Solution to active earth pressure of narrow cohesionless backfill against rigid retaining walls under translation mode

In urban construction, retaining walls are usually constructed adjacent to existing structures, and the width of the backfill is limited. In such cases, classical earth pressure theories, such as those by Coulomb or Rankine, are unsuitable. The active earth pressure acting on the retaining wall of a narrow backfill under the translation mode was explored in this study using a finite element limit analysis. The results show that due to the boundary conditions, reflective shear bands occur in the backfill when it is failing. The number of reflective shear bands is determined. Moreover, a theoretical method is proposed using the limit equilibrium method to estimate the active earth pressure acting on the retaining wall of the narrow backfill. The influence of the parameters on the failure mechanisms and the active earth pressure is also discussed.     

挡土墙主动土压力系数计算方法探讨

总结了由于假设条件不同、理论不同所得到的主动土压力系数的主要计算方法,对不同计算方法在适用条件、特点等方面进行了比较分析,提出了主动土压力系数计算中应注意的若干要点。     

计算柔性支挡结构主动土压力的简化方法

对于柔性支护挡土墙,在计算土压力时,宜考虑土压力作用点位置对其计算数值的影响。提出一个建立在Bishop法基础上的简化法。当土压力作用点位置为下三分点时,计算成果可无一例外地收敛到经典的库仑理论值。作用点位置为墙高中点时,经算例分析,主动土压力相应下三分点时的数值增加了15%左右。     

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。     

考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分布

假定挡土墙后土体小主应力拱为圆弧,考虑墙土摩擦角变化对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,分析表明,土拱形状与现有方法有明显差异,并得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解平动模式下的挡土墙主动土压力,给出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,并与库仑土压力理论、模型试验数据和已有方法进行比较分析。结果表明:挡土墙主动土压力强度与模型试验结果基本吻合;土压力合力与库仑土压力合力相等;但土压力合力作用点和土压力强度计算结果有明显差别。     

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。     

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。     

考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分析

基于朗肯土压力理论,推导了主动土压力系数的理论公式,并将其用于水平微分单元法,得到平动模式下主动土压力强度、合力及合力作用点的计算公式,并分析了内摩擦角及墙面摩擦角对土侧压力系数、土压力强度的影响,以期指导实践。     

关于加筋土挡土墙的拉筋设计计算的思考

通过加筋土挡土墙的一般设计计算方法所得的土压力与重力式挡土墙的土压力对比,指出其不合理的地方,提出了设计中应考虑的因素,以期促进加筋土挡土墙理论的研究。     

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。     

复杂条件下挡土墙主动土压力解析解

基于库仑理论的平面滑裂面假设,综合考虑填土具有黏聚力和内摩擦角、挡土墙墙背和填土面均倾斜、填土与墙背间具有摩擦和黏着力、填土浅表具有张拉裂缝和表面有连续均布超载的复杂情况,采用薄层单元法,导出了作用于挡土墙上的主动土压力的解析解,可适用于黏性和无黏性填土的复杂条件;且证明现行经典朗肯理论和库仑理论主动土压力是解析解相应简化假设下的特例。多个工程实例计算均表明,公式计算结果与实测主动土压力非线性分布曲线吻合良好,因而解析解对实际工程中主动土压力的计算精度是可靠的,具有推广应用价值。     

不同位移模式刚性挡墙主动土压力研究

假定挡墙后填土沿墙高任一点处侧压力与其水平位移成线性关系,将土体看作是一系列弹簧和理想刚塑体的组合体。在此基础上,分析了挡墙位移模式,改进了Coulomb理论,提出了不同位移模式下刚性挡墙主动土压力非线性分布计算方法。该方法计算合力大小和Coulomb理论计算相等,主动土压力分布和合力作用点位置随挡墙位移模式变化而不同,计算结果和实测结果吻合较好。该方法对刚性挡墙土压力计算具有理论价值。     

挡土墙土压力研究的错误倾向

针对目前挡土墙土压力研究的错误舆论倾向和学术影响普遍问题,以澄清挡土墙土场中土拱及土拱效应基本力学概念为切入点,剖析沿主应力轨迹线建立的侧土压力系数随墙壁摩擦角的变化规律与经典库仑土压力系数规律悖逆,指出两者的差异越大水平土压力分布曲线影响越大,这种差异的存在正是主应力土拱计算法自认为的土拱效应,也正是其最大的谬误所在。根据微分层平衡条件导出的水平土压力分布计算公式数学原理,揭示了只要采用此方法又得出土压力为曲线分布的任何理论,必然是悖逆经典土压力理论且存在前后土压力系数自相矛盾的谬论。     

柔性挡墙的主动土压力计算及分布研究

已有研究表明,柔性挡墙在不同位移量和位移模式下,主动土压力的大小和分布均发生变化,其分布也与刚性挡墙有明显区别。在前人室内试验和数值模拟结果的基础上,建立了考虑位移变化效应的柔性挡墙土压力计算模型,采用中间状态系数来统一反映挡墙位移模式和位移量的影响,提出了任意位移柔性挡墙主动土压力合力系数的计算公式;在求得合力基础上,将土体简化为非线性弹簧和刚塑性体的组合体,提出了任意位移下的土压力分布和合力作用点高度的计算方法。以前人模型试验为算例,将本文方法与试验结果、已有理论方法的对比表明,本文方法得到的土压力分布与试验值更接近。研究还发现,随着柔性挡墙位移量的增大,土压力合力逐渐减小,土压力分布的非线性程度逐渐增大;合力作用点位置随挡墙位移形态的变化而改变;在典型鼓胀形变位模式下,土压力呈R形分布。     

挡土墙非极限状态主动土压力分布

改进库仑极限平衡理论,用于非极限状态主动土压力的研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的滑动楔体所产生。在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上力的平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力基本方程,并结合整个滑楔体的力矩平衡条件,由此得到对应不同内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解刚性挡土墙平移模式下非极限状态主动土压力,得到挡土墙土压力和合力作用点的理论公式。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比较。另外,通过探讨位移比对挡土墙倾覆力矩的影响,认为采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙主动非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。     

考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布

利用汶川地震丰富的近场实震资料,分析总结了地震作用下挡墙的变形破坏模式,指出挡墙的变形模式与地基基础关系最为密切。位于岩质地基上的挡墙主要发生倾斜变形,位于土质地基上的挡墙则主要发生推移变形。在此基础上,基于温克勒地基模型,将土体看做是一系列弹簧和理想刚塑性体的组合体,分析得到了不同变形模式下挡墙地震土压力及其合力作用点的计算方法。结果表明：不同变形模式下挡墙的地震土压力分布特征各异,除平移模式外,其余变形模式下挡墙地震土压力随深度都呈非线性分布;位于岩质地基上的挡墙发生变形后地震土压力的合力作用点要比土质地基上的挡墙高。通过开展位于岩质地基和土质地基上挡墙的振动台模型试验,对文中提出的挡墙地震土压力计算方法进行了验证,发现试验结果和理论分析结果较相吻合。     

A method for active seismic earth thrusts of granular backfill acting on cantilever retaining walls

The failure mechanism plays an important role in the active seismic earth thrusts acting on cantilever retaining walls. Cantilever retaining walls can be classified as having a long heel or a short heel based on the intersection between the stem of the retaining wall and the failure surface. In the literature, different seismic earth thrust calculation methods have been suggested considering the long heel or the short heel cases. However, no unique study has been done that is applicable to walls with either a long heel or a short heel. The aim of this study is to suggest a new active seismic earth thrust calculation method for granular soils which is applicable to retaining walls with either a short heel or a long heel using a pseudo-static approach. Three different earth thrusts are considered to be acting on three different parts of a wall backface. Each thrust is derived in terms of the parameters defining the wall geometry, the soil properties and the seismic activity. The thrust coefficients are determined by maximizing the sum of the horizontal components of the earth thrusts. An algorithm is developed and coded for this aim. The results of the suggested method are compared with those of other conventional methods and an experimental study.     

挡土墙后粘性填土的主动土压力计算

根据库伦土压力的计算原理,从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发,推导出了计算粘性土或无粘性土主动土压力的公式。该公式适用于均布荷载作用于挡土墙后任意位置。对重力式挡土墙设计中土压力的计算具有一定参考价值。     

刚性挡土墙平移时的土压力计算模型

用指数函数描述了在挡土墙平移时作用于挡土结构上的土压力与墙体位移之间的相互关系,建立了不同位移情况下挡土结构处于非极限状态时,挡土墙墙后土体施加于挡土墙上的土压力计算模型,从而促进土压力的研究。     

挡土墙背填土地表变形与侧土压力研究

应用ABAQUS有限元法分析软件,在仿真挡土墙平移模式下,研究水平式填土之主动或被动情况的行为。高透水性砂质填土考虑为弹塑性材料,以莫尔–库仑破坏准则作为屈服函数,且符合关联流动法则,挡土墙则为垂直钢筋混凝土型式。在挡土墙平移各历程阶段,研究挡土墙背水平向侧土压力、挡土墙背水平向侧土压合力作用点与倾覆力矩和填土地表变形轮廓等之关系,并就填土地表急剧区间与经典库仑理论平面滑动面位置作比较探讨。