考虑土拱效应的挡土墙地震土压力及其分布

以Mononobe-Okabe理论的基本假设为前提,采用水平层分析法建立了地震作用下主动土压力强度的一阶微分方程,得到了土压力分布、合力及合力作用点的理论公式,并与不考虑土拱效应影响的计算方法和模型试验数据进行了比较.结果表明,所得合力公式与Mononobe-Okabe公式吻合;地震影响系数对土压力强度分布影响较大,合力作用点高于墙高1/3,并随地震系数的增大逐渐提升;土拱效应对合力作用点的位置影响较大,在墙土接触面较粗糙时应考虑土拱效应的影响.     

平移模式下刚性挡土墙三维被动土压力分布研究

针对实际工程中挡土结构物长高比较小时,挡土墙被动土压力分布具有明显的三维空间效应,采用二维被动土压力的计算方法研究挡土墙上被动土压力的分布不合理,研究了平移模式下刚性挡土墙上三维被动土压力分布情况。首先建立无粘性土体中有限宽深比刚性挡土墙有限单元分析模型,在平移模式下,当墙后土体到达极限状态时,研究挡土墙水平被动土压力的分布规律。结果表明,挡土墙水平被动土压力沿挡土墙宽度方向和深度方向均为非线性分布;挡土墙宽深比不会对三维被动土压力的分布方式、分布值大小及分布值的增长趋势产生影响;内摩擦角和墙土接触面摩擦角比值会对三维被动土压力的分布方式、分布值大小及分布值的增长趋势产生影响。研究成果可为工程设计和三维被动土压力理论计算提供数值依据。     

基于地震动土压力非线性分布的集中参数法研究

为简化结构与土体之间接触面的相互作用,提出采用集中参数法进行分析,即在满足Mononobe-Okabe理论基本假设的前提下,给出了在有土体表面均布荷载作用下地震加速度沿挡土墙高度均匀与线性分布的地震动土压力非线性分布,类比水体附加质量原理,推导了基于给出的地震作用下非线性动土压力分布的附加质量计算公式,给出了土体附加刚度在集中参数中的模拟,并进行了算例验证。结果表明,采用集中参数法模拟在地震作用下土体对挡土结构的作用简便、有效、实用。     

基于Bishop条分法的挡土墙墙后粘性土土压力计算

针对经典朗肯、库仑土压力理论公式适用范围相对有限的问题,基于土压力理论与土坡稳定计算理论间的联系,在库仑理论的平面滑裂面假设条件下,采用微分单元化后的Bishop条分法,通过建立微元土条的水平、竖向受力平衡方程,推导出均布超载条件下的粘性土主被动土压力计算式,并给出临界破裂角的显式解答。相应简化条件下,该公式能简化为经典朗肯和库仑理论计算公式。算例分析结果表明,该公式理论计算值与试验实测值基本吻合,初步验证了公式的合理性;由于未考虑粘性填土开裂问题,现行规范方法得到的主动土压力偏小。     

库伦土压力合力作用点高度解析解

鉴于库伦土压力合力作用点高度的确定目前仍存在诸多争议,基于库伦理论的平面滑裂面假设,采用散粒体极限平衡方程研究了滑裂面上土体反力的分布及合力作用点位置,在此基础上通过建立滑动楔体的整体力矩平衡方程,推导出库伦土压力合力及其作用点高度解析式,分析了墙背倾角、填土坡角、土体内摩擦角及墙土间摩擦角对合力作用点高度的影响,并通过算例进行了验证。结果表明,库伦土压力合力作用点高度解析解考虑了挡墙和填土参数变化时墙后滑动楔体的力和力矩平衡,能够反映出土压力合力作用点高度的变化规律,与实测值相比误差较小,对库伦理论作了必要补充。     

弱膨胀土加筋挡土墙现场试验研究

结合某变电站基础工程,对膨胀土加筋挡土墙开展了一系列的现场试验研究。结果表明：在填筑高度较小的情况下,墙背土压力增加较快,实测竖向土压力大于γh,土压力系数逐渐增大;而随着填土高度的增大,实测竖向土压力逐渐收敛并小于γh,土压力系数也逐渐降低。降雨导致竖向土压力和侧向土压力均降低,但土压力系数增大。大型膨胀土填土工程会产生较大的变形．且变形收敛速率缓慢。筋带的存在有效地抑制了挡土墙的侧向变形和竖向沉降。进而,根据实测结果认为加筋挡土墙是稳定的。     

加固护岸板桩土压力计算模型研究

为解决目前考虑位移土压力计算方法中参数不易准确取值的不足,在传统的双曲线土压力计算模型和邓肯-张本构模型推导方法的基础上,建立了加固护岸板桩土压力计算模型,提出了基于弹性半空间的Mindlin位移解的土体横向基床系数解析解法。算例分析结果表明,理论计算值与数值模拟值基本吻合,最大仅相差7.6%,从而验证了双曲线土压力计算模型及土体横向基床系数的解析解法合理、可行。     

长江水位下降及降雨条件下荆江河段岸坡渗流特性研究

为了研究荆江河段岸坡土体的渗流特性及失稳机理,对荆江中州子护岸工程段河岸土样做了渗透系数和土水特征曲线室内试验,并基于Van Genuchten模型对土水曲线的试验结果进行拟合。在获得土体水力参数的基础上,根据该河段岸坡二元结构土体的特点,基于饱和—非饱和渗流理论,探讨了水位下降及降雨条件下岸坡不同粘性土层厚度对岸坡渗流场的影响规律。结果表明,地下水的下降速率随粘性土层厚度的增加而减少;粉质粘土层厚度越大,降雨对岸坡孔压场的影响范围也越大,且在一定程度上增大了土体的暂态饱和区,不利于岸坡的稳定性。     

边坡下涵洞顶部垂直土压力三维数值计算

针对边坡下涵洞顶垂直土压力计算理论尚无系统研究的现状,为得到边坡下涵洞顶垂直土压力的变化规律,采用三维数值模拟计算方法,较为系统地研究了边坡下涵洞顶垂直土压力,以明确坡率、坡高、填土高度对洞顶土体垂直土压力的影响。结果表明,土压力系数均大于1,应力集中现象明显;土压力系数随填土高度的增加呈先增后减的趋势;随着坡高的增加,土压力系数呈非线性增大趋势,但在填土高度大于一定值后土压力系数趋于稳定;在一定填土高度范围内,坡率越大土压力系数越大,超过这个范围土压力系数差异很小。     

沉井侧壁土压力极大值临界深度及其影响因素分析

在分析现场实测资料的基础上,假定侧壁土压力极大值出现的临界深度,基于土拱效应原理,采用水平层分析方法,得到井壁处侧壁土压力系数及侧壁土压力计算式。根据沉井竖向平衡方程,反算出临界深度并分析了其影响因素。结果表明,随着沉井重量增加、土体内摩擦角增大,临界深度增大,即侧壁土压力极值点位置越偏下;随着井壁与土体外摩擦角增大、沉井高度增加,临界深度减小,即侧壁土压力极值点位置越偏上。该研究结果可有效指导沉井设计与施工。     

干湿循环对土体级配分形特性影响分析

为分析粗粒土受水体干湿循环作用时颗粒级配演化规律,采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布,引入颗粒质量-粒径分形模型计算粒径分形曲线(GFC)及分形维数(D),揭示了D随围压及干湿循环次数变化的规律,量化了干湿循环作用对粗粒土D的影响,并建立了计算方程。结果表明,等效替代缩尺法对GFC及D影响较小;制样及筛分过程导致D增大0.63%,室内试验方法引起粗粒土颗粒破碎效应不可忽略。低围压条件下(围压小于0.60MPa),D随围压增大及干湿循环次数增多而增大,剪切作用及水体干湿循环作用加剧了粗粒土颗粒破碎效应。所建粗粒土D计算模型为评价干湿循环对涉水工程填筑土体级配劣化效应提供了依据。     

水平力作用下框架码头桩侧向土压力的模型试验研究

为分析水平力作用下框架码头桩侧向土压力的分布规律,通过土质岸坡框架码头模型试验,分析了一定水深条件下在水平推力作用下桩前后侧向土压力沿深度方向、水平方向的分布规律,探讨了框架码头土体岸坡潜在滑动面的位置。结果表明,各桩的桩后侧向土压力比桩前侧向土压力大;同一根桩上,随着距桩底距离的增加,侧向土压力呈先增大后减小再增大的趋势;随着距坡顶水平距离的增加,桩后侧向土压力呈倒"~"变化趋势变化,桩前侧向土压力呈"~"趋势变化。这为工程实践中框架码头岸坡的受力变形特性提供了参考依据,具有一定的现实意义。     

土石坝分层液压夯实填筑压实特性研究

为探究液压夯实法加固土石坝的压实性能,基于动量守恒理论,设计开展分层液压夯实现场试验,研究分层液压夯实的压实特性,并优化工艺参数。研究结果表明,液压夯动应力沿深度按圆形均布荷载下地基附加应力分布,不同深度土体动应力随夯击次数增加而增大,至土体密实而趋于稳定;液压夯单次沉降量随夯击次数增加而减小,累计夯沉量随夯击次数增加逐渐增大并最终达到稳定值;液压夯主加固区为椭球形,增大单击夯击能可增加主加固区作用深度,提高土石坝有效压实深度;试验结果表明,土体初始干密度为1.79 g/cm³时,夯击能18、27、36 kJ最优夯击次数宜分别为6、6、9击,加固深度分别为1.9、2.1、2.3 m。研究成果可为工程实践提供参考。     

考虑支护结构位移影响的非极限土压力计算模型及应用

针对经典朗肯与库伦土压力理论不能计算有位移影响的土压力问题,通过分析土压力与位移的非线性关系,在支护结构发生任意位移的状态下,建立了土体松弛应力和挤压应力的似双曲正切函数模型,推导出考虑位移影响下的非极限土压力计算公式,并对模型的合理性进行了验证。实例应用结果表明,计算值与实测值吻合较好,模型合理、有效。     

半无限平面内非饱和土降雨入渗的水—力耦合数值分析

降雨入渗是非饱和土中水分迁移的重要因素。通过VG模型、渗流理论和弹性力学理论,推导出二维非饱土水—力耦合控制方程,利用COMSOL Multiphysics有限元软件对非饱和土渗流变形耦合控制方程组进行计算,研究了不同模型尺寸下土体中压力水头随时间的演化及变化规律,采用数值方法探索半无限非饱和土降雨入渗问题。结果表明,半无限渗流问题在一定条件下可作为有限尺寸的渗流问题;降雨入渗过程中水头水平向变化比竖向大;压力水头在非耦合情况下比耦合情况下入渗更快,但两者的压力水头分布无明显差异;降雨初期顶点位移就发生明显的变化。     

粘性土起动流速影响因素试验研究

由于粘性土颗粒间粘结力的作用,使得其具有较强的抗冲性和较高的起动流速,这对河势的演变造成一定的影响。为此,通过粘性土起动试验,分析了淤积固结过程中粘性土的物理参量变化情况,建立了干密度、粘粒含量(粒径)与起动流速之间的关系。结果表明,粘性土的粘聚力随含水率的增大而减小,相同含水率条件下,粘粒含量越高粘聚力越大;起动流速随干密度、粘粒含量的增大而增大,粘性土起动流速受中值粒径的影响,实质上与粘粒含量对起动流速的作用相同。在此基础上分析了粘性土起动流速影响因素,提出了起动流速经验公式。研究结果为进一步分析粘性土层对河势演变的影响奠定了基础。     

基于渗透破坏试验的粘土临界坡降影响因素分析

为分析粘土临界坡降的影响因素,以合肥某基坑土样为例,首先开展单一粒径级土体的渗透破坏试验,分析临界坡降随干密度和均值粒径的变化规律;其次,开展多粒径混合粘性土的渗透破坏试验,讨论在干密度一定时,不均匀系数、曲率系数对临界坡降的影响。结果表明,干密度对土体临界坡降影响最为显著,均值粒径次之,临界坡降随干密度三次方的增加而线性增加,随均值粒径的增加而线性减小,随孔隙率的增大而减小;不均匀系数对土体临界坡降影响较为显著,曲率系数次之,临界坡降随不均匀系数、曲率系数的增加而线性减小。     

含钙质砂无粘性土的渗透特性试验及经验模型

为进一步分析含钙质砂无粘性土的渗透特性,采用南海钙质砂与细颗粒石英粉作为试验材料配置试验土样,利用GDS高压三轴仪试验系统和常水头渗透仪,开展钙质砂含量、初始孔隙比和有效应力对无粘性土的渗透特性影响研究,并建立考虑有效应力的渗透系数经验模型。试验结果表明,钙质砂含量低于40%时,土颗粒结构为无粘性土基质,孔隙结构由细颗粒土决定;钙质砂土样结构为砂颗粒骨架结构,渗透系数量级显著增大;随有效应力的增加,试样渗透系数呈幂函数降低;建立含钙质砂无粘性土的渗透系数经验模型,模型参数与土样性质关系密切,计算值与试验值吻合度较好。研究结果可为工程实践提供参考。     

宽尾墩体型对高拱坝表孔最大压力的影响

宽尾墩应用于高拱坝表孔后会增大壁面压力,在一定程度上增加了结构设计难度,为探究表孔壁面最大压力与宽尾墩体型之间的关系,采用数值计算方法研究了宽尾墩收缩比、收缩率等体型参数对高拱坝表孔流道中心线及侧墙最大压力的影响。结果表明,堰面中线与侧墙最大压力均随收缩率的增大而增大,随收缩比的增大而减小;并推出表孔流道中线及侧墙最大压力与收缩率、收缩比之间的定量计算公式,从而为表孔宽尾墩的结构设计提供参考。     

仰斜式锚杆挡土墙三维有限元模拟分析

结合太原市煤气化城郊森林公园水源工程左岸公路仰斜式锚杆挡土墙结构设计方案,采用ANSYS软件生死单元模拟施工完建及浸水作用下的挡土墙—锚杆—土体—地基联合变形协调发展过程,并建立非线性分析模型,对挡土墙位移及内力、土压力和锚杆拉力进行分析。结果表明,土压力增大系数为1.94;挡土墙x方向应力在锚杆作用位置处为拉应力且沿作用点向四周逐渐减小,大致呈圆环状分布;挡土墙水平位移沿墙高分布呈抛物线状,沿墙长呈对称分布,且在同一高度最小位移出现在锚杆所在位置断面;锚杆轴力随杆长的分布呈"枣核"状。可为工程设计最优方案的选择提供参考依据。