主动破裂角计算式。进一步根据水平层分法获得墙背地震主动土压力及其系数、地震主动土压力合力及其作用点高度等的计算式。此外,分别讨论墙背倾角、填土内摩擦角、墙土摩擦角、地震系数和填土表面荷载等对地震主动破裂角、法向地震主动土压力分析、地震主动土压力合力系数、地震主动土压力合力及其作用点相对高度等的影响。     

悬臂式加筋土复合支挡结构振动台模型试验研究

在墙后填土中布设拉筋可有效改善支挡结构的抗震性能。为此开展悬臂式加筋土组合支挡结构在频率5 Hz正弦波加载条件下的振动台模型试验,测试了小震0.11 g、中震0.24 g、大震0.39 g作用下,模型挡墙及墙后填土的振动加速度、墙背动土压力、墙体振动位移、筋带动拉力等时空响应特征,分析模型结构动力特性、墙-土相互作用及加筋体承载等随加载加速度的变化规律。试验表明:加速度在墙后填土中向上传播存在相位延迟和非线性放大效应,并随加载幅值呈加大趋势;以墙体承受指向临空面的最大惯性力时刻作为挡墙稳定最不利的主动位移状态,墙背动土压力与墙体惯性力峰值间的同步性随加载幅值逐渐提高,大震下填土追挤墙体作用较强,动土压力沿墙高呈"上大下小"分布,合力作用点高于2/3倍墙高;筋带动拉力随加载幅值呈加速增大,在空间上呈非均匀分布,反映潜在破裂面位置的筋带最大拉力点连线近似呈过底板墙踵的折线型分布。     

均布荷载作用下的无黏性土地震被动土压力计算

 针对现有地震被动土压力计算方法的局限性与不足,在平面滑裂面假设下,提出采用拟动力法计算填土表面有均布荷载作用下的地震被动土压力,同时得到被动土压力沿墙高的分布曲线。通过分析墙土摩擦角、填土内摩擦角、水平向和竖向地震加速度系数对被动土压力值及其分布的影响,得出地震被动土压力随墙土摩擦角及填土内摩擦角的增大而增大,随水平向及竖向地震加速度的增大而减小。拟动力法计算得到的地震被动土压力值大于Mononobe-Okabe理论的计算值,且所得的地震被动土压力沿墙高呈非线性分布。     

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。     

挡墙后黏性填土中破裂面曲线的一种解析解

在传统的库仑土压力理论中，刚性挡墙后填土中的破裂面被假定为平面。然而，一些室内试验和现场测试结果均已证明了实际破裂面为曲面。以挡墙后黏性填土中的破裂面为研究对象，以竖向微分单元法为基础，利用可动边界变分原理推导了主、被动状态下破裂面曲线的微分方程，并对该方程进行求解。结果表明，当墙背光滑时，填土中的破裂面和破裂角均与库仑土压力理论相同；当墙背粗糙时，通过勒让德变换得到主、被动破裂面曲线的解析解，此时破裂面为曲面。最后，讨论填土的物理力学参数和墙背摩擦因数对破裂角的影响。     

条形荷载不同分布模式下挡墙主动土压力研究

针对实际工程中墙后作用有不同分布模式的条形荷载、填土为黏性土,墙背与填土间存在黏着力,采用库仑土压力理论假设,从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发,推导了适用多种复杂条件下的主动土压力计算式,并给出临界破裂角的显式解答以及各理论计算式适用范围的边界条件。该公式在多段条形荷载作用下可扩展应用,对于不分段条形荷载,只需作相应的简化后便可按相同的方法求解。受边界条件的限制,该公式存在一定的无解区。算例分析结果表明：条形荷载不同分布模式下,相关文献方法提出的主动土压力计算式与该公式的计算结果完全一致;由于未考虑条形荷载对滑动楔体临界破裂解的影响,规范方法得到的主动土压力偏小。     

考虑土拱效应的挡土墙地震主动土压力静力研究

 在Mononobe-Okabe拟静力学理论的基础上,对挡土墙后填土进行应力分析,根据静力平衡求得滑裂面水平倾角。再结合土拱效应原理采用水平层分析法,对处于正常受力状态的填土微元体进行应力分析,并根据静力平衡和力矩平衡建立方程组,从而求得适用范围更广的地震作用下墙后土体的主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置等的计算公式。利用数值方法分析土内摩擦角、墙土面摩擦角以及水平和竖向地震系数对滑裂角、主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置的影响,并将计算结果与其他计算方法所得结果以及试验结果进行对比分析。     

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...     

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。     

考虑位移影响及土拱效应的土压力研究

针对不同位移模式下的刚性挡土墙,提出考虑位移影响和土拱效应的土压力计算方法。将已有的内、外摩擦角与位移之间的关系式以及侧压力系数的表达式植入水平层分析法,推导出不同位移模式下的主、被动土压力的理论公式。并将计算结果与六个模型试验数据比较,结果表明：计算结果与试验数据的变化趋势基本一致,主动情况下吻合较好,被动稍差;从位...     

非极限状态挡土墙主动土压力研究

利用薄层单元法对挡土墙非极限状态主动土压力进行研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的楔形土体产生,取挡土墙后楔形土体沿平行于填料坡面的薄层作为微分单元体,通过作用在微分单元体的力和力矩平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力微分方程,得到非极限状态土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和作用点的理论公式。根据非极限状态摩擦角与墙体位移关系,分析填土内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比对土侧压力系数、土压力分布、土压力系数和作用点的影响。分析表明采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。另外,公式计算结果与实测模型试验进行对比分析,主动土压力分布曲线吻合良好。     

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。     

黄土结构性对挡土墙土压力的影响分析

天然黄土一般具有结构性,结构性的存在使得土体在力学和变形特性等方面呈现出不同的变化规律。基于对黄土结构性的研究和真三轴试验,利用改制的平面应变仪,对黄土在平面应变条件下的应力应变规律及其结构性的影响进行了研究分析。提出了平面应变条件下结构性对黄土力学和变形特性影响的适用表达式。土压力计算是挡土墙设计中重要考虑的问题,将结构性引入其计算中,更加真实合理地反映墙体的受力状态。研究结果表明:在考虑土体的结构性影响时,墙后的主动土压力和墙底的被动土压力相比于不考虑时都有明显不同的变化。表现为总主动土压力变大,作用点下移;总被动土压力变小,作用点上移。     

鼓形变位模式下柔性挡土墙的主动土压力分布

针对鼓形变位模式的柔性挡土墙,采用库仑土压力理论的假设,挡土墙上的主动土压力假定由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿填土深度方向取典型水平薄层单元进行分析,分段建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了鼓形变位模式下,柔性挡土墙上的土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和有关实验结果进行了比较分析。结果表明,鼓形变位模式下,土压力合力与库仑土压力理论结果相等,土压力分布和合力作用点位置则明显不同;墙顶附近的土拱作用改变了土压力的分布,本文方法与前人实验得到的土压力均大致呈R形分布。最后,利用本文解,对土体内摩擦角、墙土摩擦角、土薄层单元间等效内摩擦角、墙体最大变位点深度等参数对挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的影响进行了分析。