悬臂式挡土墙地震主动土压力拟动力分析

地震作用下悬臂式挡土墙主动土压力的计算十分重要。为了分析悬臂式挡土墙在地震荷载作用下主动土压力分布情况,基于滑楔体平衡理论,考虑水平、竖向地震力随时间变化对地震主动土压力的影响,运用拟动力学方法,推导出地震主动土压力、第二临界破裂角的计算公式,并研究挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、墙体倾角等参数对地震主动土压力系数和临界破裂角的影响。研究结果表明:第二临界破裂角随竖向地震力系数、挡土墙后方填土内摩擦角的增大而增大,随水平地震力系数、挡土墙与后方填土摩擦角的增大而减小;地震主动土压力随水平、竖向地震力系数的增大而增大,随挡土墙后方填土内摩擦角的增大而减小。     

刚性挡土墙地震主动土压力的非线性分布

以Mononobe-Okabe假定为前提,利用水平层分析法,建立了地震荷载作用下刚性挡土墙平移模式下的主动土压力强度的一阶微分方程,并求得非线性分布解.所得合力公式与Mononobe-Okabe公式完全相同.分析结果表明,地震系数对土压力强度分布有很大影响.另外,通过探讨填土的内摩擦角、墙背的摩擦角以及地震系数对主动土压力合力作用点高度的影响,认为Mononobe-Okabe理论对于平移模式下刚性挡土墙的抗倾覆稳定性是偏于危险的.     

地震作用下挡土墙主动土压力分布

在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的水平力、竖向力及地震力,建立挡土墙主动土压力基本方程,结合滑楔体力矩平衡条件,得到对应不同地震系数的侧压力系数,将其用于水平微分单元法,得到了地震荷载作用下挡土墙主动土压力理论公式.分析地震系数对土侧压力系数和土压力的影响,结果表明,土侧压力系数随水平地震系数增加而增大;当竖向地震系数小于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而减小,当竖向地震系数大于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而增大;随着竖向地震系数的增大,水平土压力强度最大值逐渐减小,随着水平地震系数的增大,水平土压力强度最大值先递减后增大;随着竖向及水平地震系数的增大,水平土压力最大值位置向墙顶方向移动,靠近墙底处土压力强度相对减小,靠近墙顶处土压力强度相对增大.     

刚性挡土墙地震主动土压力的拟动力学分析

采用拟动力学方法的基本假定,考虑地震加速度的放大效应,利用水平层分析法,求得在地震荷载作用下随地震时间变化的主动土压力强度的分布解.将最危险滑动面倾角和合力作用点高度与传统方法进行比较,分析合力作用点时程曲线的特征,探讨水平加速度系数及加速度放大系数对土压力分布的影响.结果表明：采用该方法计算得到的滑动面倾角和合力作用点高度大于传统方法计算值;合力作用点高度在地震时是不断变化的;水平地震加速度系数及加速度放大系数均对土压力分布有很大影响,不考虑加速度的放大效应是偏于危险的.     

挡土墙后双层黏性土的主动土压力计算

针对挡土墙墙后为双层黏性土的情况,提出一种可靠的土压力计算方法.在平面滑裂面假设下,考虑填土黏聚力及填土与挡土墙墙背接触面上的黏着力,推导出双层填土的挡土墙主动土压力关于滑裂面倾角的计算表达式.在单层填土条件下将公式退化对比,表明该方法同样适用于单层填土的工况.通过算例将该方法的计算结果与工程实测值及分层法计算结果进行分析对比,结果表明,该方法的计算结果与实测值较符合.当填土为无黏性土时,可以采用改进分层法计算土压力;当墙后填土为黏性土时,改进分层法计算误差较大,建议采用该方法.     

路堤下盖板涵的竖向土压力分布

由于盖板在填土压力作用下发生挠曲变形,针对盖板涵对竖向土压力分布的影响,推导了盖板涵竖向土压力分布计算公式.假设盖板发生弹性挠曲变形,填土服从Winkler弹性地基条件,对盖板上修正的Marston填土涵洞竖向土压力分布进行了分析.结果表明,该修正公式考虑了盖板涵内外土柱差异沉降的应力集中效应,可计算由于盖板挠曲变形而引起的土压力重分布.通过对鹤大高速公路某盖板涵进行现场测试以及有限元数值模拟分析,结果显示盖板涵土压力的分布特点与本文理论分析相一致,且理论公式计算结果值与现场实测值吻合较好.     

无粘性土的地震主动土压力水平层法改进

为了研究主应力偏转对土压力的影响,基于拟静力法,考虑平移模式下挡土墙墙后土体的主应力偏转和土层间的水平剪力,改进水平层分析法,根据应力状态和静力平衡条件建立基本方程组,通过迭代搜索程序进行求解,计算得出滑裂面形状、地震主动土压力分布、土压力系数和合力作用点,并对其进行参数讨论．结果表明:对于无粘性土,搜索得到的滑裂面曲线形状近似直线,故简化计算时,采用平面滑裂面的假设比较合理;填土内摩擦角和水平地震作用对土压力分布的影响较大,墙土摩擦角和竖向地震作用影响相对较小．与传统拟静力法对比,两种方法所得的土压力分布基本吻合,但是,改进水平层法所得的曲线呈现非线性变化趋势．     

沟埋式矩形涵洞土压力及填土等沉面分析

填方工程中,填土在涵洞附近形成土拱,导致现有关于涵洞土压力理论计算值与实测值相差较大。为了探讨涵洞对填方工程变形的相互影响,对沟埋式涵洞顶部土压力及填土变形进行了对比分析,计算结果表明：沟埋式涵洞内土柱的竖向沉降小于外土柱的竖向沉降;沟埋式涵洞顶部土压力系数均大于1,且随沟槽宽度的增大而增大,当沟槽宽度为涵洞宽度10倍时,土压力系数已接近最大值;土压力系数随沟槽深度的增大而呈线性减小规律,当沟槽深度大于涵洞高度的2倍以上时,涵顶土压力可按上覆土重计算;涵洞侧壁受到的剪应力随着沟槽宽度的增加而增加,随着沟槽深度的增加而呈线性减小规律。     

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。     

粘性成层填土的主动土压力

为了考虑填土凝聚力及其与挡土墙墙背接触面上粘着力计算粘性成层填土挡墙的土压力,假设滑裂面为平面,运用数学、力学手段,推得了粘性成层填土挡墙的主动土压力计算公式,编制了相应的计算程序,进行了算例分析.结果表明:考虑与不考虑滑裂面上的凝聚力c及墙背上的粘着力cw,计算结果差异较大,该差异随着c、cw的增大而增大;公式精度可靠,应用方便.     

基于改进拟动力法的主动土压力分析研究

地震条件下土压力的获取在目前的研究中通常采用拟动力方法,此方法往往忽略了后填土介质的粘弹特性及自由表面零应力这个边界条件。为了弥补现有拟动力方法的不足,考虑地震波传播介质的粘弹特性,改进原有的拟动力法;进而推求含有超载角的倾斜挡墙的主动土压力及其临界破坏时的破裂角计算公式,分析了超载角、地震力系数等参数对临界破裂角及主动土压力系数的影响。结果表明:临界破裂角随竖直地震力系数的增大而增大;水平地震力系数、超载角、内摩擦角以及挡土墙倾角对挡土墙设计影响大。     

考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力

采用库仑土压力理论的假设,通过研究刚性挡墙绕墙底转动极限状态土体内主应力拱形状,计算了土层平均竖向应力和剪应力,得到了对应于不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数和水平摩擦系数的理论公式。将其用于水平微分单元法求解挡墙绕墙底转动时的主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,分析了填土内摩擦角和墙土摩擦角对土侧压力系数、水平摩擦系数、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了比较。     

Pseudo-dynamic analysis of overturning stability of retaining wall

A new method was presented to determine the safety factor of wall stability against overturning based on pseudo-dynamic approach. In this time-dependent method, the actual dynamic effect with variation of time and propagation of shear and primary wave velocities through the backfills was considered. Planar failure surface was considered behind the retaining wall. The results were compared with those obtained from Mononobe-Okabe theory. It is found that there is a higher value of safety factor by the present dynamic analysis. The effects of wall inclination, wall friction angle, soil friction angle and horizontal and vertical seismic coefficients on the overturning stability of retaining wall were investigated. The parametric study shows that both horizontal and vertical seismic accelerations have decreasing effect on the overturning stability of retaining wall.     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

影响加筋土挡墙地震稳定性的参数分析

针对现有挡土墙抗震设计影响因素考虑不足等问题,运用拟静力法和水平条分法分析加筋土挡墙的地震稳定性,并研究土体内摩擦角、水平地震力加速度系数、填土粘聚力、挡土墙倾角和滑动体上部荷载等参数对地震稳定性的影响。结果表明:加筋土挡墙的地震稳定性与水平地震力加速度系数和滑动体上部荷载有显著关系,且变化趋势与之成正比;与土体内摩擦角和填土粘聚力的变化趋势成反比;当条件相同时,倾斜加筋土挡墙的地震稳定性比竖直挡墙的稳定性好。     

饱和填土稳定渗流条件下动主动土压力计算

地震力和地下水渗流共同作用条件下的饱和填土土压力的计算问题是土力学中土压力课题研究的热点和难点所在。对地下水渗流流线为竖直向下的稳定渗流（问题1）和流线弯曲、地下水从挡土墙排出的稳定渗流（问题2）2种简化状态,基于拟静力法和库仑土压力理论,建立了动主动土压力的计算公式。通过和前人研究的对比分析,验证了该计算公式的可靠性,讨论了填土内摩擦角对动主动土压力的影响。结果表明,总动主动土压力随填土有效内摩擦角的增大均呈非线性减小变化,且问题2的总主动土压力随有效内摩擦角增大的减小变化更显著。