有限宽度土体被动土压力及滑裂面试验研究

采用无黏性砂开展平动模式(T模式)、绕墙底转动模式(RB模式)、绕墙顶转动模式(RT模式)下有限宽度土体模型试验,利用微型土压力计测试了移动挡墙上的土压力,利用数字图像相关法分析土体变形图像得到了剪切应变(滑裂面)、水平和竖向位移等变形特征。结果表明:(1)T模式下,有限宽度土体滑裂面经过移动挡墙墙踵、固定挡墙墙顶,被动土压力值大于库仑被动土压力,位于挡墙下部H/3范围的土压力受B/H影响较大;(2)RB模式下,滑裂面呈现为以挡土墙顶为中心的多道弧线,弧线半径为H/3~H,被动土压力为“鼓”形分布,当B/H≤1.0时,受固定挡墙影响,滑裂面半径缩小;(3)RT模式下,滑裂面线型特征与T模式相似,被动土压力较大值位于挡墙下部,当B/H减少时,挡墙下部土压力值增大,土体滑裂面范围缩小;(4)不同被动变位模式下,土体位移均可形成大小不同的水平土拱、竖向土拱,土拱形状和大小与变位模式、B/H均密切相关,两土拱的外边缘与滑裂面曲线基本一致。     

基于室内模型试验的锚拉式挡土墙力学特性研究

为了研究锚拉式挡土墙在非极限状态下土压力分布及墙体位移变化规律,从力学角度分析了锚拉式挡土墙的作用机理,并基于加筋原理揭示了设置锚杆具有提高墙背土体强度的作用。设计制作了室内模型试验装置,开展了一系列不同预应力水平、不同竖向荷载及二者耦合作用的室内试验。通过分析试验数据,得到了不同影响因素下的土压力合力变化规律及合力作用点位置。结果表明:锚拉式挡土墙由于锚杆的侧向约束作用,墙背土压力峰值出现在锚杆位置处; 分级施加竖向荷载,墙身呈现底部位移略大的平动模式(T模式)外倾; 分级施加锚杆预应力,墙身呈现底部位移略大的向外平动位移模式(T模式); 二者耦合作用下,墙体呈平动叠加绕墙底转动模式(T+RB模式)内倾,但位移量较小; 墙背土压力在预应力、竖向荷载及二者耦合作用下均介于静止土压力与被动土压力之间; 所得结论对工程实践具有指导意义。     

不同位移模式下衡重式路肩墙离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式路肩挡土墙为原型,设计了墙体在平移(T)、绕墙趾转动(RB)、绕墙顶转动(RT)以及平移与绕墙趾转动复合形式(T+RB)4种位移模式的土工离心模型试验,讨论了挡墙位移模式对墙背土压力和路基填土变形的影响,分析了墙后不同深度土体进入主动状态的进程,试验表明:1位移模式对上墙土压力大小及分布形态基本无影响,但上墙浅层土体在挡墙位移与墙高比值小于0.3%~0.5%时,存在墙–土摩擦引起的土拱效应,使水平土压力系数增大;2由于衡重台的存在,对下墙距衡重台约1/3下墙高度范围的土压力有遮蔽作用,其结果是降低了土压力合力作用点位置;3位移模式对填土沉降有明显影响,在墙体位移最大值相同时,T位移模式的填土沉降明显大于RB和RT位移模式,而RT位移模式,衡重台向下偏转,促进了填土下沉,最终使其填土沉降大于相同位移面积的RB位移模式,也更容易使上墙出现第二破裂面。     

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。     

不同位移模式下挡土墙的模型试验及数值模拟

 使用角钢和高强度的有机玻璃,结合按照原型比例设计的尺寸,自制挡土墙模型箱。测试挡土墙在不同运动状态下,墙后土体的水土压力分布,获得剪切带的细观参数。在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对砂土挡土墙进行离散元仿真模拟。研究不同位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT),以及2种组合位移模式：绕墙底以下某点转动(RBT)、绕墙顶以上某点转动(RTT)下挡土墙被动破坏机制。分析挡土墙运动过程中侧压力的变化、土体位移场和变形以及挡土墙到达一定位移时颗粒集合体内部的剪应变率分布。通过对比分析模型试验结果与数值模拟结果,结果表明,墙后土体水土压力的模拟结果与试验结果吻合很好,反映水土压力的分布规律。     

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。     

刚性挡土墙土压力与位移关系试验研究

通过室内模型试验,实测了挡墙绕墙底转动模式下土压力的相关数据,绘制出土压力沿墙高的分布曲线,研究挡土墙位移对土压力的影响,并比较分析了土压力与位移之间的关系。     

岩石基坑内的填土作用在地下室外墙上的土侧压力实用计算方法

挡土墙后的土侧压力必须按照挡土墙在土压力作用下的可能位移情况来区别对待。当挡土墙在土压力作用下有位移时,随着位移的增大,墙后土压力将逐渐减少,当位移达到一定数值时,土体内出现滑裂面,墙后填土达到主动极限平衡状态,此时作用在挡土墙上的土压力为主动土压力。     

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。     

浸水条件下有限土体土压力试验研究与数值分析

采用自主设计自动控制模型箱,开展了墙后有限宽度浸水无粘性土体在绕墙底转动、平动及绕墙顶转动3种位移模式下的主动土压力试验,并通过ABAQUS进行数值模拟,分析研究了墙后不同宽度土体的破坏形式及其土压力分布规律。研究结果表明,3种位移模式下,有限土体宽度较窄时破裂面被固定挡墙截断,随着填土宽度的增加破裂面开始延伸至填土表面,并最终稳定于库伦破裂面内侧。3种位移模式下的有限土体土压力分布均明显小于水土分算值,且随填土宽度的增加而逐渐接近水土分算理论值;绕墙底转动时土压力分布接近三角形分布,平动时土压力随土体宽度增加渐呈“勺型”分布,而绕墙顶转动时则呈“S”型分布规律。     

挡墙土压力及其分布影响因素的研究

利用依托工程完整的挡墙温度、位移和土压力观测资料研究了挡墙土压力及其分布的影响因素,首先利用实测资料反演分析确定了计算参数,继而进行挡墙温度应力仿真分析,研究了挡墙所支挡的堆石体高度、挡墙位移和气温对挡墙土压力及其分布的影响,指出在挡墙所支挡的土石体作用基本不变的情况下,气温是影响挡墙土压力分布的重要因素,进一步揭示了挡墙的工作机理和挡墙土压力周期性变化的原因。     

强地震荷载作用下临水挡土墙的拟动力法稳定性分析

 假设墙后填土破坏面为曲面,用正弦波模拟地震加速度时程曲线,采用拟动力法对临水挡土墙进行稳定性分析,确定了挡土墙和墙后填土所受的阻尼力和惯性力,获得地震荷载作用下挡土墙的被动土压力、抗滑和抗倾覆稳定性系数的封闭形式解析解。定量分析地震加速度、放大系数、墙后填土的物理力学参数和动水压力对挡土墙的滑动位移、挡土墙的抗滑和抗倾覆稳定性系数的影响,得出当地震加速度、放大系数越大,水位越高,内摩擦角越小,临水挡土墙的稳定性越差。     

核电站常规岛地下挡土墙土压力模型试验研究

以广东台山核电站常规岛混凝土阶梯型挡土墙为原型,根据相似理论建立1∶10的试验模型,对比研究阶梯型直墙结构和阶梯型拱墙结构在不同边坡坡度及施工荷载组合工况下的土压力、位移和水压力分布特征。研究结果表明:(1)2种结构型式的挡土墙在各工况条件下,实测土压力均大致呈直线分布,埋深越大则其土压力值越大,且一般小于朗肯土压力理论值和静止土压力理论值。同时在施工吊装荷载作用下,在不同深度范围内会产生附加应力,大小为0.5～2.5 kPa。(2)实测位移随深度增加而减少,并可忽略施工吊装荷载的影响。在某一工况条件下,挡土墙墙顶处位移值最大。在不同工况条件下,无边坡限制条件下的位移最大,而对于有边坡限制的情况下,边坡坡度越大则位移值越小。(3)实测水压力与理论值的分布特征和大小基本一致,同样可忽略施工吊装荷载和结构型式的影响。(4)在各工况条件下,阶梯型拱墙结构挡土墙支墩和拱板处土压力均小于直墙结构挡土墙,差值为0～3 kPa,而2种型式挡土墙位移及水压力的分布特征和大小基本一致。该结论可为今后类似工程设计与施工提供一定的参考。     

刚性挡土墙地震失效模式的数值研究

采用离散元方法建立了某刚性重力式挡土墙的数值模型,并根据室内材料试验结果标定了数值模型的微观参数,使数值模拟结果建立在可靠的参数选择基础上。利用颗粒流软件的微观实时测量优势研究了地震荷载作用下挡土墙的失效模式。研究结果表明:加载初期,挡土墙在墙后动土压力、自身地震惯性力和基础摩擦力的作用下保持稳定;随着加速度峰值的增大,动土压力的波动偏离静土压力并逐渐增大,挡土墙发生水平滑移和旋转,当基础破坏后挡土墙还将发生竖向位移。     

地震荷载下重力式挡土墙的抗倾覆稳定性分析

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法推导了地震荷载作用下的主动土压力计算公式,并给出了地震土压力沿墙高的分布及土压力合力作用点的位置。在此基础上提出了重力式挡土墙的抗倾覆稳定性验算公式,为实际工程中挡土墙抗震设计提供了理论依据。稳定性分析结果表明,随着水平地震荷载的增大,抗倾覆稳定性显著降低。     

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。