砂土中挡墙不同变位模式主动土压力模型试验

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中土体作用于墙上的主动土压力进行模型试验研究。试验模拟了在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下挡墙土压力的变化,得到了墙背主动土压力的基本规律。试验观察发现,挡墙平移时,主动土压力呈重心下移的抛物线形,挡墙变位最大位移约0.002H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙趾转动时,主动土压力近似呈三角形分布,约0.0035H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙顶转动时,主动土压力呈上部大而下部小的抛物线形,约0.0025H时达到极限平衡状态。本文还将得到的主动土压力规律进行简化,得到了3种基本变位模式下的主动土压力简化图,对工程实践具有指导意义。     

不同位移模式下衡重式路肩墙离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式路肩挡土墙为原型,设计了墙体在平移(T)、绕墙趾转动(RB)、绕墙顶转动(RT)以及平移与绕墙趾转动复合形式(T+RB)4种位移模式的土工离心模型试验,讨论了挡墙位移模式对墙背土压力和路基填土变形的影响,分析了墙后不同深度土体进入主动状态的进程,试验表明:1位移模式对上墙土压力大小及分布形态基本无影响,但上墙浅层土体在挡墙位移与墙高比值小于0.3%~0.5%时,存在墙–土摩擦引起的土拱效应,使水平土压力系数增大;2由于衡重台的存在,对下墙距衡重台约1/3下墙高度范围的土压力有遮蔽作用,其结果是降低了土压力合力作用点位置;3位移模式对填土沉降有明显影响,在墙体位移最大值相同时,T位移模式的填土沉降明显大于RB和RT位移模式,而RT位移模式,衡重台向下偏转,促进了填土下沉,最终使其填土沉降大于相同位移面积的RB位移模式,也更容易使上墙出现第二破裂面。     

两种位移模式下挡墙主动土压力的离散元模拟

挡土墙位移模式是影响挡土墙土压力问题的关键因素之一,位移模式不同,土压力大小、分布也不同。文章用离散元软件PFC2D模拟了不同位移模式下墙后填土为砂土时挡墙土压力问题,分析了总土压力随位移变化情况,土压力分布情况及土体滑裂面形状、顶宽等问题。研究结果表明:土压力分布,大小与挡土墙位移模式有关,挡土墙背离土体平移即T模式下土压力分布呈线性、而绕墙底转动即RB模式下土压力基本呈线性分布,挡土墙位移较小时,土体便能达到主动极限状态;T模式下滑裂面为通过墙底的平面,而RB模式下滑裂面为未通过墙底的平面,T模式下滑裂面顶宽大于RB模式下相应值。     

有限宽度无黏性砂土悬臂排桩柔性挡墙被动土压力试验研究

针对无黏性砂土,采用自制模型设备,模拟悬臂式排桩等柔性挡墙前倾挠曲变形位移模式,开展有限宽度范围土体变形破坏特征及被动土压力分布规律的室内模型试验。试验结果表明,柔性挡墙后被动区土体滑动破裂面不通过墙踵而交于墙身,接近或达到被动极限状态时形成贯穿的连续曲面,墙后剪切滑裂面与墙土界面之间形成竖向土拱,活动挡墙与滑裂面底部夹角处部分土体被"楔紧"。随着水平位移增大,挡墙上部被动土压力增大较明显且在有限宽度范围内一直呈增大趋势,挡墙下部土压力较易达到稳定;随着宽高比增大,达到临界状态进入半无限状态时,被动区砂土土压力均趋于稳定。柔性挡墙被动土压力呈非线性分布,随着深度增加,被动土压力逐渐增大,然后快速减小,有限宽度内宽高比越小,被动土压力的峰值越大,相同宽高比条件下,挡墙嵌固深度越大,土压力峰值越大。     

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。     

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。     

基于模型不确定的挡墙土压力计算

基于模型不确定性土压力问题,从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了一般情况下土压力泛函极值等周模型,包含了主动和被动极限状态两种情况。通过引入坐标变换对土压力变分问题进行求解,得到了滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数,将土压力的求解进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数的极值问题。在函数Ф随作用点位置系数ξ的变化曲线中,可以找到一段Ф=0的水平直线段,此直线段即为合理作用点位置系数范围,由此可以确定对应的土压力范围。通过算例对主动和被动两种情况予以说明。计算表明,作用点位置系数存在上下界限值,且分别对应土压力最大值和最小值及对应的滑裂面。土压力的大小和作用点位置依赖于挡墙变位模式,作用点位置系数上下限处所对应的土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的土压力。通过本文提出的方法可以得到挡墙不同变位模式下,土压力大小和作用点位置的区间估计,以便为工程设计人员选用。     

疏排桩–土钉墙基坑支护中土钉墙加固效果试验研究

采用同济大学中型岩土离心机进行了5组疏排桩–土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验。离心机模型试验结果表明:组合支护结构中土钉能够显著提高桩间土体稳定性。土钉长度对疏排桩–土钉墙组合支护基坑稳定性、破坏模式以及桩间土拱效应影响显著。在本文研究的土性和基坑条件下,当土钉长度和基坑高度之比(L/H)为0.33时,桩间土拱效应明显,桩间土体滑裂面形态与疏排桩支护结构形似,当L/H为0.67时,桩间土拱效应不明显,滑裂面形态与土钉墙支护结构相似。随着土钉长度的增加,疏排桩–土钉墙组合支护基坑中的排桩内力逐渐减小。     

绕墙顶转动位移模式下黏性土挡土墙的被动土压力研究

以黏性土为研究对象,针对挡土墙在绕墙顶转动下的土拱效应进行研究。根据土拱曲线的土体应力状态,给出黏性土条件下的侧向被动土压力系数及层间摩擦系数求解公式。在上述两大系数基础上提出了变换方法,将其运用到薄层微分法中,给出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力分布解。试验结果表明,绕墙顶转动位移模式下挡土墙被动土压力与绕墙顶转动位移模式类似,也呈凹形曲线。随着土拱效应δ/φ的增大,被动土压力非线性分布加强。     

各向异性砂土主动土压力的离心模型试验研究

 利用新研制的土压力离心模型试验设备,通过土压力盒测量作用在挡土墙上的土压力分布,利用非接触图像测量系统(GIPS)测量土体位移,对各向异性的南京云母砂分别进行沉积面铅直和水平两个方向的土压力离心模型试验。通过对比试验得到的土压力分布与理论公式计算得到的各向同性砂土土压力分布,以及两种沉积方向的砂土的滑裂面位置,对各向异性砂土的土压力及土体变形破坏问题进行初步研究。结果表明：随着挡土墙向远离墙后填土方向运动的位移不断增大,作用在挡土墙上的土压力逐渐减小,墙后填土中各点的位移不断增大,在墙后土体中逐渐形成滑裂面。当挡土墙的位移量达到10－3H(H为试样模型高度)时,墙后填土达到主动极限平衡状态。受到片状云母颗粒排列方向的影响,沉积面铅直的土体滑裂面比沉积面水平的滑裂面略显平缓。     

不同位移模式下挡土墙的模型试验及数值模拟

 使用角钢和高强度的有机玻璃,结合按照原型比例设计的尺寸,自制挡土墙模型箱。测试挡土墙在不同运动状态下,墙后土体的水土压力分布,获得剪切带的细观参数。在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对砂土挡土墙进行离散元仿真模拟。研究不同位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT),以及2种组合位移模式：绕墙底以下某点转动(RBT)、绕墙顶以上某点转动(RTT)下挡土墙被动破坏机制。分析挡土墙运动过程中侧压力的变化、土体位移场和变形以及挡土墙到达一定位移时颗粒集合体内部的剪应变率分布。通过对比分析模型试验结果与数值模拟结果,结果表明,墙后土体水土压力的模拟结果与试验结果吻合很好,反映水土压力的分布规律。     

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。     

基于室内模型试验的锚拉式挡土墙力学特性研究

为了研究锚拉式挡土墙在非极限状态下土压力分布及墙体位移变化规律,从力学角度分析了锚拉式挡土墙的作用机理,并基于加筋原理揭示了设置锚杆具有提高墙背土体强度的作用。设计制作了室内模型试验装置,开展了一系列不同预应力水平、不同竖向荷载及二者耦合作用的室内试验。通过分析试验数据,得到了不同影响因素下的土压力合力变化规律及合力作用点位置。结果表明:锚拉式挡土墙由于锚杆的侧向约束作用,墙背土压力峰值出现在锚杆位置处; 分级施加竖向荷载,墙身呈现底部位移略大的平动模式(T模式)外倾; 分级施加锚杆预应力,墙身呈现底部位移略大的向外平动位移模式(T模式); 二者耦合作用下,墙体呈平动叠加绕墙底转动模式(T+RB模式)内倾,但位移量较小; 墙背土压力在预应力、竖向荷载及二者耦合作用下均介于静止土压力与被动土压力之间; 所得结论对工程实践具有指导意义。     

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。     

挡土墙被动土压力的库仑统一解

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,指出库仑土压力理论存在的一些缺陷,明确提出极限土压力是由墙后塑性土体产生,并假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,建立了更为完善的滑楔分析模型,求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙被动土压力、滑裂面土反力以及它们的分布。经典库仑和朗肯被动土压力为其特例。     

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...     

平移模式下挡墙非极限土压力计算方法

在考虑挡墙平动位移效应和内摩擦角折减系数的基础上,利用薄层斜条分法,提出墙后填土为无黏性土时挡墙非极限主动和被动土压力计算公式。为验证该方法的可行性,对平移模式下挡墙进行主动和被动土压力模型试验,并利用该方法对2个模型试验进行计算分析。试验及计算结果均表明:不同s/sc比值情况下,主动土压力随深度增加表现出先增大后减小的趋势,且在0.6H(H为挡土墙高度)位置与库仑土压力曲线出现交点;被动土压力沿深度非线性增大,但其值均小于库仑被动土压力值;主动土压力合力作用点位置均高于库仑土压力合力作用点,而被动土压力合力作用点位置均低于库伦土压力合力作用点,并且随着s/sc比值的提高差距越大。