一种包含库仑和朗肯理论的土压力计算方法

基于库仑理论的平面滑裂面假设,考虑滑裂面上填土黏聚力及填土与挡土墙墙背接触面上的黏着力,推导出了黏性土或无黏性土的土压力关于破裂面倾角的计算表达式,并在经典朗肯和库仑土压力条件下,将公式退化对比,表明此方法涵盖了经典朗肯和库仑土压力理论.运用计算机程序绘制了土压力关于滑裂面倾角的函数图,可以容易地确定土压力的极限值,并求得相应的滑裂面倾角.通过算例比较各类土压力方法的计算结果,表明本文方法应用范围广,精度可靠,易于在工程中推广应用.     

地震荷载作用下双层填土的主动土压力计算

针对挡土墙后为成层黏性填土的情况,提出一种地震土压力计算方法.在Mononobe-Okabe理论的基本假定下,考虑了填土黏聚力及墙土接触面上的黏着力,推导出双层填土的地震主动土压力计算表达式.在单层无黏性填土条件下,该公式可以退化为Mononobe-Okabe公式.参数分析结果表明:地震主动土压力随水平地震加速度的增大而增大,随竖向地震加速度的增大而减小;水平向和竖向地震荷载对土压力值的影响显著.算例分析结果表明原有的分层法计算得到的地震土压力值是偏大的.     

无粘性土的地震主动土压力水平层法改进

为了研究主应力偏转对土压力的影响,基于拟静力法,考虑平移模式下挡土墙墙后土体的主应力偏转和土层间的水平剪力,改进水平层分析法,根据应力状态和静力平衡条件建立基本方程组,通过迭代搜索程序进行求解,计算得出滑裂面形状、地震主动土压力分布、土压力系数和合力作用点,并对其进行参数讨论．结果表明:对于无粘性土,搜索得到的滑裂面曲线形状近似直线,故简化计算时,采用平面滑裂面的假设比较合理;填土内摩擦角和水平地震作用对土压力分布的影响较大,墙土摩擦角和竖向地震作用影响相对较小．与传统拟静力法对比,两种方法所得的土压力分布基本吻合,但是,改进水平层法所得的曲线呈现非线性变化趋势．     

粘性成层填土的主动土压力

为了考虑填土凝聚力及其与挡土墙墙背接触面上粘着力计算粘性成层填土挡墙的土压力,假设滑裂面为平面,运用数学、力学手段,推得了粘性成层填土挡墙的主动土压力计算公式,编制了相应的计算程序,进行了算例分析.结果表明:考虑与不考虑滑裂面上的凝聚力c及墙背上的粘着力cw,计算结果差异较大,该差异随着c、cw的增大而增大;公式精度可靠,应用方便.     

层状填土的主动土压力计算

假定滑裂面为通过墙踵的折线,将水平层分析法推广到填土分层的挡土墙的土压力计算中,合理地解释了墙背不光滑时主动土压力分布的非线性特点.在平移模式下,水平层分析方法可得到和库仑理论基本一致的主动土压力合力,但是得到的倾覆力矩大于按库仑理论得到的结果,而且合力作用点明显高于库仑理论的结果,这说明库伦理论高估了平移模式下挡土墙的抗倾覆稳定性.另外,理论分析表明墙后上软下硬的填土方案要优于上硬下软的填土方案.     

挡土墙墙后土体应力状态及土压力分布研究

为了考虑在平移模式下刚性挡土墙墙后土体主应力偏转和水平土层间的剪应力作用,对墙后滑裂土体的应力状态进行了详细分析.考虑各土层滑裂面水平倾角的变化,对水平层单元法改进,建立了逐层渐近计算法.将墙面、滑裂面的应力状态与墙后滑裂土体的水平土层的静力平衡相结合,建立了水平土层竖向应力、挡土墙土压力、合力及其作用位置的计算公式.计算结果表明,挡土墙主动土压力分布与模型试验结果基本一致;计算得到的滑裂面为一曲面,其顶宽比库仑理论滑裂面小,与试验结果相吻合.     

无黏性有限土体主动破坏及土压力离散元分析

建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论,在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土,采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究,分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明,墙体光滑情况下,滑裂带呈直线,墙后填土宽高比较小时,可以观察到滑裂带的反射,墙后土体呈多折线破坏模式,滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等,且与土体宽高比无关,水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下,滑裂带呈曲线,反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱,滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小,最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时,存在一临界宽高比,当墙后土体宽高比小于此值时,主动土压力随宽高比增大而增大,大于此值时,主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否,墙后土体宽高比越小,达到极限状态所需墙体位移均越小。     

挡土墙后土体拱效应分析

考虑墙土摩擦角对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,对小主应力拱形状进行了理论分析.根据土拱形状计算平均竖直应力,由此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挡土墙主动土压力,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,并与库仑土压力理论和模型试验数据进行了比较分析.结果表明,挡土墙主动土压力强度为非线性分布,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.     

层状填土的主动土压力的理论研究与计算分析

基于水平层分析法,考虑墙后分层填土的滑动变形协调条件,建立了关于墙后分层填土的挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并于库仑理论公式进行了比较分析.     

绕墙底向外转动刚性挡土墙的土压力计算

针对绕墙底向外转动的刚性挡土墙，提出了一种简单可行的土压力计算方法。根据墙后土体的渐进破坏机理，建立了填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的发挥与土体位移的非线性关系，其中土体初始内摩擦角根据初始应力条件确定。采用改进的库仑主动土压力公式计算各转角下的土压力分布，得到了土压力合力大小及合力作用点的计算公式。算例分析表明，在不同转角下土压力强度、合力大小以及作用点的计算值与实测值接近，表明该计算方法可用于绕墙底向外转动位移模式下挡土墙的设计及验算。     

既有地下室外墙影响下的挡土结构非极限主动土压力

针对挡土结构土压力与位移之间的关系,提出一种适用于既有地下室外墙影响下的挡土结构非极限主动土压力计算方法。基于卸荷路径推导了土体力学参数与位移关系和考虑土拱效应下的非极限主动土压力系数,运用应力状态法和静力平衡法给出了既有地下室外墙影响下的非极限主动土压力统一解,通过与室内相关模拟试验对比,采用应力状态法得到的结果较静力平衡法更接近于实际。基于挡土结构非极限主动土压力变化规律,讨论了位移比、两墙间距、墙土摩擦角、黏聚力等参数对土压力分布、合力及倾覆力矩的影响,揭示了其变化规律。通过与物理实验和算例与理论计算方法所得土压力和力矩的对比表明,所建立的计算方法合理可行,为进一步研究挡土结构非极限主动土压力理论计算提供了一定的依据。     

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。     

含柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法

在刚性挡土墙与填土之间设置柔性垫层能减小作用于挡土墙的土压力,但目前仍缺乏针对设置聚苯乙烯土工泡沫（EPS）柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。将EPS柔性垫层的压缩量视为墙后填土的位移量,考虑挡土墙后土拱效应,基于挡土墙土压力-位移的关系曲线,引入迭代法进行收敛计算,得到设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。该计算方法的优势是可在EPS柔性垫层压缩量未知的情况下求解土压力,即可应用工程设计阶段。建立FLAC3D有限差分数值模型,对推导的理论解进行验证,并对EPS柔性垫层减载效果进行分析。结果表明：基于土压力-位移关系曲线并采用迭代法得出的墙后设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力理论解具有较好的合理性。在EPS柔性垫层弹性模量不变的情况下,EPS柔性垫层减小土压力的效果随着EPS柔性垫层厚度的增加而增强;在EPS柔性垫层厚度一定的情况下,随着EPS柔性垫层弹性模量的增加,其减小土压力的效果逐渐减弱。     

基于改进拟动力法的主动土压力分析研究

地震条件下土压力的获取在目前的研究中通常采用拟动力方法,此方法往往忽略了后填土介质的粘弹特性及自由表面零应力这个边界条件。为了弥补现有拟动力方法的不足,考虑地震波传播介质的粘弹特性,改进原有的拟动力法;进而推求含有超载角的倾斜挡墙的主动土压力及其临界破坏时的破裂角计算公式,分析了超载角、地震力系数等参数对临界破裂角及主动土压力系数的影响。结果表明:临界破裂角随竖直地震力系数的增大而增大;水平地震力系数、超载角、内摩擦角以及挡土墙倾角对挡土墙设计影响大。     

柔性桩黏性土的非极限主动土压力

以柔性桩支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑桩后土拱效应、非极限状态下桩土内摩擦角和黏聚力发挥值、桩后土体内摩擦角和黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索桩后土体潜在滑动面,推导柔性桩黏性土的非极限主动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,本文计算方法计算得到的主动土压力大于Rankine计算值,合力作用位置高于Rankine计算值,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

考虑平动位移效应的刚性挡土墙土压力理论

针对平动模式下的刚性挡土墙,研究了考虑平动位移效应的非极限状态土压力计算理论.考虑墙体平动位移对墙后填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的影响,建立了内外摩擦角与位移之间的关系公式.对平动未达到极限位移的挡土墙,结合位移与摩擦角之间的关系,分析了最不利情况下墙后土楔的受力情况,得到考虑位移效应的非极限状态土压力计算公式.通过比较,发现理论公式计算结果与模型试验结果较吻合.