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。     

考虑中主应力影响倾斜填土面朗肯土压力参数的敏感性分析

挡土墙后填土面为倾斜时,朗肯土压力理论应用很少。经典的各种土压力理论是基于Mohr-Coulomb强度准则得出的,没有考虑中主应力的影响。首先推导了填土面倾斜时的朗肯主动和被动土压力的计算公式;根据平面应变假设确定了中主应力σ2=ν(σ1+σ3),在此基础上推导了统一强度理论下的材料强度指标计算公式,利用该公式可将Mohr-Coulomb强度准则下的材料强度指标转化为考虑中主应力效应的统一强度理论下的材料强度指标;最后通过一算例采用正交试验设计对反映中主应力影响的中间主剪应力系数、泊松比、填土面倾角、黏聚力、内摩擦角、重度6种因素进行了敏感性分析。结果表明:影响朗肯主动土压力强度的6种因素从大到小分别为:重度、中间主剪应力系数、黏聚力、内摩擦角、倾角、泊松比;影响朗肯被动土压力强度的6种因素从大到小分别为:内摩擦角、中间主剪应力系数、泊松比、黏聚力、倾角、重度;中主应力对朗肯土压力计算结果的影响是一个不可忽视的重要因素。     

有限土体主动土压力计算

 建立在半无限土体假定基础上的朗肯、库仑土压力理论并不适用于有限土体土压力的计算。根据实际情况,建立有限土体土压力计算模型,基于极限平衡理论及平面滑裂面假定,在考虑土黏聚力及有限土体宽度的基础上,推导有限土体滑裂面剪切破坏角的数学表达式,并建立有限土体主动土压力计算公式。所建立的计算公式表明,有限土体滑裂面剪切破坏角不再是库仑土压力理论给出的定值45°+j/2,而是一个变量,与计算深度、土内摩擦角、土黏聚力及有限土体宽度有密切关系。通过算例分析发现,有限土体滑裂面剪切破坏角随深度增加成非线性增长;而与土黏聚力和有限土体宽度成负相关;随着土内摩擦角的增大,剪切破坏角先是减小,随后增大。最后,将有限土体土压力计算结果与朗肯土压力进行对比,证实了有限土体主动土压力计算公式的合理性。     

基于SMP准则的土体三维应力状态土压力问题

基于SMP准则,分析了土体处于三维应力状态下的土压力问题,推导出无粘性土的主被动土压力的计算公式,通过引入粘结力σ0将其扩展到粘性土,和实测数据及朗肯理论计算结果进行了对比。结果表明:朗肯土压力理论所得的主动土压力偏大,采用本文公式计算所得结果更为接近实测值,从而说明考虑土体三维应力状态对分析土压力的设计计算具有一定的指导意义。     

有限黏性土体主动土压力计算分析

当拟开挖基坑距已有建筑物地下室较近时,基坑支护结构承受的是有限土体的土压力,此时土压力不能采用建立在半无限假定基础上的朗肯理论或库伦理论进行计算。根据实际情况,建立有限黏性土体土压力计算模型,基于极限平衡理论及平面滑裂面假定,考虑地下室侧壁与有限土体间的相互作用力以及填土裂缝的基础上,建立有限黏性土体主动土压力计算公式,推导出有限黏性土体主动土压力系数表达式。通过与数值模拟结果及以往计算方法结果对比分析,考虑填土裂缝影响的黏性土体主动土压力计算方法更加符合实际。     

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。     

临近地下室外墙的挡土墙主动土压力研究

关于考虑土拱效应的临近地下室外墙影响下的挡土墙主动土压力的研究目前已经取得了很多成果,但对考虑地表附加应力影响时的研究还有较多的不足。研究发现,考虑地表附加应力时挡土墙后破裂土体的平均竖向应力σ_v的求解公式与地表到墙后土体破裂面的最短距离H₁和张拉裂缝的深度zc的正负以及两者之间的关系有关,以此为基础将该问题分为4种情况进行研究,推导出了各情况下相应的σ_v的求解公式,并得得到了其相应的主动土压力计算公式;同时,通过对主动土压力积分推导出了各情况下相应的主动土压力合力和倾覆力矩的计算公式,由此可以计算合力作用点的高度。算例表明,地表附加应力的存在会对主动土压力的分布以及合力作用点的位置有较大的影响,证明了本文研究的必要性。     

双剪统一强度理论在土压力计算中的应用

基于双剪统一强度理论 ,将挡土结构与土相互作用问题视为空间问题 ,推导出了黏性土与无黏性土的主动土压力与被动土压力的计算公式 ,并讨论了加权系数b对主动土压力的影响。为验证公式的可行性 ,通过工程实例将计算结果和采用朗肯土压力理论所得的计算结果及实测结果进行了对比 ,对比表明 :朗肯土压力理论所得的主动土压力偏大 ,当b =0 .5时 ,采用公式所得结果比朗肯土压力理论所得结果更接近实测值 ,从而说明本文公式对挡土结构的设计有一定的指导意义     

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。     

基于统一强度理论朗肯土压力的计算研究

 采用双剪统一强度理论主应力型表达式和平面应变假设,首先将挡土墙土压力问题视为平面应变问题,通过广义虎克定律确定出中主应力 ,并根据朗肯土压力分析原理确定出另外一个主应力,最后结合双剪统一强度理论主应力型表达式分别推导朗肯主动土压力和被动土压力的计算公式。该公式除了引入考虑中主应力影响的系数b,还通过广义虎克定律把材料的泊松比 引入朗肯土压力计算公式中。经典的朗肯土压力计算公式仅为该统一解的特例。该统一解可以灵活地运用于各种不同特性填土材料的土压力计算。最后通过一算例讨论不同权系数b对计算结果的影响。分析表明：采用经典的朗肯被动土压力理论所得到的结果是偏小的,而采用经典的朗肯主动土压力理论所得到的结果是具有一定的安全储备;双剪统一强度理可以更好地发挥材料的强度潜力,可取得一定的经济效益。     

竖向分层非饱和土主动土压力的计算与分析

为了减小经典库仑土压力理论与实际工程中竖向分层土压力之间的误差,在传统库仑土压力理论和有限土压力理论的基础上,考虑了非饱和土的强度特性,建立了挡土墙后竖向分层填土的静力学平衡关系,得到了竖向分层填土的主动土压力的计算公式.通过与现有理论对比分析,验证了本文理论的正确性.分别分析了填土性质参数及挡土结构几何参数对土压力的...     

地震动土压力水平层分析法

Mononobe-Okabe公式是挡土结构设计中关于侧向动土压力计算的常用方法。但Mononobe-Okabe公式的诸多假设使得其公式适用范围受限,而且无法给出地震动土压力合力作用点位置及地震动土压力强度沿墙背分布情况。为弥补以上不足,基于Mononobe-Okabe平面破裂面假设,采用水平层分析法推导地震条件下主动和被动土压力合力及其作用点位置、土压力强度分布公式,并采用图解法得到临界破裂角的显式解答。公式考虑水平和垂直地震加速度、墙背倾角、挡墙墙背与填料黏结力和外摩擦角、均布超载等诸多因素,可以适用于黏性土和无黏性土的主动和被动土压力计算。分析结果表明,地震条件下土压力强度沿墙高为非线性分布,在相应简化假设条件下公式与Mononobe-Okabe公式完全一致。     

考虑土拱效应的挡土墙空间土压力研究

 研究表明土拱效应是影响挡土墙土压力分布的一个重要因素,但目前关于空间条件下考虑土拱效应的挡土墙土压力研究还很少。通过将土拱效应原理引入顾慰慈等建立的空间土压力计算模型建立了考虑土拱效应的空间土压力计算模型,并将该模型划分为I、II、III、IV四个区域,通过在各个区域内取水平微分单元体,建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程,推导出了各区相应的挡土墙空间主动土压力计算公式,该公式可以计算出墙背任意位置的主动土压力;并提出了空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。通过算例计算可以直观的看出挡土墙后主动土压力的空间分布,由此可以看出,当空间效应存在时考虑土拱效应的挡土墙主动土压力沿墙长的分布与平面应变条件时有很大的不同,此时挡土墙两端附近区域的主动土压力远小于平面应变条件下计算出的主动土压力,同时可以看出考虑空间效应的挡土墙主动土压力合力作用点要比平面应变条件下的位置要高,挡土墙长高比B/H越小空间效应对主动土压力沿墙长的分布和主动土压力合力作用点位置的影响越大。     

关于《建筑边坡工程技术规范GB 50330—2013》的讨论

针对《建筑边坡工程技术计规范》(GB 50330—2013)中的一些问题进行了讨论。指出该规范的一些不足、不当及不对之处。指出关于锚杆的抗拉和从砂浆中的抗拔设计应当使用分项系数法,而不是安全系数法;在安全系数法设计中,抗力应使用极限抗力的标准值,而非设计值。该规范所列的一些主动土压力计算的半经验公式,主要是源于无限斜坡的朗肯土压力理论解,但主动土压力的方向不正确,会造成较大的误差。在饱和黏性土边坡的稳定分析中,使用饱和重度与固结不排水强度指标的水土合算是错误的,有害的。     

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。     

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。     

考虑吸应力非线性非饱和的无粘性土主动土压力模型

挡土墙背后的填土往往是非饱和土。在稳态流条件下,非饱和土含水量铅直分布呈现非线性变化规律。通过对库仑土压力理论基本假设进行补充,采用条分法划分土楔体,在忽略条间力的前提下,利用静力平衡条件,结合抗剪强度公式、基质吸力铅直分布公式等辅助条件,建立考虑吸力非线性分布的无粘性土主动土压力计算模型,并对模型进行检验与计算。结果表明:库仑土压力公式是将整个土楔体视为单一土条推导得到的,是本文所建立模型的一个特例;无粘性土主动土压力随比流量和地下水埋深的增大均呈现先递减后增大的变化趋势。     

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。     

应用断裂强度理论模拟基坑开挖过程及实测数据分析

基坑开挖过程中，在支护结构背后、土层表面或自然边坡的顶部，经常会观测到有裂缝存在，但以往的有限元方法对裂缝的存在和影响认识不足。在分析土体破坏机制的基础上，应用断裂强度理论作为土体的破坏准则，充分考虑裂缝的存在和不利影响，建立土体开裂后的本构关系，并开发了二维弹塑性有限元程序PLST。结合天津国际贸易大厦基坑工程的现场测试结果，应用该程序对其基坑开挖过程进行模拟分析，将计算结果与实测结果进行比较，得出了相关结论。