粘性土主动土压力库仑精确解的改进

基于库仑理论的平面滑裂面假设,考虑滑裂面上填土凝聚力及填土与挡土墙墙背接触面上粘着力,对粘性土主动土压力的库仑精确解算法进行了改进。改进的库仑精确解算法对超载的处理及裂缝深度的计算简单;对按不考虑填土表面出现裂缝的情况,只需取Z0=0,与按出现裂缝情况完全相同。公式计算简便,精度可靠,易于推广应用。     

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。     

黏性土求主动土压力的库尔曼法及应用

基于库仑理论的平面滑裂面假设,利用库尔曼图解法求无黏性土土压力原理,考虑滑裂面上填土的黏聚力和填土与挡土墙背之间的黏着力,推出求黏性土主动土压力的新方法。方法可以使用假定滑裂面的方式进行编程试算从而求得主动土压力及破坏面倾角。采用VB.net为开发平台编制了程序。计算显示该方法易于实现且精度高,原理简单,便于推广应用。     

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。     

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...     

曲线破裂面下考虑土拱效应的挡土墙主动土压力

库仑理论假定挡土墙后填土破裂面为一直线,然而众多试验和理论表明墙后填土破裂面为一曲线。考虑土拱效应,并假设土体破裂面为旋轮线,土拱形状为圆弧形,根据应力分析得到了侧土压力系数的表达式,利用水平层分析法,推导出挡土墙在平动模式下主动土压力的分布、总土压力和总土压力作用点高度的计算式,并用模型试验与现有理论进行对比。结果表明:挡土墙主动土压力计算结果与模型试验结果吻合,侧土压力系数与直线破裂面结果有明显差异,当墙土间摩擦角与土体内摩擦角比值较大时,总土压力比库仑理论计算结果大。     

平动式考虑土层间剪应力的非极限主动土压力

土层间剪应力的客观存在,对主动土压力有较大影响.以墙背及填土面倾斜、墙后土体为黏性土的刚性挡墙为研究对象,给出了黏性土层间剪应力的计算方法;推导了位移效应、土拱效应和土层间剪应力影响下的主动土压力解析解,包括主动土压力的强度、大小和作用点.将本解析解与模型试验结果、其他解析解对比发现,合理考虑土层间剪应力可提高理论解的...     

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 。     

平动模式下考虑剪应力作用的刚性挡土墙主动土压力计算

以墙后为无黏性填土的刚性挡土墙为研究对象,假定破裂面为通过墙踵的平面,且墙后土体中形成圆弧形土拱,考虑滑动土楔内水平土层间的平均剪应力,修正水平层分析法,得到平动模式下主动土压力的表达式。通过与文献中模型试验结果和现有理论成果的对比分析证明了修正方法的合理性。参数分析表明,水平土层间的平均剪应力和主动土压力一样,沿墙高为非线性分布,主要受墙背倾角、墙土摩擦角、填土内摩擦角等因素的影响。对于墙背竖直或墙背较陡且比较粗糙的挡土墙,考虑水平土层间平均剪应力作用算得的主动土压力合力作用点位置高于库仑解且低于不考虑剪应力作用的理论解答,而对墙背较缓且比较光滑的挡土墙,情况则正好相反。而且,不论是否考虑水平土层间的平均剪应力,主动土压力合力作用点位置都会随墙背变缓而降低。     

基于CSA和薄层单元法主动土压力计算方法

土压力计算一直沿用经典朗肯和库仑士压力理论，所得土压力沿墙高呈三角形分布。而实际上认为挡土墙后土压力总是沿墙高呈三角形分布是不合理的，墙体位移量和形式不同，土压力分布将呈现不同的曲线形式，墙背与填土间的摩擦以及滑裂面的形状对土压力分布也有重要影响。假定挡土墙后土体潜在滑裂面由对数螺线滑动面和平面组合而成，根据挡土墙后土体薄层单元的平衡条件推导出粘性土层主动土压力的计算公式。通过在普通模拟退火算法中引入复合形法进行局部最优解搜索。得到了一种搜索性能更好的复合形模拟退火算法，并将其用于挡土墙后填土潜在最危险滑裂面搜索和相应的主动土压力计算，并给出了两个算例。其计算结果表明：与传统的朗肯和广义库仑土压力理论的计算结果相比，所提方法更符合实测结果。     

New procedure for active earth pressure calculation in retaining walls with reinforced cohesive-frictional backfill

A new approach is suggested to determine the active earth pressure on retaining walls with reinforced and unreinforced cohesive-frictional backfill based on the horizontal slices method. A 4n formulation for unreinforced backfill and a 5n formulation for reinforced backfill are introduced and the tensile forces of the reinforcements and angle of failure wedge are calculated. The proposed method shows that the variation of active earth pressure by the depth of the wall in cohesive-frictional soils has a non-linear distribution. Also, the point of application of the pressure always shifts to the lower two-thirds of the wall height. The angle of failure wedge for cohesive-frictional soils increases linearly with an increase in the cohesive strength of the soil. A comparison of the analytical results obtained from the proposed method with those of previous research and AASHTO method results shows a negligible difference. The analytical method presented can be used to calculate the active earth pressure, tensile force of reinforcements and angle of failure wedge for unreinforced and reinforced walls in cohesive-frictional soil.     

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。     

考虑变位影响的刚性挡墙非极限土压力研究

 经典土压力理论仅能计算平移模式挡墙的极限状态土压力。采用以主应力差表示的应力圆,根据应力路径三轴试验中得到的径向应力–应变关系,建立非极限状态下受位移影响的土体内摩擦角、墙土间摩擦角发挥值随位移的变化关系,并提出有效位移面积比方法将该关系量化至转动变位模式挡墙。在此基础上,应用水平层分析法和改进的库仑公式,推导出考虑挡墙变位影响的非极限土压力合力及其作用点位置、土压力分布计算式。研究表明：按有效位移面积比方法进行量化后,理论计算值与实测值相对误差较小;所提出的公式较好地反映了土压力随位移的变化规律,能够分析不同变位模式下的非极限土压力,可作为库仑理论公式的有效推广。     

Upper bound solution to seismic active earth pressure of submerged backfill subjected to partial drainage

In waterfront geotechnical engineering, seismic and drainage conditions must be considered in the design of retaining structures. This paper proposes a general analytical method to evaluate the seismic active earth pressure on a retaining wall with backfill subjected to partial steady seepage flow under seismic conditions. The method comprises the following steps: i) determination of the total head, ii) upper bound solution of seismic active earth thrust, and iii) deduction for the earth pressure distribution. The determination of total head h(x,z) relies on the Fourier series expansions, and the expressions of the seismic active earth thrust and pressure are derived by using the upper bound theorem. Parametric studies reveal that insufficient drainage and earthquakes are crucial factors that cause unfavorable earth pressure. The numerical results confirm the validity of the total head distribution. Comparisons indicate that the proposed method is consistent with other relevant existing methods in terms of predicting seismic active earth pressure. The method can be applied to the seismic design of waterfront retaining walls.     

挡土墙后粘性填土的主动土压力计算

根据库伦土压力的计算原理,从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发,推导出了计算粘性土或无粘性土主动土压力的公式。该公式适用于均布荷载作用于挡土墙后任意位置。对重力式挡土墙设计中土压力的计算具有一定参考价值。     

各向异性砂土主动土压力的离心模型试验研究

 利用新研制的土压力离心模型试验设备,通过土压力盒测量作用在挡土墙上的土压力分布,利用非接触图像测量系统(GIPS)测量土体位移,对各向异性的南京云母砂分别进行沉积面铅直和水平两个方向的土压力离心模型试验。通过对比试验得到的土压力分布与理论公式计算得到的各向同性砂土土压力分布,以及两种沉积方向的砂土的滑裂面位置,对各向异性砂土的土压力及土体变形破坏问题进行初步研究。结果表明：随着挡土墙向远离墙后填土方向运动的位移不断增大,作用在挡土墙上的土压力逐渐减小,墙后填土中各点的位移不断增大,在墙后土体中逐渐形成滑裂面。当挡土墙的位移量达到10－3H(H为试样模型高度)时,墙后填土达到主动极限平衡状态。受到片状云母颗粒排列方向的影响,沉积面铅直的土体滑裂面比沉积面水平的滑裂面略显平缓。     

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。     

Solution to active earth pressure of narrow cohesionless backfill against rigid retaining walls under translation mode

In urban construction, retaining walls are usually constructed adjacent to existing structures, and the width of the backfill is limited. In such cases, classical earth pressure theories, such as those by Coulomb or Rankine, are unsuitable. The active earth pressure acting on the retaining wall of a narrow backfill under the translation mode was explored in this study using a finite element limit analysis. The results show that due to the boundary conditions, reflective shear bands occur in the backfill when it is failing. The number of reflective shear bands is determined. Moreover, a theoretical method is proposed using the limit equilibrium method to estimate the active earth pressure acting on the retaining wall of the narrow backfill. The influence of the parameters on the failure mechanisms and the active earth pressure is also discussed.