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。     

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。     

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。     

刚性挡土墙主动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土墙上的主动土压力进行数值分析，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，研究了不同挡土墙的变位模式、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。     

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。     

考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分析

基于朗肯土压力理论,推导了主动土压力系数的理论公式,并将其用于水平微分单元法,得到平动模式下主动土压力强度、合力及合力作用点的计算公式,并分析了内摩擦角及墙面摩擦角对土侧压力系数、土压力强度的影响,以期指导实践。     

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 。     

悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%～14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。     

狭窄黏性填土刚性挡墙主动土压力研究

对于临近既有地下室或竖直基岩面的挡土墙,由于墙后填土宽度有限,采用经典的库伦、朗肯土压力理论计算挡土墙主动土压力是不合适的。采用有限元分析软件ABAQUS,对狭窄黏性填土刚性挡土墙的主动土压力问题进行研究,探讨了墙后土体的临界裂缝深度和滑裂面的发展规律。考虑墙土之间的黏着力和填土竖向裂缝,建立新的理论分析模型,得到了挡土墙水平主动土压力合力的求解方法和主动土压力分布的解析公式。土压力合力系数与土压力强度的理论解和数值解吻合较好,验证了本文理论解的合理性。研究表明,主动极限状态下,填土表面两侧均将产生竖向裂缝,且临界裂缝深度不随填土宽度变化,其值与朗肯裂缝深度接近;随着填土宽度的减小,填土内将产生一道甚至多道滑裂面,挡土墙主动土压力也从基于半无限土体假定的广义库伦土压力值逐渐减小。     

刚性挡土墙主动土压力分析

运用条分法,通过单元条块的平衡条件,推导出曲面滑裂面下刚性挡土墙面主动土压力分布,并同库仑土压力理论计算结果进行比较。由计算结果可以看出,库仑主动土压力理论计算的土压力偏小,只有当挡墙面直立和光滑时,墙上土压力分布才为直线型。     

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。     

土拱效应和渗流作用刚性挡墙主动水土压力研究

 假定小主应力迹线为抛物线,分析刚性挡墙后土拱效应,推导土拱效应作用下刚性挡墙主动水土压力系数和水平微分单元层间系数。建立二维Laplace方程分析墙后持续暴雨作用形成的稳定渗流场。在土拱效应和渗流作用分析基础上,提出土拱效应和渗流作用下主动水土压力计算模型,推导主动水土合力、合力作用点计算公式,给出实用主动水土压力系数。研究分析表明：理论计算结果与实测结果吻合较好;土拱效应和稳定渗流作用下水土压力成非线性分布,合力增大,合力作用点位置上移。工程实践中,应当重视持续暴雨期间的土拱效应和渗流作用对刚性挡墙的稳定不利影响。实用主动水土压力系数方法为持续暴雨作用下挡墙主动水土压力计算提供简化实用方法。     

地震作用下挡土墙动土压力分布研究

自日本学者Mononobe、Matuo和Okabe首先提出了基于Coulomb土压力理论的静力方法——物部-冈部(M-O)公式后,国内外学者就挡土墙地震土压力理论和模型试验进行了很多研究,并取得了很多成果。在简要地对挡土墙在地震作用下的破坏形式、地震土压力分布的研究进展和地震土压力分布的研究趋势进行总结后,对其发展方向进行了分析和讨论。     

土钉-排桩复合结构的软土主动土压力分析

在土钉-排桩复合结构中，土钉的加固机理使软土主动土压力减小，而土钉的锚拉作用又可能使软土产生附加侧压力。综合土钉这2个相反效应，建立了一种基于结构位移推算土钉复合结构上软土主动土压力的方法，即引入实际破裂角概念，位移量决定实际破裂角的大小，通过实际破裂角推算软土主动土压力，并将这一分析方法试用于某工程的围护稳定性动态评估中。     

特高含水期甲型水驱特征曲线的改进

室内试验和矿场实践表明,现有水驱特征曲线在特高含水期适用性差,出现偏离直线段上翘的现象,影响水驱开发动态的准确预测。为此,提出适用于特高含水期的新型水驱特征曲线。首先提出适用性较强的油水相对渗透率比值与含水饱和度关系表征方程,得到可以充分考虑开发后期上翘现象的新型水驱特征曲线,指出原有水驱特征曲线是新型水驱特征曲线在含水率较低时的一个特例,并提出通过公式转化和线性试差的方法求解新型水驱特征曲线方程中的参数。计算结果表明,新型水驱特征曲线在特高含水期预测开发动态比传统的水驱特征曲线更为准确。