有限土体刚性挡墙平动模式被动土压力试验研究

经典的库仑或朗肯土压力理论无法适用有限土体情况下的土压力问题。利用研制的土压力试验模型装置,进行了一组不同填土宽度的刚性挡墙平动模式室内模型试验,采用微型土压力盒量测从静止状态到被动极限状态的水平土压力分布的变化,利用颗粒图像测速技术研究土体内滑裂面发展规律。试验结果表明:半无限土体情况下的被动土压力大小、分布和合力作用点与库仑被动土压力较为接近。而有限宽度情况下移动挡墙上各深度的被动土压力值均大于库仑被动土压力,且土体宽度越窄,挡墙的被动极限位移有增大趋势,挡墙下部的被动土压力增大更明显,土压力分布的非线性程度愈高,被动土压力系数越大,被动土压力合力作用点明显往墙底移动。随着填土宽度的减小,填土表面的隆起愈明显,滑裂面的倾角略有增大。当移动挡墙达到或接近极限状态时,固定边界上的水平土压力随填土宽度的减小而逐渐增大,甚至接近库仑被动土压力。     

挡土墙被动土压力的滑移线解

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,并且假定它是各向同性的、均匀的以及不可压缩（膨胀）的理想连续介质。引进了应力奇点及其应力边界条件,建立了静定可解的极限平衡边值问题数学模型,而不必考虑土的应力–应变关系,采用滑移线法求解了墙后塑性区的滑移线场和应力场,进而求解了挡土墙被动土压力和滑裂面土反力。通过无量纲分析,提出了几何力学相似原理。数值分析表明,被动土压力的滑移线解一般总是小于或等于库仑解,经典朗肯土压力或满足非奇异条件的经典库仑土压力与滑移线解一致,Hencky第一定理和第二定理不具有普遍适用性。     

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。     

挡土墙土压力线性分布解

基于库仑理论的平面滑裂面假设,采用斜向条分法推导考虑滑裂面上填土的黏聚力、墙土间黏着力、均布超载条件下的黏性土主被动土压力合力及其作用点位置、土压力强度计算式,并给出临界破裂角的显式解答。分析结果表明:斜向条分法有效验证库仑理论假设土压力强度沿墙高线性分布的合理性,且现行经典朗肯和库仑土压力理论计算式皆为该公式在相应简化条件下的特例,对应用条分法计算土压力做了重要补充。     

刚性挡土墙非线性主动土压力分析

挡土墙后土压力分布受许多因素影响,多数情况下为曲线型。墙后土楔体达到极限平衡状态时,滑裂面形状一般也不是平面。作者运用条分法分析曲面滑裂面下墙背直立刚性挡土墙上主动土压力分布,并同库仑土压力计算结果进行比较。可以看出,库仑主动土压力偏小,只有当挡墙面光滑时,分布才为直线型。     

基于条分法理念的土压力计算

将库仑土压力假定与条分法相结合,采用与滑裂面相平行的微条对滑动楔体进行划分,并对微条进行受力分析,建立了平衡方程,推导了主、被动土压力计算公式。分析表明:土压力沿墙高线性分布,土压力大小与库仑理论的计算结果一致。     

基于CSA和薄层单元法主动土压力计算方法

土压力计算一直沿用经典朗肯和库仑士压力理论，所得土压力沿墙高呈三角形分布。而实际上认为挡土墙后土压力总是沿墙高呈三角形分布是不合理的，墙体位移量和形式不同，土压力分布将呈现不同的曲线形式，墙背与填土间的摩擦以及滑裂面的形状对土压力分布也有重要影响。假定挡土墙后土体潜在滑裂面由对数螺线滑动面和平面组合而成，根据挡土墙后土体薄层单元的平衡条件推导出粘性土层主动土压力的计算公式。通过在普通模拟退火算法中引入复合形法进行局部最优解搜索。得到了一种搜索性能更好的复合形模拟退火算法，并将其用于挡土墙后填土潜在最危险滑裂面搜索和相应的主动土压力计算，并给出了两个算例。其计算结果表明：与传统的朗肯和广义库仑土压力理论的计算结果相比，所提方法更符合实测结果。     

岩石基坑内的填土作用在地下室外墙上的土侧压力实用计算方法

挡土墙后的土侧压力必须按照挡土墙在土压力作用下的可能位移情况来区别对待。当挡土墙在土压力作用下有位移时,随着位移的增大,墙后土压力将逐渐减少,当位移达到一定数值时,土体内出现滑裂面,墙后填土达到主动极限平衡状态,此时作用在挡土墙上的土压力为主动土压力。     

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。     

有限宽度土体被动土压力及滑裂面试验研究

采用无黏性砂开展平动模式(T模式)、绕墙底转动模式(RB模式)、绕墙顶转动模式(RT模式)下有限宽度土体模型试验,利用微型土压力计测试了移动挡墙上的土压力,利用数字图像相关法分析土体变形图像得到了剪切应变(滑裂面)、水平和竖向位移等变形特征。结果表明:(1)T模式下,有限宽度土体滑裂面经过移动挡墙墙踵、固定挡墙墙顶,被动土压力值大于库仑被动土压力,位于挡墙下部H/3范围的土压力受B/H影响较大;(2)RB模式下,滑裂面呈现为以挡土墙顶为中心的多道弧线,弧线半径为H/3~H,被动土压力为“鼓”形分布,当B/H≤1.0时,受固定挡墙影响,滑裂面半径缩小;(3)RT模式下,滑裂面线型特征与T模式相似,被动土压力较大值位于挡墙下部,当B/H减少时,挡墙下部土压力值增大,土体滑裂面范围缩小;(4)不同被动变位模式下,土体位移均可形成大小不同的水平土拱、竖向土拱,土拱形状和大小与变位模式、B/H均密切相关,两土拱的外边缘与滑裂面曲线基本一致。     

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。     

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。     

墙后有限宽度无黏性土主动土压力试验研究

针对无黏性土体,开展了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动3种墙体主动变位模式情况下墙后有限宽度土体土压力试验。通过观察墙后不同宽度土体的破坏过程及对土压力的全程量测,对其破坏模式及土压力分布规律进行了探讨。试验结果表明,墙后有限宽度土体的破坏面为一连续曲面,随着墙后土体宽度的增加,土体破坏面逐渐向外侧偏移,最终趋于某一固定位置,但始终位于库仑破坏面内侧。土压力值监测表明,库仑土压力理论并不适用于有限宽度土体。当填土宽度为有限宽度时,土压力值小于库仑主动土压力值,其差距随土体宽度减小而逐渐增大。当墙体平动时,土压力值沿墙高先增大后减小;墙体绕墙底转动时土压力值则呈线性增长趋势;而当墙体绕墙顶转动时,在挡墙上部出现了明显的土拱效应。     

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...     

既有折线滑裂面下挡土墙主动土压力研究

基丁库伦上压力理论,采用平行滑裂面的微分单元法,推导Ⅲ以陡峻的折线型稳定岩石坡面为滑裂面下的捎土墙主动土压力合力大小、土压力分布、合力作用点位置计算式,对规范采用的以稳定岩石坡面为单一直线滑裂面下的挡土墙主动土压力计算式进行改进,算例分析表明：在折线滑裂面下,滑裂面的转折点高度与转角大小变化将使得土压力的计算结果增大;当折线滑裂面退变为直线滑裂面时,既有折线滑裂面下挡土墙主动土压力计算式可以简化为规范公式。     

三向应力作用下的Rankine被动土压力公式

基于Mohr-Coulomb理论推导的Rankine被动土压力计算公式,只考虑大小主应力的影响,没有考虑中间主应力的影响,而三向应力作用的双剪强度理论克服了Mohr-Coulomb屈服准则的不足,使被动土压力公式在三向应力作用下推导出来,更加符合实际,实例演算表明三向应力状态下的被动土压力值大于经典Rankine被动土压力值,计算结果用于设计更偏于安全。