砂土拱效应滑移面几何轮廓与松动土压力分析

土拱效应本质上是由于土体内部松动引起的应力转移现象,土体松动过程伴随着滑移面的形成和延展,但目前针对滑移面几何轮廓、松动影响范围以及考虑松动区动态演变对松动土压力的影响等方面的研究尤待深入.利用Trapdoor试验对砂土拱效应滑移面轮廓及演变开展研究,获得滑移面几何轮廓及其演变模式在不同填土高度、活动门下移和宽度以及砂料密度下的表征区别.通过界定滑移面影响范围内松动核心区域,提出基于核心区几何形状的松动应力计算方法.分析松动应力-活动门下移曲线特征,以揭示最大、最小拱状态条件下的曲线特征随填土高度、活动门下移和宽度以及砂密度的变化规律.研究结果表明:1)滑移面轮廓随活动门下移的演化过程为三角形—子弹头形—椭圆形,填土高度越高,活动门宽度越小,初始和次级滑移面轮廓越尖锐;2)初始、次级滑移面高度随活动门下移递增,第Ⅲ级滑移面拐点高度随活动门下移递减,初始、次级滑移面夹角随活动门下移先增后减,第Ⅲ级滑移面上半夹角与下半夹角均随活动门下移递增;3)随着填土高度的增加,松动核心区形状演化过程为三角形—梯形—矩形,核心区高度为填土高度的0.5倍~0.8倍,核心区夹角与核心区面积均随内摩擦角的增加近似线性递减;4)基于核心区面积的松动应力计算方法相比,Terzaghi等方法更具适用性,且其适用于计算低填土试验组的临界应力和高填土试验组的极限应力.研究成果为更精确地描述砂土松动区的位移破坏模式及其界定标准以及松动区稳定性评价提供参考.