横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和土体中弹性桩的扭转振动响应问题. 土体和弹性桩体系被分解为横观各向同性饱和土及被视作土体加强体的虚拟桩部分,土体符合Biot三维饱和弹性介质理论,弹性桩被视为一维弹性长杆. 运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土体的动力控制方程,结合桩土间复合边界条件,得到关于桩身内力沿桩长分布的第二类Fredholm积分方程.利用数值的方法对方程进行求解,得出应力沿桩身的分布,并可进一步得到桩的位移沿深度的分布. 数值计算表明,土体的横观各向同性参数及荷载频率对弹性桩的振动影响显著.     

刚性挡土墙被动土压力的计算及影响分析

动力决于、体力,体位、．在总结被动土压力研究成果的基础上,假定土体为库仑材料,根据极限平衡理论和库仑破坏准则,提出被动土压力的计算通式,并分别用郎肯和库仑土压力理论对该通式进行验证．分析被动土压力的影响因素,认为非饱和土含水量的变化、饱和土中地下水的运移、土的应力历史、挡土墙的刚度和位移、时间等对被动土压力均有很大影响．     

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.     

刚性挡土墙平动模式下中间被动土压力的计算

为了准确地设计挡土墙,研究非极限位移时的土压力计算.将非极限状态下的被动土压力定义为中间被动土压力,分析土体的破坏机理,建立内外摩擦角与位移之间的关系公式.改进库仑土压力理论,根据静力平衡条件,推导出在刚性挡土墙平动模式下中间被动土压力强度、中间被动土压力合力和中间被动土压力系数的理论公式.分别计算分析填土为干砂及填土为饱和砂土的模型试验,与实测数据进行对比,发现两者结论比较吻合.在平动模式下,中间被动土压力与被动土压力系数均随着位移的发展而增大,且在任一位移时中间被动土压力沿墙高近似成线性分布.     

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。     

基于Terzaghi方法的桩承式路堤中土拱效应算法改进

在桩承式路堤土拱效应分析中,考虑路堤填土实际处在极限主动平衡状态与静止平衡状态之间的工作状态,基于对Terzaghi土拱效应模型的改进,得到了桩土应力比和等沉降面高度计算式,其中取静止土压力系数和主动土压力系数之和的一半作为模型中土体的侧向土压力系数。研究结果表明：改进的桩土应力比理论计算值总体上与实测值非常接近,说明了该模型具有一定的合理性。     

移动荷载作用下横观各向同性饱和地基的动力响应

利用半解析法对移动条形荷载作用下横观各向同性饱和两相弹性介质的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设了响应函数的级数形式,利用土体表面边界条件,由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的两相介质在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.通过计算,给出了不同土体渗透系数,以及荷载移动速度下横观各向同性对土体位移响应的影响.数值结果表明,横观各向同性对土体位移响应影响较大.     

碾压混凝土重力坝静动力分析

碾压混凝土坝受施工影响 ,常在混凝土碾压层间出现结合面夹层 ,影响坝体变形及内应力分布 .应用等效模量理论 ,把层状体结构转换为横观各向同性体进行应力和位移计算 ,根据Aboudi公式预测弹性参数 ,结合龙滩碾压混凝土重力坝 ,采用有限元法分析了碾压混凝土的横观各向同性性质对坝体应力分布和动力特性的影响 .结果表明 :对比各向同性体模型 ,碾压混凝土重力坝采用横观各向同性体模型 ,计算的坝基面的坝踵及坝趾处应力集中程度变化明显 ,坝体位移相对各向同性体计算的位移偏大 ;进行碾压混凝土坝的静动力分析时 ,把层状体结构物简化为横观各向同性体的方法是简单可行的     

碾压混凝土重力坝静动力分析

碾压混凝土坝受施工影响,常在混凝土碾压层之间出现结合面夹层,影响坝体变形及内应力分布。应用等效模量理论,把层状体结构转换为横观各向同性体进行应力和位移计算,根据Aboudi公式预测弹性参数,结合龙滩压混凝土重力坝,采用有限元法分析了碾压混凝土的横观各向同性性质对坝体应力分布和动力特性的影响。结果表明：对比各同向性体模型,碾压混凝土重力坝采用横观各向同性体模型,计算的坝基面的坝踵及坝趾处应力集中程度变化明显,坝体位移相对各向同性体计算的位移偏大;进行碾压混凝土坝的静动力分析时,把层状体结构物简化为横观各向同性体的方法是简单可行的。     

双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析

论述了双排桩支护结构设计的基奉理论、简化模型及内力计算方法;运用有限元建立平面应变模型分析双排桩支护结构,对双排桩支护结构所受土压力取值进行了分析与修正。研究表明,双排桩具有较大的侧向刚度,可有效限制围护结构的侧向变形,应将桩顶与连梁做成刚性连接,以保证有效发挥双排桩的支护效果。基坑开挖面以上桩身所受主动土压力与理论主动土压力值相近,开挖面以下桩身所受土压力介于理论主动土压力与静止土压力之间,并随着深度的增加,愈来愈接近静止土压力值。前、后排桩所受的被动土压力与理论被动土压力值相差较大,后排桩被动土压力值接近静止土压力。     

土压力计算中几个问题的探讨

针对土压力计算中传统土压力计算方法的适用性问题、考虑墙体位移的土压力计算问题、不同墙体变位模式下土压力计算问题和水土压力的分算与合算问题，进行了详细的分析与探讨．指出基于极限平衡理论的传统土压力理论与实际出入较大，而现有的考虑墙体位移的土压力计算模型，实质是对主动和被动土压力的非线性插值，是对传统土压力理论的修正；条带平衡法能够导出土压力沿墙背的分布解，与考虑墙体位移的土压力模型结合，可综合考虑墙体变位模式与墙体位移对土压力的影响．关于基坑支护结构上的水土压力，对于沙土可采用水土分算法；对于黏性土，宜采用经以塑性指数与液性指数有关的系数修正的混合算法，从而避免出现夸大或低估静水压力的现象。     

纵向增强体土石坝内置心墙受力安全性分析

纵向增强体土石坝是基于“刚柔相济”建坝思路提出的一种新坝型,在土石坝中设置刚性防渗心墙与原土石坝体一起形成坝体结构。纵向增强体将坝体分为上游临水一侧和下游背水一侧,增强体同时受到上、下游侧的水土压力作用,起到双向挡土墙的作用。随着上游库水位的变化,作用在增强体上的水土荷载也产生动态变化,从而引起增强体位移方向和大小变化,导致增强体上下两侧游堆石区存在主动力区与被动力区的转换。本文提出了纵向增强体受力安全系数的概念,应用库伦土压力理论分析增强体在竣工期、正常蓄水期和水位骤降三种典型工况下的受力状态,分别给出了三种典型工况下纵向增强体受力安全系数的表达式。在此基础上,从纵向增强体双向挡土墙不同于常规挡土墙单向受力的特点出发,根据增强体受力安全系数研究其与坝坡稳定性之间的关系,提出了临界坝坡法计算被动土压力系数。研究表明：作为双向挡土墙的增强体无论受力、变形还是自身稳定都与坝坡稳定性有关,纵向增强体蓄水期的被动土压力将随主动压力的增长而得到激发,受力程度也将得到更好地发挥,实现等强增效的力学特点;非临界坝坡设计中采用由本文临界坝坡法计算得到的被动土压力折减系数是偏于安全的,增强体土石坝断面可以进一步优化。     

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。     

刚性挡墙位移土压力的数学拟合公式研究综述

在研究土压力与挡墙位移关系时,可采用数学拟合方法表征土压力随挡墙位移的变化规律。数学拟合方法常以静止土压力、主/被动土压力为基础,通过构造数学函数来描述挡墙位移土压力,但所采用的数学函数形式各不相同。将挡墙位移土压力的数学拟合公式按函数形式分为：三角函数、指数函数、双曲线函数、幂函数、S型函数以及其他函数等6大类,总结了位移土压力数学拟合公式的特点与不足,并指出需进一步研究的方向。结果表明：数学拟合公式的主要差异在于函数形式选择和待定参数及取值不同,导致了数学拟合公式的多样性与研究的广泛性。合理实用的位移土压力数学拟合公式需具备3方面特征：边界条件与初值满足、参数含义明确以及能反映挡墙与土体之间的相互作用。在试验方面,应持续对挡墙不同位移模式开展针对性研究,并进行黏性土、非饱和土、湿陷性黄土、膨胀土等的土压力试验;在理论计算方面,应加强位移土压力数学拟合公式间对比分析,探究各自的合理性及适用性,揭示土压力与挡墙位移关系的内在机理。拓展对非饱和土挡墙的位移土压力研究,完善参数选择、模型验证,以加快工程应用进程。     

稳态渗流下非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解与简化

为描述稳态渗流下不同类别非饱和土涵洞的竖向土压力变化,应用圆弧小主应力轨迹法和Mohr应力圆获得考虑土拱效应的滑移面土压力系数,继而基于非饱和土的有效应力强度公式与吸应力理论,由水平薄层单元的竖向力平衡分别建立稳态渗流下上埋式/沟埋式非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解,给出应用步骤并开展对比验证与方法拓展,最后结合吸应力沿深度分布规律提出涵洞竖向土压力的简化实用公式。研究结果表明:涵洞竖向土压力迭代解能合理反映土体类别、水分蒸发、降雨入渗和土拱效应的综合影响,并得到文献现场实测和理论公式数据的正确性验证以及对非饱和土涵洞的适用性;涵洞竖向土压力实用公式可显式表达且精度良好,方便估算不同稳态渗流下涵洞主要荷载;砂土涵洞可忽略非饱和特性影响而按饱和土计算竖向土压力,粉土和黏土涵洞可简化吸应力沿深度为线性分布;上埋式涵洞土拱负效应使得竖向土压力增大,而沟埋式涵洞土拱正效应使得竖向土压力减小。     

位移对刚性挡土墙被动土压力分布的影响

基于库仑被动土压力理论和极限平衡法,提出一种改进的重力式挡土墙被动土压力分析方法。该方法能反映挡土墙变位模式和位移大小的影响,还能考虑和挡墙位移相关的墙后填土发挥的内摩擦角对土压力分布的影响。分析结果表明,随着挡土墙顶位移的增大,墙后填土达到极限平衡状态的区域逐渐增大,墙后土压力逐渐增大;只有当墙顶位移充分大时,才能达到库仑被动极限平衡状态,相应的土压力等于库仑被动土压力。