深基坑工程土压力计算方法研究

在工程实践和有关文献的基础上 ,探讨了土压力计算公式及其分布模式的普遍形式及其与支护方式的关系 ,提出了用于确定岩土工程参数的滑裂面调查法。方法从极限平衡的概念出发 ,运用工程类比的思维方式 ,通过调查滑裂面几何参数临界深度z0 和滑裂面倾角θ来反演土体抗剪强度c,φ值     

滑裂面调查法在岩土工程中应用

本文在工程实践的基础上,首次提出了用于确定岩土工程参数的滑裂面调查法,该方法从极限平衡的概念出发,运用工程类比的思维方式,通过调查滑裂面几何参数临界深度Z0和滑裂面倾角来反演分析土体抗剪强度、值,本文在确定岩土工程参数方面作了有益的尝试.     

调查法在深基坑土钉支护工程中的应用

参照工程实践和有关文献的研究成果,探讨了土压力分布模式与支护方式的关系。基于极限平衡理论,运用调查法及工程类比的方式,分析了用滑裂面几何参数临界深度z0和滑裂面倾角θ来反演土体抗剪强度c,φ值,并提出了防止工作面坍塌的工程措施,以供工程支护时参考。     

基于滑面正应力假设的土压力计算方法

基于滑面正应力假设,提出一种新的极限平衡方法计算挡土结构土压力。首先假定滑裂面上正应力分布为含2个待定参数的三次拉格朗日插值函数;推导出包含主动土压力的水平力、垂直力和绕挡土墙顶点旋转的力矩平衡方程;然后采用优化方法确定最危险滑裂面位置及对应的最大主动土压力。与传统土压力计算方法相比,作者提出的方法可以给出精度较高的土压力分布,且可分析土压力作用点位置对土压力值的影响,其土压力计算方法可应用于工程上。     

既有折线滑裂面下挡土墙主动土压力研究

基丁库伦上压力理论,采用平行滑裂面的微分单元法,推导Ⅲ以陡峻的折线型稳定岩石坡面为滑裂面下的捎土墙主动土压力合力大小、土压力分布、合力作用点位置计算式,对规范采用的以稳定岩石坡面为单一直线滑裂面下的挡土墙主动土压力计算式进行改进,算例分析表明：在折线滑裂面下,滑裂面的转折点高度与转角大小变化将使得土压力的计算结果增大;当折线滑裂面退变为直线滑裂面时,既有折线滑裂面下挡土墙主动土压力计算式可以简化为规范公式。     

挡土墙上被动土压力的变分求解方法

基于滑楔体整体极限平衡方程,根据变分法原理推导了被动土压力泛函极值的变分模型,并引入拉格朗日乘子,将等周变分模型转化为含有两个函数自变量的泛函极值模型。依据欧拉方程、边界条件和横截条件,得到了滑裂面函数和滑裂面上的应力函数,函数泛函极值模型转化为两个未知量的函数优化模型。算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下界限处,滑裂面呈现对数螺旋曲面,此时被动土压力最小;当作用点位置上移时,被动土压力呈非线性增长,在作用点位置系数上界限处,滑裂面为平面,被动土压力达到最大,与库仑土压力理论解完全一致,但作用点在墙体的相对位置并非在墙高的1/3处。结果表明,被动土压力大小和作用点位置受坡面的起伏和坡面超载的不均匀性影响比较明显。     

复合土钉支护稳定性计算方法与边坡裂缝关系的探讨

提出一种计算复合土钉支护整体稳定性的新方法。该方法对圆弧滑动简单条分法加以改进，提出基坑底部滑裂面和主动区滑裂面不是同一圆弧的假设。并结合复合土钉支护边坡裂缝开展阶段的研究确定坑底圆弧的参数。该方法的计算结果能比较正确地与工程实践相吻合。     

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。     

刚性挡土墙非线性主动土压力分析

挡土墙后土压力分布受许多因素影响,多数情况下为曲线型。墙后土楔体达到极限平衡状态时,滑裂面形状一般也不是平面。作者运用条分法分析曲面滑裂面下墙背直立刚性挡土墙上主动土压力分布,并同库仑土压力计算结果进行比较。可以看出,库仑主动土压力偏小,只有当挡墙面光滑时,分布才为直线型。     

边坡喷锚支护浅释

主动土压力的滑裂面是产生最大主动土压力的滑裂面，是求极值得到的，有人称滑裂面以上的土体为滑动土体，滑裂面以下为稳定土是不确切的，试问如果坑壁为砂土，支档结构撤除后土坡立即坍塌成为自然安息角Ф的坡面。Ф远小于主动土压力滑裂面的倾角。所以不能将最大主动土压力滑裂面以下的土体称为稳定区，免得产生误解。     

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。     

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。     

考虑黏聚力及放坡角度的土钉墙侧土压力计算

基于极限平衡理论及平面滑裂面假定,在考虑土黏聚力及放坡角度的基础上,推导了平面滑裂面剪切破坏角的数学表达式。结果表明:平面滑裂面剪切破坏角与土的黏聚力、计算深度无关,与放坡角度和土的内摩擦角均成线性关系。在剪切破坏角计算的基础上,建立了一个符合实际的土钉墙侧向土压力计算公式。实例计算结果表明:建立的土钉墙侧向土压力计算公式适用于不同放坡角度的土钉墙,不但适用于无黏性土,同样适用于黏性土。     

刚性挡土墙主动土压力分析

运用条分法,通过单元条块的平衡条件,推导出曲面滑裂面下刚性挡土墙面主动土压力分布,并同库仑土压力理论计算结果进行比较。由计算结果可以看出,库仑主动土压力理论计算的土压力偏小,只有当挡墙面直立和光滑时,墙上土压力分布才为直线型。     

基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。     

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。     

基于安全系数比的非饱和土边坡极限平衡法

 初步建立非饱和土边坡计算结果和工程安全的关系,提出对于一个给定的非饱和土边坡滑裂面,滑裂面安全的条件是最危险状态时对应的最小安全系数不小于允许安全系数。通过引入安全系数比,推导基于安全系数比的非饱和土边坡普遍条分法、非饱和土瑞典条分法和Bishop条分法,建立不同状态下的各部分计算参数和最小安全系数的关系。给出孔隙气压力等于0、饱和状态等特殊形式,在一定情况下可简化边坡安全系数的计算方式。通过具体算例,对安全系数比和重度对最小安全系数的影响进行分析。安全系数比对最小安全系数有着较大影响,随着安全系数比的增大,非饱和土的最小安全系数减少,重度对非饱和土最小安全系数影响不大。     

天然边坡削坡工程中的稳定性研究

天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后,往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表明,这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶,另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并确定边坡发生不同破坏模式的条件,从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力,为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。     

土钉抗拔承载力经验验算方法

通过对北京、广州等地区11个工程实测的土钉最大轴力值和土钉最大轴力值位置的分析,提出了土钉抗拔承载力的经验验算方法,并采用梯形土压力分布模式和双折线潜在滑裂面分别计算土钉墙、预应力锚索加土钉复合支护及搅拌桩(微型桩)加土钉复合支护的土钉抗拔承载力。结合工程算例,将该方法与中国《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—99)和《基坑土钉支护技术规程》(CECS 96:97)方法进行了比较。结果表明:采用该方法进行土钉抗拔承载力验算可以满足工程设计要求,为进一步开展复合土钉墙设计方法的研究提供了依据。     

基于模型不确定的挡墙土压力计算

基于模型不确定性土压力问题,从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了一般情况下土压力泛函极值等周模型,包含了主动和被动极限状态两种情况。通过引入坐标变换对土压力变分问题进行求解,得到了滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数,将土压力的求解进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数的极值问题。在函数Ф随作用点位置系数ξ的变化曲线中,可以找到一段Ф=0的水平直线段,此直线段即为合理作用点位置系数范围,由此可以确定对应的土压力范围。通过算例对主动和被动两种情况予以说明。计算表明,作用点位置系数存在上下界限值,且分别对应土压力最大值和最小值及对应的滑裂面。土压力的大小和作用点位置依赖于挡墙变位模式,作用点位置系数上下限处所对应的土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的土压力。通过本文提出的方法可以得到挡墙不同变位模式下,土压力大小和作用点位置的区间估计,以便为工程设计人员选用。