车辆荷载对支护桩主动土压力的影响分析

通过现场车辆加载试验,测定加载过程中产生的加速度及桩后土压力,分析车辆的振动特性,得到了振动加速度随时间变化的关系式。进而基于极限平衡分析理论,得到了车辆荷载作用下桩后主动土压力的计算表达式,并讨论了水平振动加速度系数、土体内摩擦角、土体重度及桩–土外摩擦角对桩后主动土压力大小和分布的影响。结果表明:车辆行驶速度越大,引起的响应峰值加速度越大,产生的动土压力幅值越大。当车速相同,加载车辆与桩间距越大,产生的动土压力值越小。通过对文中车辆荷载作用下桩后主动土压力计算公式的验证,发现实测土压力值与理论分析结果吻合较好。因此,该土压力计算公式可作为车辆荷载作用下支护桩后主动土压力的计算依据。     

土压力和水土压力作用的极限平衡变分法研究及应用探讨

建立合理的理论模型是准确计算土体极限荷载(主动土压力和被动土压力)的基础。测试分析和研究表明，挡墙上作用的土体极限荷载随墙体的变位模式发生改变，现有计算方法通常是基于确定性模型，尚不能反映这个事实。如Coulomb(1776)平面滑动楔体模型，采用单一的数值描述作用在墙体上的土压力或水土压力。这种做法显然过于简化。另外，土体极限荷载的作用点位置问题也没有得到很好解决。由于挡土结构在设计时往往很难准确预估其墙体变位模式，对于其上作用的土体极限荷载，较为合理的做法是在一定的区间范围内，尽量包含墙体所有可能变位模式情况下结构所受到的作用力，以供工程设计人员选用。在对挡土结构上作用的土压力和水土压力研究历史及现状总结的基础上，本文提出的基于整体极限平衡变分法的土体极限荷载和水土压力计算模型，就是在这方面的尝试。以墙式挡土结构为例，进行了以下工作：     

悬臂式抗滑桩桩间挡板土压力的计算

土拱效应在悬臂式抗滑桩发挥支挡作用时起到关键作用。计算桩间挡板土压力时,需考虑桩后土拱效应,建立相应计算模型,得到桩间挡板土压力表达式,并分析不同参数变化时桩间挡板土压力的变化。     

抗滑桩桩间挡板土压力极限上限分析

悬臂式抗滑桩被广泛应用在边坡工程中。为阻止桩间土局部失稳,需在抗滑桩桩间设置挡板,因此,合理计算桩间挡板土压力对设计工作至关重要。为研究抗滑桩桩间挡板土压力问题,首先,以桩间潜在失稳土体为研究对象,依据实验现象建立桩间挡板土压力三维计算模型;然后,基于极限上限理论,计算桩间潜在失稳土体处于极限平衡状态时的外力做功功率和滑动面上的能量耗散,得到能量平衡方程式,推导出桩间挡板土压力表达式,并将理论分析结果与实验结果进行了对比;最后,通过参数分析,研究抗滑桩悬臂段高度、桩间净距、填土坡面倾角、土体黏聚力和内摩擦角变化时,挡板土压力的变化规律。结果表明:桩间挡板土压力随抗滑桩悬臂段高度、桩间净距和坡面倾角的增大而增大,随内摩擦角的增大而减小。     

基于能量理论的土钉支护结构地震主动土压力计算方法研究

地震作用下柔性支挡结构土压力的计算是个比较复杂的问题,其方法还不成熟且比较保守,为了能够比较准确合理地计算地震作用下土钉支护结构的主动土压力,以能量法和极限平衡法为基础,考虑土钉支护结构对地震土压力的影响,建立了滑动面为平面的地震主动土压力模型,推导了地震主动土压力的计算公式。结合工程实例,把公式与现有规范和方法的计算结果作比较,并进行参数分析,得到一些具有参考价值的结果。分析表明,公式计算的土压力值均比其它方法小,土钉的存在能够有效地减小地震作用下土体对支护结构的侧向压力,并使滑移面慢慢向墙后移动。通过算例验证,说明这种考虑土钉支护作用的计算方法更加合理,比较符合工程实际,为以后土钉支护结构的施工、优化和抗震设计提供参考。     

排桩支护的桩侧土压力计算

在无粘性土的排桩支护中,从桩间土拱形成机理出发,认为土拱区土体受到等值的法向力作用,在桩间土体自由区和土拱区土体达到极限强度的条件下,得出桩间土拱的拱形参数,拱高和土拱的厚度,同时在考虑土拱区土体强度增加的情况下,结合桩土接触面处的土体强度约束条件和几何条件,在确定的桩距和桩径条件下,分析桩侧的土压力,通过求出不同桩径桩距条件下的土压力,从中找出一个最小土压力的桩参数,这个桩参数就是设计的值,其土压力计算结果位于朗肯主动土压力和静止土压力之间,与实际值基本一致。由此确定了桩的参数和土压力大小。     

挡土结构侧土压力与水平位移关系的试验研究

目前挡土结构侧土压力计算方法中,一般未考虑挡土结构位移对土压力的影响。而控制挡土结构位移,使土体不能达互极限平衡状态,正是实际基坑工程中的常见情况。本文通过一定数量的室内模型试验研究,对不同挡土结构位移下,侧土压力由静止土压力逐步向主动土压力发展过程进行了测定,得出挡土结构位移和侧土压力强度值间的关系,提出了一种考虑挡土结构侧向位移的侧土压力简化计算方法。     

挡土墙上土压力的试验研究与数值分析

在土力学中,计算土体作用于结构上的作用力是一个古老的课题。经典的Coulomb和Rankine土压力理论,虽计算简单和力学概念明确,但也存在着两个明显的弱点:一是要求土体变形达到极限状态的临界条件;二是没有考虑挡墙变位方式的影响。再加上岩土工程的复杂性,土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算作出精确解答的问题。 通过模型试验和数值分析,对作用于刚性和柔性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。对于刚性挡墙,作者采用自制的模型箱,进行砂性填土被动土压力的模型试验,研究不同的挡墙变位方式对被动土压力大小及其分布规律的影响。挡墙采用的变位方式为:平移、绕墙顶上某点转动和绕墙底下某点转动。当同时考虑土体的力学特性和土与结构接触面上的变形特性时,作者用有限单元法对刚性挡土墙上的主动土压力和被动土压力进行分析研究,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元,接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型。研究不同的挡墙变位方式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。 对于柔性挡墙,以基坑工程的围护结构为例,采用考虑土体应力路径影响的非线性有限元法,分析了基坑工程中不同围护型式时作用在围     

考虑邻近地下室外墙侧压力影响的平动模式挡土墙主动土压力研究

 对于挡土墙距既有地下室很近,墙后填土宽度有限的情形,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙主动土压力是不严格的。通过有限元数值分析发现,当挡墙平动、填土达到主动极限状态时,无黏性土滑动土楔与邻近地下室外墙并未脱开,地下室外墙上全深度承受侧压力;随着填土宽高比n的不同,挡墙与地下室外墙间土体内将形成一道或多道滑裂面,且最靠近地表的滑裂面与挡墙或地下室外墙交点以上的土压力近似为库仑主动土压力。由此建立新的土压力计算模型,给出了挡墙主动土压力系数 和第一道滑裂面倾角 的求解方法,采用水平薄层单元法,得到了挡土墙主动土压力的分布以及合力作用点相对高度 的理论公式,并通过典型算例,与经典土压力理论、前人理论方法及有限元数值解进行对比。研究发现,挡土墙土压力为非线性的鼓形分布,当土体内摩擦角 和墙土摩擦角 取定值且 0°时, 随着n的增大而增大,而 和 随着n的增大而减小,当 时, 和 值与库仑解一致;当 0°时,不论n取何值, 和 值恒等于朗肯理论解,且 。     

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。     

地震荷载下重力式挡土墙的抗倾覆稳定性分析

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法推导了地震荷载作用下的主动土压力计算公式,并给出了地震土压力沿墙高的分布及土压力合力作用点的位置。在此基础上提出了重力式挡土墙的抗倾覆稳定性验算公式,为实际工程中挡土墙抗震设计提供了理论依据。稳定性分析结果表明,随着水平地震荷载的增大,抗倾覆稳定性显著降低。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

黏性土挡土墙在地震作用下被动土压力研究

在非地震主动土压力公式的基础上,用微分薄层法给出了地震条件下被动土压力公式,其中填土面倾斜、墙背倾斜、填土为c~土、墙背与填土间同时存在c~作用、墙后破裂体存在水平向和竖向的地震加速度,目前所见的地震情况下和非地震情况下的被动土压力公式均是本文公式的特例。对上述同一条件下的挡墙用过墙锺的整块破裂体作静力平衡分析(如库仑分析)得到的总土压力与本文微分薄层法得到的总土压力,大小相等,但作用点位置本法明显增加,由此理论和很多实验得知,设计抗震和非抗震时的很多类挡墙要引起足够的重视。     

刚性挡土墙地震失效模式的数值研究

采用离散元方法建立了某刚性重力式挡土墙的数值模型,并根据室内材料试验结果标定了数值模型的微观参数,使数值模拟结果建立在可靠的参数选择基础上。利用颗粒流软件的微观实时测量优势研究了地震荷载作用下挡土墙的失效模式。研究结果表明:加载初期,挡土墙在墙后动土压力、自身地震惯性力和基础摩擦力的作用下保持稳定;随着加速度峰值的增大,动土压力的波动偏离静土压力并逐渐增大,挡土墙发生水平滑移和旋转,当基础破坏后挡土墙还将发生竖向位移。     

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。     

强地震荷载作用下临水挡土墙的拟动力法稳定性分析

 假设墙后填土破坏面为曲面,用正弦波模拟地震加速度时程曲线,采用拟动力法对临水挡土墙进行稳定性分析,确定了挡土墙和墙后填土所受的阻尼力和惯性力,获得地震荷载作用下挡土墙的被动土压力、抗滑和抗倾覆稳定性系数的封闭形式解析解。定量分析地震加速度、放大系数、墙后填土的物理力学参数和动水压力对挡土墙的滑动位移、挡土墙的抗滑和抗倾覆稳定性系数的影响,得出当地震加速度、放大系数越大,水位越高,内摩擦角越小,临水挡土墙的稳定性越差。     

基于库仑理论的主动土压力非线性分布特征

基于库仑土压力理论的假设,挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,对局部三角形滑楔体进行力和力矩平衡分析,建立挡土墙上土压力强度的两个基本微分方程式;比较两式得到了主动土压力分布系数,由此推导了土压力强度和土压力合力作用点高度的理论公式,并分析了填土内摩擦角、墙背摩擦角、填土倾角、墙背倾角和填土表面...     

考虑土拱效应的挡土墙地震主动土压力静力研究

 在Mononobe-Okabe拟静力学理论的基础上,对挡土墙后填土进行应力分析,根据静力平衡求得滑裂面水平倾角。再结合土拱效应原理采用水平层分析法,对处于正常受力状态的填土微元体进行应力分析,并根据静力平衡和力矩平衡建立方程组,从而求得适用范围更广的地震作用下墙后土体的主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置等的计算公式。利用数值方法分析土内摩擦角、墙土面摩擦角以及水平和竖向地震系数对滑裂角、主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置的影响,并将计算结果与其他计算方法所得结果以及试验结果进行对比分析。     

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。     

地震动土压力水平层分析法

Mononobe-Okabe公式是挡土结构设计中关于侧向动土压力计算的常用方法。但Mononobe-Okabe公式的诸多假设使得其公式适用范围受限,而且无法给出地震动土压力合力作用点位置及地震动土压力强度沿墙背分布情况。为弥补以上不足,基于Mononobe-Okabe平面破裂面假设,采用水平层分析法推导地震条件下主动和被动土压力合力及其作用点位置、土压力强度分布公式,并采用图解法得到临界破裂角的显式解答。公式考虑水平和垂直地震加速度、墙背倾角、挡墙墙背与填料黏结力和外摩擦角、均布超载等诸多因素,可以适用于黏性土和无黏性土的主动和被动土压力计算。分析结果表明,地震条件下土压力强度沿墙高为非线性分布,在相应简化假设条件下公式与Mononobe-Okabe公式完全一致。