砂土中刚性挡墙不同主动变位模式任意位移土压力计算

已有模型实验及现场实测表明,刚性挡墙随着变位模式和位移量的变化,主动土压力合力和分布均发生改变,有时甚至与经典理论的线性分布有很大不同。采用中间状态系数定义非极限状态,提出了砂土中刚性挡墙不同主动位移模式下非极限状态土压力合力系数的计算公式;将墙后土体简化为连续非线性弹簧和刚塑性体的组合体作用在挡墙上,得到了不同位移模式任意位移的土压力分布和合力作用点高度。与已有理论方法和实验结果对比表明,该文方法在三种典型位移模式下与实验数据吻合更好。研究还发现,平动模式土压力呈线性分布,其合力随挡墙位移量的增大易趋于稳定并到达极限状态;绕墙底和绕墙顶转动模式下土压力合力随着位移增大只能接近极限状态且呈非线性分布。绕底转动时,土压力分布曲线逐渐向上凹,合力作用点高度趋于降低;绕顶转动时,分布曲线则逐渐向上凸,合力作用点高度趋于升高,墙顶附近表现出明显的土拱效应。     

挡土墙地震土压力的拟动力分析

基于均匀土层剪切梁理论建立了边坡水平地震动力运动方程,得到了边坡坡后土体的水平位移和加速度响应。将水平加速度应用到挡土墙地震土压力拟动力分析中,对坡体刚性假定和加速度沿坡高恒定的不足进行了改进,推导出主动、被动土压力的计算公式。结合实际工程分析了墙后填土面倾角、填土内摩擦角、挡墙与填土界面摩擦角对于总土压力大小的影响,并与传统的拟静力法和拟动力法进行了比较,结果表明:地震土压力随着时间呈一种类似正弦或者余弦状波动;随着墙后填土面倾角增大挡土墙地震总主、被土压力的也呈逐渐上升趋势;随填土内摩擦角、以及挡土墙与填土界面摩擦角的增大挡土墙地震总主动土压力逐渐减小,而被动土压力则随之增大;传统的计算方法由于计算值偏小而不安全。     

基于土体连续性作用下挡土墙动力响应的显式闭合形式解

挡土墙-土动力相互作用是影响挡土墙地震响应的关键因素。基于连续介质模型分析挡土墙-土动力相互作用是当前主要的研究手段。但当前的连续介质模型无法获得挡土墙-土动力相互作用中各物理量的精确表达式,这对揭示挡土墙地震响应机理产生了阻碍。通过引入最小二乘响应面法改进了一种连续介质模型,并与现有方法进行对比,对地震作用下挡土墙动力响应进行了研究,将挡土墙-土动力相互作用细分为:挡土墙的抗弯刚度,土体连续性作用,土弹簧作用,土体惯性力作用,挡土墙惯性力作用。研究结果表明,所提出的模型可以为挡土墙动力响应提供简便而精确的计算,参数分析表明了平动因子和转动因子对入射波的频率非常敏感,同时也受挡土墙的相对柔度系数的很大影响,而挡土墙的内力对相对柔度系数、转度系数以及入射波频率十分敏感,约束条件对挡土墙的动力响应也有较大影响。     

非线性破坏准则对被动土压力的影响

在上限定理的基础上,根据非线性破坏准则,对墙后填土建立机动容许的速度场,运用流动法则以及速度边界条件求解被动土压力的上限解。首先通过“切线法”引进变量,然后对墙后填土建立三种含有变量的速度场,求出被动土压力的目标函数与约束条件,最后根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化。数值结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,结果与前人的成果一致;非线性参数对被动土压力有重要影响。     

考虑土体径向位移时桩土耦合纵向振动特性及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合纵向振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土体的振动模态形式,然后利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到了桩的频域响应解析解、桩顶复刚度和速度导纳。利用所得解对土体动力反应特性和桩的纵向振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

平面变形拉拔的上限解

对平面变形拉拔问题建立了运动许可的连续速度扬并获得上限解析解。该解与以滑移线场得到解比较表明,两者接近。与Avitzur以柱坐标系的连续速度场得到的上限解相对比,当压下率ε<70％时,本文解法可得到更低的上限值。此外,利用本解法可得到不同拔制条件的上限值。     

紧邻既有建筑基坑有限土体主动土压力计算方法

当拟开挖基坑周边存在既有建筑物时,在基坑支护的挡土构件与既有建筑基础间土体宽度有限,此时土压力不能采用传统的朗肯理论或库伦理论进行计算。由于采用滑移土体为刚性体、墙土界面光滑等假设,此前针对该问题进行研究的文献未能很好反映实际情况。该文通过对挡土墙与既有建筑基础间的有限土体进行完整的受力分析,考虑了既有建筑基础与有限土体间的法向及切向相互作用力,建立了求解有限土体主动土压力的计算公式,并进行了适当的简化。与有限元计算结果的比较表明,该公式较以往的算法更接近于有限元结果,同时它还能考虑对墙土界面强度折减系数的不同取值。该文给出的简化公式形式较为简捷,精度较高,可方便工程技术人员对此类土压力问题进行初步计算。     

土工防爆墙倾覆稳定性分析

基于文献试验,建立了土工防爆墙倾覆稳定计算方法。假设墙体在水平均布冲击波荷载作用下绕墙趾产生刚体转动,分别得到了指数衰减荷载和瞬时冲量荷载作用下墙体转动线性微分方程的解析解和倾覆稳定系数计算公式,并采用Rung-Kutta法求解墙体转动非线性微分方程和倾覆稳定系数的数值解。对于文献中的两种土工防爆墙,解析解、数值解与试验结果比较表明:理论计算与试验结果吻合较好;可忽略冲击波加载时程和墙体转动微分方程非线性对倾覆稳定系数的影响,按瞬时冲量荷载下的解析解计算倾覆稳定系数,并取容许倾覆稳定系数为1.1。     

条形均布超载作用下挡土墙上土压力分析

针对地面堆载和相邻的荷载对深基坑支护结构上土压力分布会产生影响的实际问题，指出现行设计计算方法中存在的缺陷，应用半无限土体地基中附加应力的弹性解，分析了在条形均布超载作用下挡土墙上附加土压力的分布规律。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。     

挡墙土压力理论新探

传统土压力理论的主要弊端在于它们均建立在极限平衡理论基础之上;认为土压力的产生与土体的实际应力分布状态无关,尽管认为土压力与土体位移有关,但又不作位移分析。为此笔者提出一种以应力分析为基础的土压力理论,以消除传统土压力理论的上述缺陷。     

弹塑性本构模型计算冻结壁应力场和位移场

应用冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,基于大量的冻土应力-应变关系曲线的试验,采用弹塑性非线性本构模型计算冻结壁应力场和位移场.计算结果表明,由于冻结壁在周围土体共同作用下外载比原始水平应力要低,计算的应力场和位移场和有限元模拟接近地.     

考虑土拱效应的挡墙后土压力研究

假设挡墙后无黏性土极限破坏时形成圆弧形主应力拱线,其中被动破坏形成大主应力拱线,主动破坏形成小主应力拱线。取破裂面呈直线,其和水平方向夹角通过土压力函数极值确定,得到考虑土拱效应的墙土界面侧向土压力系数和主应力旋转角。基于水平微分单元法,得出一种考虑土拱效应的被动土压力分布、合力大小和合力作用高度的解析式,修改了Pai...     

土工合成材料加筋土挡墙筋材内力分析

土工合成材料加筋土挡墙是一种新型的挡土结构,它具有经济性好、性能优越、适应性强等优点。而筋材内力计算是该类结构设计的一个关键步骤,因此该类结构的推广应用需要一种合理易用的内力分析方法。该文讨论了几种土工合成材料加筋土挡墙的筋材内力分析方法,并对这些方法的优缺点进行评述。这些方法包括基于主动土压力系数的方法、基于经验的K刚度法、基于极限平衡的加筋边坡稳定分析方法、基于非线性弹性与变形协调的理论方法、以及基于增量非线性及填土剪胀性的筋材内力分析方法等。通过比较分析发现,如忽略面板作用且填土强度得到完全发挥,基于主动土压力系数以及极限平衡边坡分析的方法适用于分析加筋土挡墙在强度极限状态时的筋材内力,但填土强度的发挥水平决定于筋材的长期刚度。另一方面,如能合理考虑筋材的长期刚度以及面板的约束作用,基于筋土变形协调的理论分析方法适用于分析加筋土挡墙在正常工作荷载作用下的筋材内力。     

Experimental Study on Shear Localisation in Granular Materials Within Combined Strain and Stress Field

Abstract: The characteristic features of the shear zones formation in deforming granular materials were investigated using particle image velocimetry (PIV), which was combined with a photo‐elastic study of the stress field. Laboratory tests were performed for an active translation of rigid retaining wall. PIV is an optical technique for measuring displacement fields from successive digital images and was employed to analyse experiments on two different granular materials, composed of (1) sand grains and (2) glass granules. The tests on glass granules were supplemented by taking photo‐elastic images in circularly polarised light to gather information on changes in the average stress field, accompanying the specimen deformation. Attention was focused on the effect of the initial density, grain coarseness and magnitude of wall displacement on shear localisation within a strain field and its geometrical relation to some structures found in the stress field.     

考虑合力作用点位置的主动土压力计算

从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了坡面起伏,且有不均匀超载,墙背倾斜,黏性填土等一般情况下的主动土压力泛函极值的等周模型。在此基础上,引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了对数螺旋线的滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数优化问题。通过算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下界限处,主动土压力最小,滑裂面为平面;随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性增长,相应滑裂面为对数螺旋面,在作用点位置系数上界限处,主动土压力达到最大。在作用点位置系数上下界限处所对应的主动土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的主动土压力。通过算例对比分析,采用库仑土压力理论进行的抗倾覆设计存在安全系数偏低的缺点,应该根据主动土压力和作用点位置的区间估计来指导设计。     

深基坑开挖引起邻近管线破坏分析

利用非线性有限元方法计算了深基坑开挖引起的地表沉降量与墙体侧向挠度。采用有厚度的接触面单元模拟土体与支护墙体、土体与地下管线的相互作用,分析了土体与地下管线接触面的应力应变关系,并建立了接触面上的应力应变方程。探讨了地表沉降、墙体侧向挠度对地下管线拉裂破坏的影响。算例分析表明,深基坑开挖对邻近管线破坏极大,因而提出了深基坑支护结构设计时应采取的具体措施。     

柔性加固失稳重力式挡土墙的动静力稳定性分析

针对地震区重力式挡土墙地震后多数出现不稳定的现象和由于挡土墙工作条件改变产生失稳的事故,采用框架预应力锚杆柔性加固技术对失稳重力式挡土墙进行加固是一种非常有效的加固方法;但是,由于该加固方法系作者首先提出并在工程中使用,其稳定性分析方法,特别是地震动力稳定性分析方法是迫切需要解决问题。该文以极限平衡理论为基础,对柔性加固后重力式挡土墙进行整体静力稳定性分析,推导出挡土墙的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性计算公式;通过分析给出了地震动力计算模型,分析了地震动力作用,采用振型分解法给出地震动力作用下地震作用和锚杆拉力计算公式,并采用极限平衡法给出动力稳定性计算公式。     

考虑FGM特性的双排管竖井冻结壁应力场分析

对双排管竖井冻结所形成的冻结壁等效成材料性质沿厚度呈梯形分布的功能梯度材料(FGM)无限长厚壁圆筒,通过求解均布荷载下该类厚壁圆筒的弹性解析解,并利用摩尔-库伦屈服准则求解其弹塑性解析解。根据解析解,进行双排管竖井冻结壁的应力场分析,将分析结果与均质冻结壁模型进行对比,提出对设计施工具有参考价值的建议。