基于颗粒椭球体理论的隧道松动土压力计算方法

基于颗粒椭球体理论认为隧道上部松动区滑动面为椭圆形,据此推导出受滑动面倾角影响的侧土压力系数计算方法;在椭圆形松动区内竖向荷载沿水平向呈梯形分布,推导出隧道松动土压力计算方法。结果表明:当埋深低于极限椭圆高度时,松动区域为地面线以下的极限椭圆区域;当埋深达到极限椭圆高度时,松动区为整个极限椭圆,松动土压力不再增加。滑动面侧土压力系数是变化的,与滑动面倾角和土的摩擦角有关,随着内摩擦角增大而减小,随着滑动面倾角增大而增大。取值范围为0.2~0.8,介于主动土压力系数和Krynine侧土压力系数之间。本模型计算结果与实测数据较为吻合,可以用于隧道设计和施工中。     

某岩质边坡支护体系设计计算实例

文章以桑植县某岩质建筑边坡支护设计工程为例,分别采用经典土压力方法、平面滑动方法与考虑外倾结构面滑动计算土压力方法对支护结构计算分析比较,考虑外倾结构面滑动计算土压力方法更加经济合理,且与实际施工情况较吻合,为类似工程设计起到一定的借鉴意义。     

单元集成法及其在土压力计算中的应用

基于塑性力学上限定理的土压力计算，在数值上可以通过单元集成法来实现。它采用类似于有限元网格划分的方式离散墙背土体，并设定一个机动许可的滑动机构。在此滑动模式下，可以求得每个单元贡献的外力功率和内能耗散率。所有单元的能量变化率的总和就是墙背土滑裂体的总能量变化率。然后，根据上限定理可以求得与滑动机构相对应的极限外载荷，并通过非线性数学规划法找到其最小值。采用平面和对数螺旋滑裂面的单滑块机制，对典型的二维土压力问题进行分析，其结果说明该方法的有效性。     

墙体绕基础转动情况下挡土墙主动土压力分布

采用库仑土压力理论的假设 ,挡土墙上的主动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 ,在该滑动楔体上沿填土深度方向取水平层薄单元进行分析 ,建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程 ,给出了墙体绕地基转动变位模式下 ,土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式 ,并与库仑土压力理论、墙体平动变位模式下土压力和有关实验结果进行了比较分析。结果表明 ,墙体绕地基转动变位模式下土压力合力与墙体平动变位模式下土压力合力相等 ,并等于库仑土压力理论计算结果 ,但土压力合力作用点和土压力分布有显著差别。     

关于库仑土压力理论的探讨

以滑动体静力平衡的力的平衡方程为基础,引入Lagrange乘子,将主动土压力和被动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题,进而结合问题图形中的几何关系进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用Matlab6.1优化工具箱提供的fmincon函数进行求解。在确定了主动土压力和被动土压力的大小后,利用滑动体静力平衡的力矩平衡方程计算力的作用点在墙体的相对位置。在本文中,土体沿平面滑动破坏是由理论推导得出的结论,土压力大小的结果与库仑土压力理论完全一致,但土压力作用点在墙体的相对位置却并非总是作用在墙高的1/3处。     

挡土墙与土之间摩擦角对土压力的影响

挡土墙与土之间摩擦角对于挡土墙上作用的主动土压力分布影响显著,但在实际工程中很少考虑,缺乏定性定量分析。本文采用库仑土压力假设,假设滑动楔体的形态及参数,沿竖向将滑动楔体分成水平单元体[1]。对单元体进行分析得到挡土墙与土之间摩擦角和土侧压力系数、土压力分布、土压力作用点、土压力合力大小及倾覆力矩大小之间的关系。并引入其他几种挡土墙土压力计算方法进行对比,与实际的情况进行比照,得到的本文方法符合实际。且最终得到一个建立在库仑土压力模型基础上,以挡土墙与土摩擦角为中心问题,得到摩擦角对于作用于挡土墙土压力影响定性及定量分析。     

基于极限平衡的一种朗肯土压力证明方法

应用极限平衡理论和对岩土材料的刚塑性假定来分析挡土墙上土压力分布是工程中常用的方法，通过提取滑动面上的三角形单元，以及与之相关的竖直微条和水平微条，加之一些近似假定，建立三者的静力平衡方程。方程求解结果和朗肯主动土压力和被动土压力一致。     

边坡喷锚支护浅释

主动土压力的滑裂面是产生最大主动土压力的滑裂面，是求极值得到的，有人称滑裂面以上的土体为滑动土体，滑裂面以下为稳定土是不确切的，试问如果坑壁为砂土，支档结构撤除后土坡立即坍塌成为自然安息角Ф的坡面。Ф远小于主动土压力滑裂面的倾角。所以不能将最大主动土压力滑裂面以下的土体称为稳定区，免得产生误解。     

改进的库尔曼图解法在折线坡土压力计算中的应用

为简化折线形土坡的库尔曼图解法，在王奎华直线形土坡简化方法的基础上，以挡土墙后二折线、三折线土坡为分析模型，以库伦土压力理论为基础，根据几何三角形与力矢三角形相似的关系对折线坡的库尔曼图解法进行了改进，提出了一种新的土压力图解法。和原库尔曼图解法相比，改进后的方法无需计算滑动土体的自重和逐一按比例尺量取线段表示滑动土体自重，计算量小，作图简便，所得结果更加精确。     

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。     

挡土墙背土压力作用点位置

挡土墙背主动土压力作用点高度大于而不是等于或小于挡土墙高度的三分之一．土压力作用点位置应根据土压力作用线通过滑动土换的质心这一特性而不是根据上压力强度呈线性增大这个规律来确定。     

沈大高速公路某挡墙的滑移破坏事故分析

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。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。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。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的产生的滑移破坏。     

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。     

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。     

地震作用下饱和回填砂土重力式挡土结构滑动与转动位移分析

 预测地震作用下重力式挡土结构的位移是基于位移抗震设计方法的关键。基于Newmark滑动理论、超孔隙水压力应力模型和累积损伤原理,建立饱和回填砂土中超孔压比时程计算模型,以及墙体滑动和转动临界加速度时程计算模型。基于所建立的模型,提出用于计算饱和回填砂土重力式挡土结构滑动和转动位移的计算方法。采用该方法,分析土体参数和地震动参数对墙体滑动及转动位移的影响,并对墙体滑动与转动的耦合作用进行研究。结果表明,填土不发生液化的情况下,滑动位移对土体相对密度和墙体与地基土间的摩擦角十分敏感;转动位移对输入地震的震级、水平加速度和竖向加速度、填土的内摩擦角、墙背摩擦角和相对密度均较为敏感。超孔隙水压力对墙体滑动和转动位移的影响不可忽视。在地震作用下墙体与墙后填土破坏土楔体共同运动的假设条件下,墙体滑动与墙体转动相互抑制。     

衡重式挡墙的模型试验及其土压力计算

本文利用铝棍作为模拟材料,在模型中观测分析了平面条件下衡重式挡墙后纯松散填料的滑动网特征,以及局部荷载对滑动网出现范围的影响和规律。指出了在计算衡重台以上部分的土压力时,应当考虑土体中有所谓第二滑动面的存在。本文结合铁路路基挡墙的各种边界条件,在库伦理论的基础上并考虑到第二滑动面的存在,推导了有关计算最不利滑动面倾角及相应的最大水平土压力的公式,推导了铁路路堤墙和路肩墙等不同条件下,区分滑动面出现范围的边界方程式。这些公式亦可用于一般局部荷载下土压力的计算。     

主动平移模式下墙后非饱和砂土破坏模式及侧向土压力分布试验研究

在主动平移模式下，开展一系列不同墙面粗糙度和砂土含水率情况下刚性挡墙主动土压力室内模型试验，通过渗压计和土压力盒分别监测了基质吸力和土压力的变化，并基于DIC图像关联技术获取破裂面位置，进而分析了基质吸力和界面粗糙度对主动土压力和土体破裂面形状的影响。试验结果表明：随着含水率增加，砂土破裂面逐渐向外移，原因在于当砂土基质吸力大于其进气值时，吸应力随基质吸力的增大而减小，进而使土体抗剪强度降低；达到主动极限状态后，破裂面过墙踵，但比库仑破裂面要浅，二者差异随基质吸力减少而增小；墙土界面摩擦对滑动破裂面形状的影响很小。此外，主动土压力在墙体中上部区域，随着深度增加而近似呈线性增大，但在墙踵附近区域，松砂传递的摩阻力使土压力出现略有减小；实测主动土压力值始终小于库仑主动土压力值，其差值随着含水率的增大而增大；相比摩擦角的影响，吸应力对土压力作用更为明显。     

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。     

砂性土中顶管开挖面最小支护压力的计算

由于圆形顶管掘进机的长高比为1,开挖面破坏时会形成卸荷拱,滑动块是一个形状复杂的截柱体,并非楔形体模型假定的三角形楔体.假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱.采用太沙基松动土压力理论,根据滑动块的整体受力平衡,推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式.算例分析表明,该方法的计算结果要小于楔形体模型的计算结果,更接近离心模型试验结果.     

悬臂式挡土墙主动土压力研究

在填土水平且无粘性条件下,通过水平微元法推求悬臂式挡土墙后四边形滑动土楔形成的主动土压力,得到主动土压力合力作用点高度以及方向的变化规律,并利用数值分析方法得出破裂面倾角的计算公式。结果分析表明：主动土压力系数随土体内摩擦角和墙体倾角的增大而减小,墙土摩擦角的影响较小;计算所得主动土压力小于朗肯、库伦土压力;主动土压力呈凸曲线型分布,作用点高度大于三分之一墙高。