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。

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%^-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。

主动与被动状态下墙体侧向位移近似计算

极限状态下墙体侧向位移对土压力计算和支挡结构设计影响显著。根据Rankine变形体和Coulomb刚塑体模型,将墙后土体变形分别当作单剪和直剪试验中试样的剪切过程,以达到极限剪切变形(剪应变或单位长度剪切位移)作为进入主被动状态标准,构建了土体变形与墙体位移的几何关系,提出了反映土体变形与强度特性,同时考虑静止时初始应力状态影响的墙体极限侧向位移近似计算模型。分析表明:土体极限剪切变形、滑移区范围、初始应力状态是影响墙体极限位移的核心要素,其中极限剪切变形占据主导作用,是导致不同颗粒组成及密实程度土体进入极限状态所需墙体位移差异显著的主要原因,而主被动区范围不同和因静止土压力系数k_0<1引起的初始剪切变形,则是被动状态墙体位移远大于主动的关键因素;算例中主动与被动状态下墙体位移与墙高之比分别介于0.5‰～13.2‰和-0.4%～-5.2%,且主动状态下细粒土墙体位移大于粗粒土,计算结果与工程经验及相关文献模型试验基本一致。

挡土结构位移与土压力关系有限元分析

以天津市文化广场某地铁车站基坑工程为例,应用Midas/GTS建立了基坑开挖施工模型,研究单层土层、多层土层工况下基坑开挖过程中挡土结构的位移—土压力关系曲线。研究结果表明:单层土与多层土的位移土压力曲线能够较好地符合双曲线型,并且随着土层深度的增加,极限土压力随之增加,水平基床系数随深度增加而增加;单层土层与多层土层在深度、土质、位置都相同的情况下,位移与土压力关系曲线能够较好地符合相同的曲线方程。

装配式砌体墙片抗冲击性能试验研究

装配式砌体墙片在运输、安装及使用过程中,易受到人力或者施工机械的冲击,可能产生较大的变形或破坏。为研究装配式砌体墙片在运输、安装及使用时的抗冲击性能,采用摆锤法对仅设水平灰缝的装配式自动码垛砌体墙片和传统人工砌筑的墙片进行冲击试验,测试分析了在外冲击荷载作用下墙片的位移变化特征、开裂情况和破坏形式。试验结果表明:仅设水平灰缝的装配式砌体墙片横向和竖向位移均大于传统码垛工艺砌筑的墙片;在墙片受冲击时,缺少竖向灰缝约束的墙体整体稳定性降低,结构平面外冲击荷载对墙体的影响较大。两组墙体经10次冲击后产生裂缝,裂缝由上往下发展;15次冲击后出现结构性破坏但满足规范中墙片抗冲击性能符合规范要求,可满足实际工程需要。

基坑开挖过程中地下连续墙位移与土压力分析

分析了地下连续墙和土的相互作用机理 ,对墙体位移沿深度的分布进行了有限元分析 ,并与实测结果进行了比较 ,研究了土压力和位移的关系 ,提出了开挖过程中按墙体位移计算土压力。

高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析

针对陡坡地段路肩式桩板墙侧向位移对高速铁路无砟轨道路基沉降的影响。采用有限元数值分析并结合现场实测,以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型,通过逐步释放墙顶侧向位移,分析墙背土压力的变化规律;研究由此产生的路基面附加沉降大小及分布形态;建立特征部位处附加沉降与墙顶侧向位移的函数关系。研究结果表明:墙背土压力沿墙背呈先增加后减小的分布形态,最大值出现在墙顶以下6~7 m之间,现场工况条件下墙后土体已进入主动状态;墙顶侧向位移引起的路基面附加沉降沿路基横断面近似呈三角形分布,其影响范围约为17.2 m;墙顶侧向位移与路基面附加沉降基本呈线性关系;现场工点墙顶侧向位移s与近墙钢轨轨下路基面沉降e的解析关系为e=0.4s,工后墙体侧向位移引起的路基面附加沉降仅为工后沉降规范允许值的13%。

支挡结构抗震设计的2个关键技术问题

对"5·12"汶川特大地震四川灾区约3000km公路和铁路支挡结构的破坏类型、破坏模式进行了全面调查.根据调查结果,对支挡结构的性能设计和挡土墙墙背地震土压力作用点位置这2个问题进行了讨论,提出支挡结构的抗震设计应考虑墙体位移对支挡结构抗震设计三级设防的要求.对支挡结构的抗震性能可做如下规定:性能要求1:与多遇地震水平一致,位移指数在1.0%以内;性能要求2:与设计地震水平一致,位移指数在3.5%以内;性能要求3:与罕遇地震水平一致,位移指数在6.0%以内.研究表明,地震作用下墙背土压力作用点距挡土墙底的高度为0.45～0.63倍墙高,作用点位置与墙高和墙后土体的性质有关.

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。

影响土压力分布的几种因素

用有限元法对影响悬臂式挡土墙性能的一些主要因素进行了研究和分析 ,并对结果进行了整理 ,从而为此类型挡土结构的土压力计算提供了一种简化的方法 .

土压力计算中几个问题的探讨

针对土压力计算中传统土压力计算方法的适用性问题、考虑墙体位移的土压力计算问题、不同墙体变位模式下土压力计算问题和水土压力的分算与合算问题,进行了详细的分析与探讨.指出基于极限平衡理论的传统土压力理论与实际出入较大,而现有的考虑墙体位移的土压力计算模型,实质是对主动和被动土压力的非线性插值,是对传统土压力理论的修正;条带平衡法能够导出土压力沿墙背的分布解,与考虑墙体位移的土压力模型结合,可综合考虑墙体变位模式与墙体位移对土压力的影响.关于基坑支护结构上的水土压力,对于沙土可采用水土分算法;对于黏性土,宜采用经以塑性指数与液性指数有关的系数修正的混合算法,从而避免出现夸大或低估静水压力的现象.

地铁车站明挖深基坑变形监控量测分析

近些年国内经济快速发展,超大城市公共交通地面空间有限,地下空间发展成为主流趋势,地铁车站基坑深度越来越深,开挖条件越来越苛刻。基坑监测在现代化组织设计和施工过程中起着越来越重要的作用。因此,做好基坑施工监测,使数据真实反映结构变形,为施工单位及时提供数据指导。

固定式测斜仪在地铁车站基坑监测中的应用

针对人工监测频率较低、外部环境影响大等问题,依托某地铁车站基坑施工,采用固定式测斜仪来获取地铁车站基坑墙体深层水平位移,辅以人工监测定期校核的方式,获取不同施工阶段位移变形情况。结果表明:在考虑监测成本及现场实施的条件下,基坑施工监测中采用间距不等相结合的固定式测斜仪,能够更贴切地反映地铁车站墙体变形情况,且具有较滑动式测斜仪效率高、数据贴合度高等优势。

板桩不同施工方法的受力形状研究

传统锚定板桩的计算方法以极限平衡的方法为基础,并没有考虑施工方法的影响。但在实际工程中施工方法对板桩的影响通常是显著的。通过物理模型试验研究板桩的某些参数在这开挖和回填这2种施工方法下的不同表现,包括板桩的位移形变、板桩墙的弯矩以及锚固力等。研究结果表明,回填法施工比开挖法施工产生了更大的板桩位移和弯矩,以及更小的锚固力。

深层搅拌桩施工挤土效应分析

深层搅拌桩作为软土地基处理的一种新方法,正越来越多地被应用到基础工程中去。实践证明,深层搅拌桩也存在挤土效应。结合工程实例,对相关的墙体侧向位移和管道沉降的监测数据进行了分析,总结出了搅拌桩挤土效应的特点及其在不同的施工工艺所表现出来的规律,并分析了可能导致这些规律的原因。用Sagaseta的源-汇理论得到的位移计算公式对这些规律进行了研究。

预留反压土对基坑开挖效应数值分析

针对某基坑开挖工程采用地下连续墙、坑边预留反压土可行性问题,以该工程预留反压土关键设计思路与施工技术安全经济为目标,首先对基坑开挖过程挡土结构位移土压力曲线进行分析,并基于Midas/GTS建立了该基坑开挖工程三维相互作用体系有限元模型,对有/无设置反压土两种基坑工况进行非线性数值比对。结果表明,反压土能有效阻止周围土层和基坑基底的位移,并可对地连墙的不均匀沉降位移起到一定的控制作用,减小对冠梁产生附加次生的弯矩及剪力而导致的结构开裂破坏作用。基坑隆起与是否预加反压土关系不大,若所处地质环境良好,适当的采用反压土支护形式,可有效降低挡土结构位移与内力。变化反压土体积(包括顶宽、高度、坡度)对地连墙支护结构最大位移反应具有显著影响,当反压土具有适当体积时,地连墙最大位移反应可降低至5 cm以下,采用最优反压土体积参数可大幅降低基坑开挖时的支护费用。

基于ABAQUS的地下连续墙变形特性模拟与影响因素分析

地下连续墙是深基坑工程中常见的支护结构,其变形特性分析与破坏预测是基坑工程安全的重要问题。将混凝土弹塑性损伤本构模型考虑到地下连续墙中,并结合实际工程进行有限元模拟分析,建立了三维地下连续墙有限元模型,模拟地下连续墙随开挖深度的增加时墙体侧移变形及内力分布变化情况,分析了第二支撑位置变化或支撑失效对地下连续墙变形的影响。结果表明:第二支撑位置变化与墙体最大水平位移有明显的相关性;支撑失效明显导致墙体水平位移加大;并且,当第一支撑失效时,墙体水平位移变化最大,呈现悬臂式变形形式。

数值模拟悬臂式挡土墙的动力响应

通过进行非线性显式有限差分分析,分析悬臂式挡土墙在地震作用下的动力响应。用有限差分分析计算的压力结果与物部-冈部理论预测的结果进行对比分析表明：在加速度较小时,有限差分法产生的压力与物部-冈部理论预测的结果基本吻合,而随着水平加速度的增加,其产生的压力明显比物部-冈部理论的大。此差异归因于挡土墙系统的灵活性,且滑动楔体是分多块滑动而不是整体滑动。同时分析了墙体位移的变化情况在地震作用下加速度最大值不同时,并得到其最大位移量约为0.33m。

T形组合地下连续墙开挖及三维数值模拟分析

通过对南京某在建大型深基坑工程开挖过程中T形组合地下连续墙的分析,利用ABAQUS有限元软件建立T形组合地下连续墙开挖三维有限元模型。主要对墙体水平位移及墙顶、地表沉降和墙体应力进行模拟。同时对监测数据与模拟数据进行了分析。结论表明:现场监测数据和模拟数据吻合度较好,T形组合地下连续墙增加整体抗弯能力,墙体结合处有应力集中现象。为类似地质条件下的T形组合地下连续墙开挖施工及监测提出相关建议。