刚性挡墙位移土压力的数学拟合公式研究综述

在研究土压力与挡墙位移关系时,可采用数学拟合方法表征土压力随挡墙位移的变化规律。数学拟合方法常以静止土压力、主/被动土压力为基础,通过构造数学函数来描述挡墙位移土压力,但所采用的数学函数形式各不相同。将挡墙位移土压力的数学拟合公式按函数形式分为:三角函数、指数函数、双曲线函数、幂函数、S型函数以及其他函数等6大类,总结了位移土压力数学拟合公式的特点与不足,并指出需进一步研究的方向。结果表明:数学拟合公式的主要差异在于函数形式选择和待定参数及取值不同,导致了数学拟合公式的多样性与研究的广泛性。合理实用的位移土压力数学拟合公式需具备3方面特征:边界条件与初值满足、参数含义明确以及能反映挡墙与土体之间的相互作用。在试验方面,应持续对挡墙不同位移模式开展针对性研究,并进行黏性土、非饱和土、湿陷性黄土、膨胀土等的土压力试验;在理论计算方面,应加强位移土压力数学拟合公式间对比分析,探究各自的合理性及适用性,揭示土压力与挡墙位移关系的内在机理。拓展对非饱和土挡墙的位移土压力研究,完善参数选择、模型验证,以加快工程应用进程。

基坑支护结构计算的位移土压力法

基坑支护结构的土压力的大小和分布与支护结构的侧向位移有关.本文提出了位移土压力法,可考虑挡土桩墙侧向位移对土压力的影响,使挡土桩墙结构计算更为合理.

引入位移土压力理论的支护结构变形计算

介绍了位移土压力理论,给出了引入位移土压力理论的支护结构变形计算,并结合具体工程实例进行了说明,指出对于小于5 m的基坑,运用位移土压力理论计算变形效果不明显,对于大于5 m的基坑支护结构的变形对土压力的变化会非常敏感。

基于模型槽实验的位移土压力研究

文章对倾覆模式下挡土墙位移土的压力进行模型槽实验。通过埋置在模型槽内的土压力盒和自制的填土位移测量装置,测得填土的土压力和变形位移,分析出不同荷载下位移土压力的变化关系。

复杂环境下基于CPTU的深基坑土压力模型与工程应用

土压力计算是深基坑围护结构设计的重要组成部分,但现有土压力模型难以合理地考虑开挖扰动诱发土体工程性质演化影响。孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)能够有效避免取样扰动,并快速提供连续的原位土测试参数(锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力)。基于CPTU原位测试和位移相关土压力模型,结合库仑土压力框架,综合考虑开挖诱发土体工程性质演化、邻近地下结构(受限空间)、土拱效应、地基土强度参数和土-结构界面摩擦角等影响因素,构建了复杂环境下深基坑土压力统一计算模型(主动状态至被动状态)。分别通过与室内1g模型试验和离心机试验结果对比,验证了所构建模型的准确性与合理性。进一步将所构建模型应用至太湖冲湖积相软土地区某邻近地铁车站的深基坑工程。现场分别在基坑开挖前后对围护结构的两侧(基坑内外)开展了CPTU原位测试,并监测得到了围护结构侧向变形与土压力变化。原位测试解译结果表明,基坑开挖显著地改变了周边土体状态参数,但对于有效内摩擦角的影响甚微。与现场所测土压力对比指出,基于CPTU的土压力模型能够较好地反映复杂环境下基坑土压力变化,成功实现了工程应用。

饱和非饱和土的位移土压力及非极限力学指标研究

为了客观评估非极限平衡条件下,土力学强度参数的发展变化规律,基于摩擦定律、土压力与位移的双曲线模型、饱和非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则、非极限平衡土力学参数同步发挥的假设,采用应力路径分析方法,研究了非极限平衡条件下饱和非饱和土的位移土压力对应的应力状态,并给出了位移土压力依赖于非极限内摩擦角、粘聚力和吸力内摩擦角等参数的理论计算公式。研究结果表明:当挡土结构由K0状态发生向着土体的正向位移时,基于位移的土力学参数先随着位移的增大而减小,在减小至0后又随着位移的增大而逐步增大,直至被动极限平衡状态;当挡土结构由K0状态发生背向土体的负向位移时,基于位移的土力学参数随着位移的增大而逐步增大,直至主动极限平衡状态;该方法为进一步研究挡土结构的力学性能、工作状态、安全储备提供了理论基础。

考虑非极限土压力的深基坑桩锚支护结构水平位移计算

针对目前基坑支护技术规程中缺乏桩锚结构实用变形计算方法,以及使用经典土压力计算方法存在缺陷的问题,在考虑非线性共同作用的弹性反力法研究的基础上引入考虑非极限状态的土压力理论,得到一种可同时考虑非极限土压力理论和支护桩与土相互作用的支护桩桩身水平位移计算方法,然后用迭代的方法结合数值解法计算支护桩水平位移,并用Matlab软件编写计算程序,最后采用工程实例对本算法合理性进行对比验证.验证结果表明,采用该方法计算结果与文献中实测结果吻合度较高,从而证明了该计算方法的良好适用性.该方法可为桩锚支护结构的变形计算预测乃至变形控制提供一定的参考.

Coulomb模型下考虑墙体侧向位移的土压力计算

墙体侧向位移对土压力有显著影响。基于墙体位移–土压力关系是墙后土体应力应变特征的宏观体现这一基本认识,通过构建Coulomb土压力模型下的几何与平衡方程,将直剪试验中微观的土体单位长度剪切位移ε同剪应力τ关系转化成宏观上的墙体位移与土压力曲线,推导了极限位移可求、涵盖主动至被动状态全过程的墙体位移–土压力计算模型。分析表明：滑移区范围、初始应力状态及土体的ε–τ关系是影响墙体位移–土压力曲线的核心要素;相对于主动区,被动区范围对墙土摩擦作用更加敏感,导致静止与被动状态之间的位移–土压力关系受墙土摩擦影响更加显著;墙后土体初始应力状态对墙体位移的影响主要体现为静止土压力系数K_0,随着K_0的增大主动与被动状态下的墙体位移相应增加和减小;极限状态下墙体位移与工程经验吻合,理论模型能基本反映土压力随位移的变化规律。

土压力-位移关系的应力路径试验研究

提出了一种通过应力路径试验研究土压力-位移关系的方法。通过室内应力路径试验得到了土压力-应变关系,结合由理论分析得到的位移-应变关系,最终得到土压力-位移关系。与某实例的有限元模拟结果对比,证明该方法是有效的。

基坑支护位移对土压力的影响

基坑支护设计中,准确计算土压力是保障基坑支护安全的前提。而经典朗肯极限土压力计算,其支护结构所对应的极限位移值往往较大,超过了基坑工程实际所允许的最大位移量,故而采用极限土压力有一定的局限性。通过采用横向受荷载桩的P-y曲线进行推导,并假设支护结构的位移按倒三角形分布,得到简化的位移土压力计算方法。通过与工程实际监测数据的对比分析,该计算方法能更准确的分析基坑支护土压力,具有一定的工程实践意义。

挡土结构土压力与位移关系研究述评

挡土结构土压力的大小和分布与其侧向位移有关。从试验研究和理论分析两个方面对挡土结构土压力与位移关系研究成果进行总结和评述,并对挡土结构土压力与变形理论的研究内容、方法和发展方向作出展望。

主动土压力与位移关系试验研究

文章以现场土压力测试为基础,考虑主动土压力与位移关系模型,通过土压力试验表明,模型计算值与实测值吻合较好,该模型能反映主动土压力随土体变形的变化规律,对软土地区基坑土压力设计与计算具有一定的参考价值。

加筋土挡土墙水平位移研究

视加筋土挡土墙为一粘结重力式挡土墙来考虑,受到墙后土压力作用时会产生水平位移,其大小是加筋土挡土墙墙面水平位移的重要组成部分。本文将加筋土挡土墙墙体等效成各向异性的弹性体,视为L宽度的悬臂梁,当受到墙背水平土压力三角形荷载作用时,分别计算纯弯曲和纯剪切两种情况下的水平位移。通过理论计算与工程实例测试结果比较,验证了该方法的正确性。

附加土压力理论的物理模型试验研究

为了验证附加土压力理论中挡土结构土压力的大小和分布与其侧向位移有关这一论点,设计了用弹簧代替土层的基坑物理模型,并进行了模拟基坑开挖过程的物理模型试验。将土压力分为实有土压力、附加土压力和静止土压力,探究土体弹簧模型的变形机制,发现附加土压力和弹簧变形呈线性关系,验证了土体变形的原因是附加土压力这一观点的合理性。

考虑桩土相互作用的“品”字型抗滑桩计算方法

基于对抗滑桩在滑坡防治工程中的应用研究,提出一种新型组合式"品"字型抗滑桩,抗滑桩由3根单桩通过桩顶连梁连接组成空间结构,具有刚度大、变形小的特点;基于位移土压力模型,建立桩身挠曲线微分方程,后排桩在滑坡推力作用下发生变形并直接作用于桩间土上,引入Boussinesq解,通过对桩间土附加应力的求解进一步计算作用于前排桩的附加滑坡推力;将"品"字型抗滑桩应用于舟曲锁儿头滑坡,通过现场试验和现场监测与理论计算方法所得弯矩值和位移值的对比表明,所建立的计算方法合理可行,为进一步研究桩土相互作用的抗滑桩受力机理提供了一定的依据。

基于增量迭代法的深基坑桩锚支护结构位移计算简化方法

针对深基坑桩锚支护结构工程的施工特点,提出采用增量法对深基坑桩锚支护结构进行设计研究,把深基坑因开挖引起的桩体位移这一非线性问题用近似的线性方法解决,用一系列线性的分段折线去代替非线性曲线.考虑到基坑开挖过程中桩锚支护结构位移的影响,推导出基于桩体位移的土压力模型的位移计算公式,再运用迭代法对每步求出的桩体位移量进行修正,避免增量法计算产生的误差累计叠加.结合工程实例,把上述方法用Matlab编制成计算程序,将计算结果与有限元模拟软件Plaxis的模拟结果以及常规增量法对比分析,结果表明,用提出的简化方法计算桩体位移更加接近工程实际,较常规增量法更为准确.

考虑挡墙位移的土压力数学拟合新方法研究

在总结挡墙位移土压力规律与数学拟合方法的基础上,将Sigmoid函数用于描述挤压或松弛应力与挡墙位移关系,提出考虑挡墙位移的土压力数学拟合新方法及其公式,继而校核位移土压力的初值条件和数学特征,借鉴已有位移土压力表达式和实测反演确定新方法中的唯一剩余参数,对比文献模型试验、数值模拟以及代表性数学拟合公式进行验证,最后利用有效性准则和百分比偏差准则定量评估了提出的新方法与代表性数学拟合公式的性能差异。研究表明:所建立的位移土压力数学拟合新方法及其公式简单实用,满足初值条件、单调递增性且存在拐点,并得到模型试验、数值模拟以及代表性数学拟合公式的全面验证,有效性与百分比偏差均处于整体优良水平。结果可为土压力精细计算和挡墙优化设计提供有益的参考。

主被动状态间墙体侧向位移与土压力关系

为了研究从静止到主动状态或从静止到被动状态下墙体侧向位移与墙背土压力大小的关系,以应力Mohr圆为出发点,通过引入内摩擦发挥角,推导了主动与被动状态间土压力与内摩擦发挥角的统一表达式。根据所构建的墙体位移与土体剪应变几何方程以及等极限应变下的剪应变-剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立了能基本反映土体应力-应变特性和墙后填土初始应力状态的墙体位移-土压力统一函数关系式,并结合Coulomb土压力模型近似考虑了墙背与填土间摩擦力的影响。研究结果表明:影响墙体位移-土压力关系的核心要素是墙背初始应力状态、墙后滑移区范围及填土应力-应变特性;初始侧压力系数的增加,直接导致进入主动与被动状态所需墙体位移出现相应的增大和减小,墙体位移-土压力曲线沿水平轴呈现出整体平移的变化;土体内摩擦角和墙土摩擦角的改变会引起滑移区范围的变化,从而使墙体位移-土压力曲线整体放大或缩小;填土应力-应变特性是墙体位移-土压力关系的微观本质,其模量比与极限剪应变对墙体位移-土压力曲线的平缓程度及极限状态下的墙体位移大小影响显著。

混合法在深基坑排桩锚杆支护计算中的应用研究

深基坑排桩预应力锚杆支护工程中,作用于桩身的土压力与桩身位移呈非线性变化。对于这种非线性变化问题,基于位移土压力模型,考虑支护结构位移的影响,推导了混合法计算公式。混合法可以有效跟踪支护结构的变形过程,反映土体与桩之间的非线性作用关系。结合工程实例,编制了MATLAB计算程序,计算结果较好地反映了土压力与桩身位移之间的非线性变化关系,并与理正软件计算结果进行对比分析,结果表明两者吻合较好,从而证明该计算方法具有较好的适用性,对深基坑支护结构设计有较好的参考价值。

非对称荷载单层对撑基坑计算方法研究

支护桩(墙)加内支撑作为基坑支护的一种重要型式,已经被基坑支护工程广泛采用。但是,由于基坑所处地质条件、周围环境和土方开挖的复杂性,给基坑支护体系的精准设计计算带来障碍。对非对称荷载作用下的单层内支撑支护设计计算方法进行了探讨。首先,基于极限土压力法分析了单层内支撑与支护桩支点铰接和固结条件下的不动点调整系数的差异性;其次,利用杆系有限单元法分析了基于位移土压力和基于《规程》给出的主动土压力这两种土压力方法计算的桩身位移、弯矩和剪力的差异性。由于非对称荷载作用于基坑支护体系,引起荷载大小侧支护桩桩身位移不同,导致荷载大小侧支护桩受到的土压力也不同,大小侧支护桩桩身内力存在较大差异现象应引起重视。提出的不动点调整系数计算方法和位移土压力计算支护桩受到的土压力计算方法更为合理。