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。     

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。     

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。     

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。     

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 。     

二维渗流情况下朗肯与库仑土压力理论的比较分析

计算挡土墙的土压力时常用朗肯理论和库仑理论，当墙后填中存在二维渗流时，作用在墙背上的土压力和总压力会因渗流和水压力的存在而改变，此时朗肯理论和仑理论的计算结果也会有差别，通过具体算研究二维渗流情况对墙土压力和总压力的影响，比较分析了朗肯理论和库仑理论在此情况下的计算结果。     

L型挡土墙主动土压力计算的基底摩擦系数折减有限元法

提出了通过将基底摩擦系数进行折减,按与传统刚塑性体极限平衡理论相对应的变形体极限平衡理论,采用有限元接触模拟算法进行L型挡土墙主动土压力计算的方法。按照该方法,利用著名非线性有限元分析软件ABAQUS进行了实例计算,以数值模拟手段揭示了坦墙后第二滑裂面的存在,证实了理论上的假设。真实揭示了符合坦墙条件的L型挡土墙后填土中第一和第二滑裂面的位置,且揭示对不严格符合坦墙条件的L型挡土墙,其填土中可能出现第三滑裂面。该方法具有理论上的严密性,而且算例计算比较表明,可更为准确合理地计算出L型挡土墙立板上主动土压力的分布形式及大小,较朗肯土压力理论更加可靠,现行朗肯理论计算的抗滑移稳定安全系数偏于保守,而抗倾覆稳定安全系数偏于危险。同时,该方法计算效率较高,因而具有良好的应用前景。     

挡土墙地震主动土压力的解析解

地震主动土压力公式用微分薄层法来推出,填土料为黏土,挡土墙竖直,填土面水平,填土和墙背有粘聚力c和内摩擦角φ作用,墙后破坏体存在竖直和水平两个方向的加速度,目前所见的地震和非地震的主动土压力都是这个公式的特例。对以上条件下的挡土墙用过墙踵的破坏体作静力平衡分析(如朗肯分析),获得的总土压力与文中微分薄层法获得的总土压力一样,但微分法作用点位置显著增高。因此在设计抗震和非抗震挡土墙时要特别注意。     

朗肯土压力局限性的有限元法分析

针对挡土墙上主动土压力计算方法中朗肯理论的局限性,运用有限元法对其进行了分析,以Mohr-Coulomb准则作为屈服准则进行计算,得出设计时如无实测资料,用有限元计算的土压力比用朗肯理论计算出的土压力更安全。     

墙后填土有超载情况下朗与库仑土压力理论的比较分析

朗肯土压力理论和库仑土压力理论是计算土压力问题的基本理论，在工程中应用非常广泛，在应用时应当注意针对实际情况进行合理选择，否则将会造成不同程度的误差，本文通过算例对挡土墙墙后填表面有超载情况下的土压力计算进行讨论。希望有关工作有助于加深对朗肯理论和库仑理论的理解。     

地震条件下成层黏土挡墙土压力及其分布的微分薄层法

研究了地震条件下分层土挡土墙土压力的计算方法,经与朗肯、库伦土压力理论公式的计算结果相比,有很好的吻合性。以往所研究的解析解均是针对单一、均质、各向同性填土推导的,而文中计算公式和方法则可适用于多层不同性质填土的挡土墙土压力的计算。并且与以往相关研究的结论—-即主动土压力合力的作用点位置高于朗肯、库伦土压力合力作用点位置,主动土压力合力的作用点位置高于朗肯、库伦土压力合力作用点位置是一致的。提出的方法适用于多层性质不一样填土的挡土墙土压力的计算,有一定实用意义。     

层状粘性填土的主动土压力的理论研究与计算分析

基于水平层分析法,考虑墙后分层填土的滑动变形协调条件,建立了关于墙后分层粘性填土的挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并于朗肯理论公式进行了比较分析。另外,通过算例进行验证,得出墙后填料为两种粘性土时应采取的正确填筑方法。     

柔性挡土结构空间土压力性状的三维有限元分析

为了研究基坑开挖对柔性挡土结构土压力空间分布规律的影响,进而为基坑的设计与安全防护提供相应依据,用ABAQUS建立基坑开挖的有限元模型,分析基坑开挖对挡土结构“单片墙”空间土压力的影响。考虑了不同刚度、有无支撑、不同开挖深度对挡土墙不同部位的土压力分布和挡土墙位移的影响,并将挡土结构三维土压力分布规律与二维数据进行了对比,验证了三维有限元模拟的必要性,对比了加支撑与否对基坑土压力空间分布的影响。结果表明:“单片墙”主动区土压力呈马鞍状分布,挡土结构后部土体的影响范围和下部土体的影响范围都约为2倍开挖深度;支撑结构极大地限制了墙后土体危险区域的范围,但是对墙下土体的限制作用并不是很明显。     

有限土体土压力的计算探讨

常规土压力计算均建立在半无限土体假定的基础之上,而对于有限土体一般仍沿用常规的朗肯、库仑土压力理论,这与实际情况有一定的差异。本文基于土的塑性上限理论,给出一种有限土体压力的计算公式,并与朗肯土压力计算结果进行了对比分析。     

挡土墙被动土压力的库仑统一解

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,指出库仑土压力理论存在的一些缺陷,明确提出极限土压力是由墙后塑性土体产生,并假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,建立了更为完善的滑楔分析模型,求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙被动土压力、滑裂面土反力以及它们的分布。经典库仑和朗肯被动土压力为其特例。     

粘性土压力计算公式的修正

根据挡土墙后滑动楔体的力系平衡分析,导出了粘性土压力的一般计算公式,修正了朗肯土压力理论计算出的主动土压力偏大的误差,不仅使计算结果更能反映出挡土墙的实际受力,而且能降低工程造价。根据朗肯土压力理论设计计算挡土墙或基坑支护中的主动土压力都偏大,导致这些支挡结构     

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.     

一个土压力的理论计算公式

假设墙面垂直，墙后土体面水平，采用土坡稳定条分法的思想，得到了一种土压力计算的解析式。当土体为砂性土时，即粘聚力为零时，本公式为库伦公式；当墙面与土体光滑接触时，本公式为朗金公式；当墙与土体光滑接触，无论土体是砂性土，还是粘性土，本公式都适用。墙与土体非光滑接触的引入，对挡土墙的设计与计算将带来有利的影响，但本公式用到的计算参数，有待进一步的工程实践。     

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。     

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。