浅谈有限范围填土土压力的计算

挡土墙后具有较陡稳定岩石坡面的有限范围填土土压力的计算已有文献[1～3]介绍,但墙后稳定岩石坡面较缓时的土压力计算,未见有文介绍。文章推导出可适用于稳定岩石坡面为任意倾角时的土压力计算方法,并通过算例分析了岩石坡面倾角和岩石坡面摩擦角对土压力及其对应破裂角的影响规律;拓展了有限范围填土土压力计算的适用范围,该方法已应用于理正挡土墙设计软件,可供工程设计应用。     

SV波作用下刚性挡土墙地震主动土压力时频域计算方法

 基于弹性波动理论,概化刚性挡土墙的动力分析模型,利用水平分层法,建立单元体的受力平衡微分方程,借助Hilbert-Huang变换,提出地震作用下刚性挡土墙地震主动土压力的时频域计算方法,并通过与振动台试验结果的对比验证该方法的合理性。分析输入波频率对刚性挡土墙墙后填土的临界破裂角、地震主动土压力合力以及作用点的影响,结果表明：随着地震烈度的增大,临界破裂角逐渐减小,地震主动土压力合力逐渐增大,合力作用点位置略有上移;随着输入波频率的增大,临界破裂角和地震主动土压力合力分别呈“倒马鞍型”和“正马鞍形”分布,并且均在输入波频率与刚性挡土墙系统自振频率相近时达到最大,而地震主动土压力合力的作用点则基本上不变;按照现有规范不考虑输入波频率进行刚性挡土墙地震稳定性设计,可能会降低挡墙的地震安全储备。刚性挡土墙地震主动土压力的时频域计算方法不仅能够考虑地震波三要素(峰值、频率以及持时)对挡墙土压力的影响,同时也能够为其他类型支挡结构的抗震时频设计提供一定的参考。     

有限范围填土的土压力计算模式

在挖方工程中,如果开挖面较陡,墙后填土受到限制不可能出现库仑土压力破坏面时,不能用库仑土压力理论计算主动土压力,而应按有限范围填土情况计算主动土压力。若开挖面较缓,未限制填土中出现库仑破坏面,就可以按传统的库仑土压力理论计算土压力。《建筑地基基础设计规范》给出的临界破裂角计算公式,只适合于朗肯土压力情况,并不符合库仑土压力情况,因此必须正确计算临界破裂角的大小。文中提出了建议计算方法。     

改进的绕墙趾转动主动状态土压力

墙背土压力分布与挡土墙的位移大小、位移模式以及平衡状态密切相关。针对绕墙底向外转动的刚性挡土墙,基于已有的土压力计算理论,结合由卸荷路径三轴试验所建立的填土内摩擦角与挡土墙位移间的关系,提出一种改进的考虑位移影响的主动状态土压力计算方法。分析表明:随着挡土墙位移的发展,墙背土压力由静止土压力逐步减小,当挡土墙位移达到临界值后,相应的墙背土压力均收敛到库仑主动土压力。填土内摩擦角发挥值的分布显著影响墙背土压力分布。非极限平衡状态时,墙背土压力大于库仑主动土压力。     

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。     

非极限状态挡土墙主动土压力研究

利用薄层单元法对挡土墙非极限状态主动土压力进行研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的楔形土体产生,取挡土墙后楔形土体沿平行于填料坡面的薄层作为微分单元体,通过作用在微分单元体的力和力矩平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力微分方程,得到非极限状态土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和作用点的理论公式。根据非极限状态摩擦角与墙体位移关系,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、土压力分布、土压力系数和作用点的影响。分析表明采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。另外,公式计算结果与实测模型试验进行对比分析,主动土压力分布曲线吻合良好。     

粘性土回填高挡土墙土压力计算探讨

针对粘性土回填高挡土墙的土压力计算问题,通过工程实例,分析探讨了用综合内摩擦角法和力多边形法计算粘性土主动土压力的差异性,并引入一折减系数使综合内摩擦角法更完善,以便为工程应用提供参考依据。     

考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分布

假定挡土墙后土体小主应力拱为圆弧,考虑墙土摩擦角变化对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,分析表明,土拱形状与现有方法有明显差异,并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平动模式下的挡土墙主动土压力,给出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、模型试验数据和已有方法进行比较分析。结果表明:挡土墙主动土压力强度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;但土压力合力作用点和土压力强度计算结果有明显差别。     

刚性挡土墙平移时的土压力计算模型

用指数函数描述了在挡土墙平移时作用于挡土结构上的土压力与墙体位移之间的相互关系,建立了不同位移情况下挡土结构处于非极限状态时,挡土墙墙后土体施加于挡土墙上的土压力计算模型,从而促进土压力的研究。     

挡土墙黏性分层填土土压力及开裂深度的计算

挡土墙后分层填土过程中,土压力的生成与分布情况直接影响挡土墙的设计。利用Mohr-Coulomb屈服面非相关联的Drucker-Prager准则作为塑性势面,对墙后黏性分层填土过程中作用墙背上的土压力进行了有限元计算。将数值计算结果与广义土压力的计算结果进行比较,结果显示:有限元计算的土压力分布比广义土压力公式计算的更加合理;由广义库伦土压力公式计算出来的零压力区与塑性理论计算的开裂深度相吻合,进一步证实了分层填土使用塑性理论和有限元进行计算结果的可靠性。建议挡土墙后填土尽量考虑低塑性土进行分层填筑,降低填土的开裂深度。     

一种考虑主应力偏转的平移挡墙地震土压力算法

遵循 Mononobe-Okabe理论,考虑墙后破裂体内的主应力偏转,并假设小主应力偏转迹线形状为圆形下段部分的一段,通过转动挡土墙的解析模型,再结合库伦土压力的相关概念得到地震主动破裂角。采用微分薄层法,对墙后滑裂微元体进行应力解析,推导得到平移模式(T模式)下的地震主动土压力的计算公式,并分析了土中各参数以及地震动系数对地震土压力的影响情况。本文旨在改进地震土压力算法,不仅在计算中考虑了主应力的偏转,而且大大简化了地震土压力的计算过程。最后将计算值与前人方法及试验数据进行对比,结果显示本文算法得到的地震主动土压力分布与模型试验数据更为吻合。     

某挡土墙土压力有限元分析

利用有限元程序ANSYS,对某挡土墙土压力进行了数值模拟分析.考虑了土颗粒的弹塑性本构关系,对墙土接触面采用接触单元contact172和target169模拟.研究了条形超载、填土弹性模量、重度及内摩擦角对墙后土压力的影响.计算表明:土压力沿墙背呈凸曲线分布,接近墙踵处出现峰值.超载及填土重度使挡墙土压力增大,填土弹性模量及内摩擦角对土压力影响不大.     

有限土体下考虑土拱效应的非极限主动土压力解

以挡土墙后有限范围黏土为研究对象,考虑非极限状态下的土拱效应,并采用塑性上限理论求得的破裂面夹角和多滑裂面假设得到的侧向土压力系数变化规律,推导了有限土体的主动土压力解析式,该公式也可退化为半无限宽度的主动土压力公式。与模型试验相比,所提理论解与试验值取得了较好的一致性,证明了解析解的合理性。进一步参数分析表明:破裂面夹角随土体内摩擦角$\varphi$呈线性增长;随有限土体宽高比B/H减小而小幅增加;与地下室挡墙外摩擦角和内摩擦角的比值 $\alpha / \phi$ 呈正相关,而与基坑挡土墙外摩擦角和内摩擦角的比值$\delta / \varphi$呈负相关;在$\alpha / \varphi$大于或略小于$\delta / \varphi$时,破裂面夹角随位移比$\eta$单调增加,而当$\alpha / \varphi$远小于$\delta / \varphi$时,破裂面夹角随$\eta$增加先增大后减小。主动土压力随B/H减小而单调降低,其分布由子弹形逐渐转变为钟形;主动土压力值与$\delta / \varphi$、$\alpha / \varphi$和$\varphi$都呈负相关,且随$\delta / \varphi$与$\varphi$的增加非线性逐渐增强。     

考虑土拱效应的黏性填土挡土墙主动土压力研究

 以墙后填土为黏性土的刚性挡土墙为研究对象,考虑挡土墙后的土拱效应,以及墙土摩擦角、墙土黏结力、墙后填土黏聚力的影响,推导挡土墙在平动模式下的主动土压力系数和主动土压力解析解。结果表明,考虑土拱效应的主动土压力系数和主动土压力均与墙土摩擦角、计算点深度以及墙后填土的内摩擦角、黏聚力及重度有关。通过将求解的主动土压力系数和主动土压力与现有经典理论解及前人理论研究成果对比,发现结果完全吻合,验证该研究结果的正确性。     

鼓形变位模式下柔性挡土墙的主动土压力分布

针对鼓形变位模式的柔性挡土墙,采用库仑土压力理论的假设,挡土墙上的主动土压力假定由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿填土深度方向取典型水平薄层单元进行分析,分段建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了鼓形变位模式下,柔性挡土墙上的土压力强度、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有关实验结果进行了比较分析。结果表明,鼓形变位模式下,土压力合力与库仑土压力理论结果相等,土压力分布和合力作用点位置则明显不同;墙顶附近的土拱作用改变了土压力的分布,本文方法与前人实验得到的土压力均大致呈R形分布。最后,利用本文解,对土体内摩擦角、墙土摩擦角、土薄层单元间等效内摩擦角、墙体最大变位点深度等参数对挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的影响进行了分析。     

基于联合强度理论的主动土压力计算方法

考虑结构性黄土的抗拉强度和有限土体对土压力的影响,推导了抛物线加直线形式的联合强度理论。基于此强度理论,建立了土体主动极限平衡状态,推导了无限土体主动土压力的计算公式;通过滑动块体理论推导了有限土体主动土压力的计算公式。通过算例对公式进行了验证比较,研究结果表明:基于联合强度理论计算的土体开裂深度明显小于朗肯土压力理论的开裂深度,且基于联合强度理论土体应存在拉应力区,在此区域内,挡土墙与土体存在胶合力的情况下,需考虑挡土墙受到的拉力和因此导致的局部应力集中;有限土体的土压力小于朗肯主动土压力,且随着挡土墙与既有构筑物距离的增加,有限土体土压力趋近于无限土体土压力。基于联合强度理论和有限土体理论建立的主动土压力计算方法能更合理地评价黄土的主动土压力。     

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 。     

考虑土拱效应的挡土墙空间土压力研究

 研究表明土拱效应是影响挡土墙土压力分布的一个重要因素,但目前关于空间条件下考虑土拱效应的挡土墙土压力研究还很少。通过将土拱效应原理引入顾慰慈等建立的空间土压力计算模型建立了考虑土拱效应的空间土压力计算模型,并将该模型划分为I、II、III、IV四个区域,通过在各个区域内取水平微分单元体,建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程,推导出了各区相应的挡土墙空间主动土压力计算公式,该公式可以计算出墙背任意位置的主动土压力;并提出了空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。通过算例计算可以直观的看出挡土墙后主动土压力的空间分布,由此可以看出,当空间效应存在时考虑土拱效应的挡土墙主动土压力沿墙长的分布与平面应变条件时有很大的不同,此时挡土墙两端附近区域的主动土压力远小于平面应变条件下计算出的主动土压力,同时可以看出考虑空间效应的挡土墙主动土压力合力作用点要比平面应变条件下的位置要高,挡土墙长高比B/H越小空间效应对主动土压力沿墙长的分布和主动土压力合力作用点位置的影响越大。     

RTT位移模式挡土墙非极限状态被动土压力分析

挡土墙非极限状态土压力是常态化的。用滑动土楔和水平单元计算概念,就绕墙顶转动加平移之挡土墙被动土压力进行研究。结果表明,RTT位移模式挡土墙非极限被动土压力为上凹曲线分布,合力作用点在墙高的下三分区,随墙体转动和平移量增大,被动土压力非线性增长。墙体转动相对多,合力作用点下移,墙体平移相对较多,合力作用点上移。     

考虑非饱和土强度理论的土压力问题研究

目前关于土压力问题的分析均采用传统的饱和土强度理论,并没有考虑在所研究土体的范围内由于人工或天然降水造成的在一定深度范围内可能出现非饱和土的情况.现以水泥搅拌桩挡土墙为例引入基质吸力的概念推导非饱和土的土压力的计算公式,初步探讨饱和-非饱和土土压力计算公式的变化规律.