克列恩空间土压力计算理论的双剪统一解

采用双剪统一强度理论,导出了克列恩法土压力空间计算理论的双剪统一解,空间土压力随统一强度理论参数b值的增大而减小.所给出的解可以灵活适用于各种不同特性材料空间土压力的计算.应用双剪统一强度参数公式可以求算不同b值所对应的土体的强度参数,该值同时包含了主应力1σ、2σ和3σ对材料强度的贡献,并可将与平面问题对应的常规土工试验方法所测得的强度指标c0、0φ换算为空间问题所需的强度指标ci、iφ.统一解可以更好地发挥挡土墙填料的强度潜力,工程应用可获得明显的经济效益.     

基于双剪统一强度理论的刚性结构物竖直土压力计算

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力的影响,对沟内埋管的竖直土压力进行计算,得到了刚性结构物的竖直土压力的统一解。该统一解具有普遍性,既适用于拉压强度不同的材料,也适用于拉压强度相同的材料。计算结果表明,当拉压比一定时,随着填土厚度的加深,竖直土压力随着中间主应力系数的增大而减小,即沟壁向上的摩阻力对管顶上土压力的卸荷作用更加明显。应用双剪统一强度理论可以得出更符合土体性质的竖直土压力,可以更好地发挥材料的强度潜能,使其在工程应用中取得显著的经济效益。     

考虑中间主应力影响的主动土压力计算

在平面应变条件下,分别推导了松冈元-中井照夫破坏准则、Lade-Duncan破坏准则和俞茂宏双剪统一强度准则的表达形式,并将平面应变条件下和常规三轴压缩条件下的土体抗剪强度指标联系起来.在此基础上,得到了考虑中间主应力影响的主动土压力计算公式.计算表明,只要填土的内摩擦角大于0,考虑中间主应力影响的主动土压力值都小于Rankine主动土压力值,但不同的破坏准则,其计算结果相差较大.     

广义双τ2强度理论在土压力计算中的应用

为了验证土压力计算公式的可行性,基于广义双τ²强度理论,推导了粘性土的主动土压力与被动土压力计算公式,运用三向应力计算公式克服了Mohr Coulomb屈服准则的不足,使土压力计算更符合实际.以一工程实例进行计算,并与朗肯土压力理论、双剪强度理论结果进行对比,结果显示,基于广义双τ²强度理论计算的主动土压力能充分考虑土体的粘性,克服了朗肯主动土压力值偏大的缺点;被动土压力计算中考虑了土体的屈服变形,所得结果比其他方法的计算结果小,但可直接应用于工程不需考虑变形较大时的被动土压力折减.此外,探讨了中间主应力系数对土压力的影响.研究结果对复杂应力状态下土压力的计算和挡土墙的设计具有参考价值.     

太沙基地基极限承载力的三剪应力统一强度理论解

以往对地基极限承载力的研究通常基于Mohr-Coulomb强度准则,但此理论未考虑中间主应力的作用,所计算的地基承载力值偏保守.本文考虑三个主剪应力的效应,得出了基于三剪应力统一强度理论的太沙基地基极限承载力解,通过算例对比分析了基于Mohr-Coulomb理论、双剪强度理论、双剪统一强度理论及三剪应力统一强度理论的地基极限承载力值,并利用MATLAB软件生成了参数b、c与承载力q_u之间的关系图.本文的理论解包含了基于前三种理论的地基承载力解,可以将材料的潜力发挥的更大.     

考虑中间主应力的非饱和土刚性挡墙抗倾覆稳定性

现有基于Mohr-Coulomb强度准则的饱和土基坑挡墙抗倾覆设计过于保守,本文基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑土体强度的非饱和特性与中间主应力效应,推导了满足不同抗倾覆稳定系数的刚性挡墙埋置深度方程,并探讨了中间主应力、基质吸力和稳定系数对埋置深度的影响特性。推求的闭合解为有序新解答的集合,可供不同类型和特点的基坑工程选择与优化。结果表明,中间主应力和基质吸力对埋置深度有影响,表现在随中间主应力效应和基质吸力的增加,埋置深度相应减小且显著;挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,稳定系数越大对应要求的埋置深度越大,且埋置深度也与基坑开挖深度相关。研究成果为非饱和土基坑挡墙工作性能和安全储备的分析与评价提供了理论基础。     

非饱和土广义有效应力三剪强度准则及验证

基于非饱和土广义有效应力原理和三剪强度准则,用广义有效应力对三剪强度准则中的有效应力进行替换,推导得到新的基于广义有效应力的非饱和土三剪强度准则。根据新准则的表达式画出它在π平面上的极限线和p′-q平面上的子午线,并对其极限线和子午线进行特征分析,得到它的外凸型π平面极限线和非外凸型π极限线分界b0值。分析不同的中间主应力影响系数、净平均主应力、饱和度和基质吸力对π平面极限线的影响。新准则不仅能考虑中间主应力影响效应,还能考虑拉压不等效应,它是一系列准则的统一表达形式。当中间主应力影响系数取不同的值时就成为不同的准则,可以向其他准则作非线性逼近。最后为了确定所得到的新的非饱和土强度准则是否正确,采用文献结果验证的方法。验证表明新的基于广义有效应力的三剪强度准则计算结果能够很好地预测文献中的试验结果。     

考虑渗流效应的盾构始发井土压力研究

采用统一强度理论推导出极限状态条件下考虑渗流效应的土压力计算公式,引入了中主应力对土压力的影响参数b,提出了与各土层物理力学参数相关的系数ξ,研究了某盾构始发井围护工程土压力的分布特征.结果表明:影响参数b不同,中主应力对土压力的计算结果影响程度不同,b值愈大,主动土压力pa愈小,引起土压力值的最大差异可达18%;渗流效应对地下连续墙侧的水土压力影响较大,与未考虑渗流的计算结果相比,最大差异可达20%;系数ξ与土层的水力梯度相关,其计算多层土时的水压力分布呈非线性,得到的总压力值更接近实际情况.     

填土含水率对挡土墙土压力影响的实验分析

填土的含水率对土体抗剪强度指标有重要影响,进而影响到土压力的计算,从而影响到挡土墙的稳定性能。本文在前人研究含水率对非饱和性填土抗剪强度参数影响的研究基础上,利用ZJ型直剪仪对土样进行剪切试验,结合强度理论相关知识得出了抗剪强度参数C和φ,继而对实验结果进行数值模拟确定了含水率影响C和φ的影响系数,得出拟合优度良好的含水率粘聚力、含水率内摩擦角的关系式。在对土样利用万能试验机进行加压试验时,保持土样颗粒级配及填土的密实度基本一致,仅改变填土的含水率,研究了不同含水率的填土对挡土墙性能的影响。实验中发现,随着实验加压力的增大,填土的可压缩性与填土含水率呈现非线性关系。可压缩性首先随着含水率增大而增大,当含水率达到某一值可压缩性又有所下降。实验最后根据朗肯理论计算填土各种含水率状态下挡土墙所受到的土压力,对结果进行数值模拟得出含水率主动土压力、含水率被动土压力之间的关系式。     

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.     

悬臂式挡土墙地震主动土压力拟动力分析

地震作用下悬臂式挡土墙主动土压力的计算十分重要。为了分析悬臂式挡土墙在地震荷载作用下主动土压力分布情况,基于滑楔体平衡理论,考虑水平、竖向地震力随时间变化对地震主动土压力的影响,运用拟动力学方法,推导出地震主动土压力、第二临界破裂角的计算公式,并研究挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、墙体倾角等参数对地震主动土压力系数和临界破裂角的影响。研究结果表明:第二临界破裂角随竖向地震力系数、挡土墙后方填土内摩擦角的增大而增大,随水平地震力系数、挡土墙与后方填土摩擦角的增大而减小;地震主动土压力随水平、竖向地震力系数的增大而增大,随挡土墙后方填土内摩擦角的增大而减小。     

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.     

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.     

地震作用下挡土墙主动土压力分布

在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的水平力、竖向力及地震力,建立挡土墙主动土压力基本方程,结合滑楔体力矩平衡条件,得到对应不同地震系数的侧压力系数,将其用于水平微分单元法,得到了地震荷载作用下挡土墙主动土压力理论公式.分析地震系数对土侧压力系数和土压力的影响,结果表明,土侧压力系数随水平地震系数增加而增大;当竖向地震系数小于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而减小,当竖向地震系数大于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而增大;随着竖向地震系数的增大,水平土压力强度最大值逐渐减小,随着水平地震系数的增大,水平土压力强度最大值先递减后增大;随着竖向及水平地震系数的增大,水平土压力最大值位置向墙顶方向移动,靠近墙底处土压力强度相对减小,靠近墙顶处土压力强度相对增大.     

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。     

饱和填土稳定渗流条件下动主动土压力计算

地震力和地下水渗流共同作用条件下的饱和填土土压力的计算问题是土力学中土压力课题研究的热点和难点所在。对地下水渗流流线为竖直向下的稳定渗流（问题1）和流线弯曲、地下水从挡土墙排出的稳定渗流（问题2）2种简化状态,基于拟静力法和库仑土压力理论,建立了动主动土压力的计算公式。通过和前人研究的对比分析,验证了该计算公式的可靠性,讨论了填土内摩擦角对动主动土压力的影响。结果表明,总动主动土压力随填土有效内摩擦角的增大均呈非线性减小变化,且问题2的总主动土压力随有效内摩擦角增大的减小变化更显著。     

刚性挡土墙地震主动土压力的非线性分布

以Mononobe-Okabe假定为前提,利用水平层分析法,建立了地震荷载作用下刚性挡土墙平移模式下的主动土压力强度的一阶微分方程,并求得非线性分布解.所得合力公式与Mononobe-Okabe公式完全相同.分析结果表明,地震系数对土压力强度分布有很大影响.另外,通过探讨填土的内摩擦角、墙背的摩擦角以及地震系数对主动土压力合力作用点高度的影响,认为Mononobe-Okabe理论对于平移模式下刚性挡土墙的抗倾覆稳定性是偏于危险的.     

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。     

刚性挡土墙地震主动土压力的拟动力学分析

采用拟动力学方法的基本假定,考虑地震加速度的放大效应,利用水平层分析法,求得在地震荷载作用下随地震时间变化的主动土压力强度的分布解.将最危险滑动面倾角和合力作用点高度与传统方法进行比较,分析合力作用点时程曲线的特征,探讨水平加速度系数及加速度放大系数对土压力分布的影响.结果表明：采用该方法计算得到的滑动面倾角和合力作用点高度大于传统方法计算值;合力作用点高度在地震时是不断变化的;水平地震加速度系数及加速度放大系数均对土压力分布有很大影响,不考虑加速度的放大效应是偏于危险的.