土压力系数与摩尔库仑强度准则内在联系研究

通过对挡土墙后土体某点的受力分析,推导计算了静止土压力,并探讨了朗肯主动土压力与被动土压力,研究了土压力系数和摩尔库仑理论的内在联系,对土压力理论研究与工程计算有重要的意义。     

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。     

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。     

粘性土朗肯主动土压力理论的应用问题

本文通过挡土墙的计算实例,引出挡土墙高度判别式,揭示朗肯总主动土压力分布规律及其计算步骤。同时更新了主动土压力强度示图,使朗肯主动土压力概念更加明确。     

传统挡土墙设计的可靠性分析

长期以来，挡土墙的设计一直依据朗肯或库仑土压力理论。为得到闭合解，这些传统土压力理论均似定均质土体，实际上，土体性质是空间变化的，这样设计中就隐含两个问题：(1)取样获得的土体性质能否完全反映墙后所有填土的性质；(2)土体性质的空间差异是否会导致主动土压力与传统方法预测的结果有很大差别。本文把非线性有限元和随机场模拟结合起来，研究了这两个问题，并对目前设计方法的安全性进行了评价。本文对一个二维、墙壁光滑的挡土墙进行了实例研究，墙后是排水的无粘性填土，该挡墙用朗肯土压力理论进行滑移计算。设计所用的摩擦角和土体重度在模拟的随机场中某一位置取样获得，并被当作有效土体参数用于朗肯模型中。当修正后作用在挡土墙上的朗肯土压力小于实际土体参数的随机有限元计算结果时，挡土墙破坏。本文借助蒙特卡罗模拟方法，将传统设计方法的破坏概率用一个包含安全系数和土体空间变异性的函数评估。     

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。     

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 。     

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。     

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。     

复杂条件下挡土墙主动土压力解析解

基于库仑理论的平面滑裂面假设,综合考虑填土具有黏聚力和内摩擦角、挡土墙墙背和填土面均倾斜、填土与墙背间具有摩擦和黏着力、填土浅表具有张拉裂缝和表面有连续均布超载的复杂情况,采用薄层单元法,导出了作用于挡土墙上的主动土压力的解析解,可适用于黏性和无黏性填土的复杂条件;且证明现行经典朗肯理论和库仑理论主动土压力是解析解相应简化假设下的特例。多个工程实例计算均表明,公式计算结果与实测主动土压力非线性分布曲线吻合良好,因而解析解对实际工程中主动土压力的计算精度是可靠的,具有推广应用价值。     

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。     

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。     

三向应力作用下的Rankine被动土压力公式

基于Mohr-Coulomb理论推导的Rankine被动土压力计算公式,只考虑大小主应力的影响,没有考虑中间主应力的影响,而三向应力作用的双剪强度理论克服了Mohr-Coulomb屈服准则的不足,使被动土压力公式在三向应力作用下推导出来,更加符合实际,实例演算表明三向应力状态下的被动土压力值大于经典Rankine被动土压力值,计算结果用于设计更偏于安全。     

基于联合强度理论的主动土压力计算方法

考虑结构性黄土的抗拉强度和有限土体对土压力的影响,推导了抛物线加直线形式的联合强度理论。基于此强度理论,建立了土体主动极限平衡状态,推导了无限土体主动土压力的计算公式;通过滑动块体理论推导了有限土体主动土压力的计算公式。通过算例对公式进行了验证比较,研究结果表明:基于联合强度理论计算的土体开裂深度明显小于朗肯土压力理论的开裂深度,且基于联合强度理论土体应存在拉应力区,在此区域内,挡土墙与土体存在胶合力的情况下,需考虑挡土墙受到的拉力和因此导致的局部应力集中;有限土体的土压力小于朗肯主动土压力,且随着挡土墙与既有构筑物距离的增加,有限土体土压力趋近于无限土体土压力。基于联合强度理论和有限土体理论建立的主动土压力计算方法能更合理地评价黄土的主动土压力。     

浅圆仓侧压力计算的虚位移法

浅圆仓散料侧压力一般采用Rankine和Coulomb土压力理论计算,而Rankine理论和Coulomb理论适合于直线挡墙。散体不同于流体,其对侧墙有摩擦力作用,侧压力沿高度的分布不可能是线性的。基于此,依据能量原理,考虑仓壁摩擦,按虚位移法,得到浅圆仓侧压力的计算公式。通过算例,将计算结果与实仓试验结果、Rankine和Coulomb公式计算结果、有限元计算结果进行对比,表明本文计算方法是合理的。     

一种新浅圆仓散料侧压力非线性分布分析

浅圆仓散料侧压力一般采用Rankine或Coulomb土压力理论计算,而Rankine理论和Coulomb理论适合于直线形挡墙,对仓壁这样在平面上投影为圆形的墙不一定适用,况且,在应用上述理论时往往假设侧压力沿墙高是线性分布的,但众所周知,散体不同于流体,其侧压力沿高度的分布不可能是线性的。基于此,采用楔体单元模型,考虑了楔体侧面法向力的作用,基于滑动楔体极限平衡方法,研究浅圆仓散料侧压力的实际分布规律及计算方法。首先得到散粒体作用在单位弧长的墙壁上的合压力,然后通过严格的数学推导,求得侧压力的曲线分布规律。文中公式由于考虑了模型侧面法向压力的作用,理论基础更加完善,与实测数据符合更加良好,与现有其它方法比较也显现出该方法的优越性。     

软弱地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙数值模拟

 基于软弱地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立原型挡墙三维精细化有限差分数值模型,探讨挡墙在上覆荷载作用下的性状及受力机制。研究结果表明,数值模型计算结果与离心模型试验结果吻合较好,显示该型挡墙具有很好的承载性能,能适应软弱地基的大变形;挡墙在上覆荷载下产生的变形增量和结构受力与填土内部潜在滑移面位置密切相关,当潜在滑移面位置超过连接件埋深范围时,连接件作用降低,使得挡墙变形和筋材拉力增量明显增大,不均匀沉降显著,而刚性墙面墙背水平土压力和连接件拉力减小;由于“张力膜效应”,下面布置有连接件的筋材较下面无连接件的筋材,其拉力要大一些;上覆荷载引起的作用在组合墙面上的水平荷载可采用朗肯主动土压力计算,设计上,宜按连接件多承担水平荷载考虑。     

挡水墙结构水池桩基受力实测及与计算结果对比分析

结合某污水处理工程水池桩基受力检测的实测数据,通过对挡水墙结构水池的刚体结构计算模型和连续梁计算模型两种计算结果与工程实测值的分析对比,得出了对设计计算具有实际指导意义的结论.同时,对刚体结构计算模型中受力底板与构造底板分界点的位置进行了分析.     

不同位移模式刚性挡墙主动土压力研究

假定挡墙后填土沿墙高任一点处侧压力与其水平位移成线性关系,将土体看作是一系列弹簧和理想刚塑体的组合体。在此基础上,分析了挡墙位移模式,改进了Coulomb理论,提出了不同位移模式下刚性挡墙主动土压力非线性分布计算方法。该方法计算合力大小和Coulomb理论计算相等,主动土压力分布和合力作用点位置随挡墙位移模式变化而不同,计算结果和实测结果吻合较好。该方法对刚性挡墙土压力计算具有理论价值。