刚性挡土墙绕墙顶转动时的被动土压力分布

为了能够用较简单的数值公式模拟挡土墙变位后的土压力分布,并能较好地反映试验实测结果,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合力、作用点与库仑土压力及实测结果的分析比较．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．可以供设计参考使用。     

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。     

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.     

浸水重力式挡土墙的滑移分析

目的推导挡土墙浸水情况下的滑动稳定系数的变化公式，分析凸榫对挡土墙抗滑移的作用．方法用库仑土压力理论和朗肯土压力理论对沈大高速公路某段重力式挡土墙因墙后浸水而产生滑移破坏进行受力分析．结果路基由于排水不畅形成的瞬时水位对挡土墙的滑移影响很大，随着水位的提高该挡土墙的滑动稳定系数很快低于允许值．结论凸榫前产生的被动土压力可以显著提高挡土墙抗滑能力，从而可以有效解决路基由于排水不畅形成的瞬时水位使挡土墙产生的滑移破坏．     

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.     

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。     

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。     

考虑地震加速度时程影响的挡土墙动土压力分布

地震荷载下挡土墙动土压力分布是边坡支挡结构抗震设计的重要内容。本文采用拟动力法,考虑地震加速度随时间及挡土墙深度变化,采用水平薄层分析法与极限平衡理论,推导了地震荷载作用下挡土墙动土压力随地震加速度时程变化的表达式,研究了墙后破裂面倾角、动土压力系数、动土压力合力作用点位置随地震时程变化的特征,地震加速度对挡土墙动土压力分布的影响。结果表明：①本文方法确定的土压力系数介于Coulomb土压力系数和Rankine土压力系数之间。②动土压力合力作用点位置随加速度时程呈周期性变化,合力作用点高度高于传统方法的H /3。③地震荷载下挡土墙主动土压力呈非线性分布,地震加速度、内摩擦角对动土压力分布有显著影响。     

砂土各向异性对挡土墙抗震性能影响数值分析

指出相同砂土在不排水三轴拉伸条件下测得的临界状态强度远低于在三轴压缩条件下的强度,这归因于土的各向异性.挡土墙在地震作用下变形与破坏的程度与填土的临界状态强度密切相关.正确估计土的强度对于评价挡土墙的抗震性能具有重要意义.对于受被动土压力作用的挡土墙,如果不考虑土的各向异性,可能会过高估计土的临界状态强度,即土液化后能够提供的被动土压力的大小,从而过高估计挡土墙的安全储备.对挡土墙抗震性能进行完全耦合有效应力分析,计算结果表明:对于受被动土压力作用的挡土墙,砂土内在各向异性对其抗震性能影响显著;对于受主动土压力作用的挡土墙影响轻微.     

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。     

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。     

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.     

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.     

Non-limit passive soil pressure on rigid retaining walls

This paper aims to reveal the depth distribution law of non-limit passive soil pressure on rigid retaining wall that rotates about the top of the wall(rotation around the top(RT) model). Based on Coulomb theory, the disturbance degree theory, as well as the spring-element model, by setting the rotation angle of the wall as the disturbance parameter, we establish both a depth distribution function for sand and a nonlinear depth distribution calculation method for the non-limit passive soil pressure on a rigid retaining wall under the RT model, which is then compared with experiment. The results suggest that under the RT model: the non-limit soil pressure has a nonlinear distribution; the backfill disturbance degree and the lateral soil pressure increase with an increase in the wall rotation angle; and, the points where the resultant lateral soil pressure acts on the retaining wall are less than 2/3 of the height of the wall. The soil pressure predicted by the theoretical calculation put forward in this paper are quite similar to those obtained by the model experiment, which verifies the theoretical value, and the engineering guidance provided by the calculations are of significance.     

挡土墙后双层黏性土的主动土压力计算

针对挡土墙墙后为双层黏性土的情况,提出一种可靠的土压力计算方法.在平面滑裂面假设下,考虑填土黏聚力及填土与挡土墙墙背接触面上的黏着力,推导出双层填土的挡土墙主动土压力关于滑裂面倾角的计算表达式.在单层填土条件下将公式退化对比,表明该方法同样适用于单层填土的工况.通过算例将该方法的计算结果与工程实测值及分层法计算结果进行分析对比,结果表明,该方法的计算结果与实测值较符合.当填土为无黏性土时,可以采用改进分层法计算土压力;当墙后填土为黏性土时,改进分层法计算误差较大,建议采用该方法.     

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。     

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。