基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC 2D分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。

考虑土拱效应的多层土体墙后主动土压力模式研究

土拱效应已经被广泛证明存在于岩土工程中,然而关于土拱效应的土压力研究目前常局限于单层土体,对于多层土体墙后主动土压力的分布规律尚不清楚。基于土拱效应理论,提出了多层土体挡土墙后非线性主动土压力求解公式,并通过两种典型地层研究了土体内摩擦角和墙土摩擦角对主动土压力分布规律的影响。结果表明:所提出的计算公式能够很好地描述多层土体墙后主动土压力分布规律,计算结果与数值模拟结果基本一致;当上、下土层参数一致时,该公式可以退化成单一土层土压力计算模型;当墙土摩擦角充分发挥时,上层土体墙后土压力受土体内摩擦角影响明显,而当墙土摩擦角部分发挥时,下层土体墙后土压力受墙土摩擦角影响更大。

基坑近接地铁车站主动土压力合力算法研究

针对有限土体主动土压力合力计算公式复杂的问题,以既有地铁车站邻域内新建基坑工程为依托,根据既有地铁车站与基坑的位置关系提出多种有限土体破坏模式,采用薄层微元法,考虑土体与结构界面摩擦作用,建立主动土压力合力计算方法。通过调整新建与既有结构空间位置关系,得到了主动土压力合力等值图,并对其开展了参数分析,提出了主动土压力简便计算方法。研究结果表明:①提出了5种有限土体破坏模式,建立了相应的主动土压力计算公式;②随着近接距离的增加,主动土压力逐渐增大;随着既有地铁车站覆土厚度的增加,靠近基坑的时候主动土压力逐渐增大,远离基坑侧的主动土压力先增大后减小最后增大;③基坑深度对主动土压力影响大,内摩擦角有影响,墙土摩擦角基本上没有影响;④给出了有限土体主动土压力合力空间位置关系系数建议取值情况。通过以上研究,提出了一种简便的有限土体主动土压力合力计算方法,可以为近接工程设计与施工提供参考。

墙后填土倾斜时二次抛物线准则下粘土压力计算新解

在计算挡土墙土压力时,挡土墙后填土面往往具有一定的倾角,倾角的存在及其大小会显著影响挡土墙土压力的研究计算。本文基于粘土的二次抛物线型强度准则,对墙后填土的极限平衡状态进行分析,进而推导出墙后填土倾斜时粘土的主动土压力以及被动土压力计算新解。研究结果表明,墙后填土倾斜时粘土的土压力呈非线性分布。随着其抗拉强度的增大,墙后填土的主动土压力减小,被动土压力增大;随着墙后填土倾角的增大,其主动土压力减小,被动土压力减小。

考虑基坑失稳前土体状态转变效应的非极限主动土压力计算方法

为了拓展深基坑失稳破坏前非极限主动土压力计算的适用范围,依据深基坑失稳破坏前的土体状态转变效应即黏性土类流体特征和墙背扰动域区划分,借助土的流变模型和流体运动动量方程推导出一种考虑时间和位移的非极限主动土压力计算方法;利用COMSOL Multiphysics仿真软件对计算方程进行求解,计算得到深基坑失稳破坏变前关于时间和位移的主动土压力数值。通过与试验实测值和已有文献计算值对比,结果表明,基于基坑失稳破坏前土体状态转变效应的非极限主动土压力计算结果与试验实测值更加接近,误差在3%以内,具有更高的精度;通过对计算模型中的流变参数进行分析,得出土的瞬时弹性模量、黏弹性模量和黏滞系数对非极限主动土压力的影响规律,其中黏滞系数影响最为显著,分析结果对于指导深基坑失稳破坏的防治具有工程指导意义。

基于库仑理论的粘性土主动土压力的计算

本文以库仑理论为基础,对粘性土主动土压力的计算提出了一种较为简便且适用面较广的办法。

悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%~14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。

挡土墙后粘性填土的主动土压力计算

根据库伦土压力的计算原理,从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发,推导出了计算粘性土或无粘性土主动土压力的公式。该公式适用于均布荷载作用于挡土墙后任意位置。对重力式挡土墙设计中土压力的计算具有一定参考价值。

粘性土主动土压力的计算

粘性土对刚性挡土墙的压力,目前研究得还很少,也缺乏实用的计算公式。本文根据墙后填土为均匀的各向同性介质,墙体和填土均属平面变形问题和滑裂面为平面的假定,导出粘性土主动土压力的库仑精确解和近似解,并以算例与实测资料作了比较。

绕墙底转动模式下装配式挡土墙土压力研究

墙背土压力分布及大小是装配式挡土墙设计的关键依据。设计并开展新型装配式混凝土挡土墙现场试验,研究挡土墙在加载条件下的位移模式和土压力分布规律。以现场试验为原型,建立无黏性填土、墙背倾斜且粗糙的挡土墙理论计算模型,同时考虑挡土墙位移模式与大小、土拱效应和土层间剪应力的影响,采用水平层分析法推导了绕墙底转动(RB)模式下挡土墙的土压力计算公式。结果表明:①该装配式挡土墙整体性能良好,绕墙底刚性转动。在RB模式下,墙顶处土体最先达到主动极限状态,土体从上至下逐渐达到极限状态;任意深度处的土体位移S_(c)达到7 mm时将达到极限状态,即S_(c)=0.16%H(H为墙高)。②本文理论解与试验值吻合较好,计算公式可用于求解挡土墙绕墙底转动过程中的土压力分布及大小。③随着挡土墙转动幅度的增大,土压力分布曲线凹向逐渐明显,土压力合力作用点高度呈现先降低后回升的现象;挡土墙转动角度η=0.007 rad为挡土墙达到主动状态的临界值。

粘性土挡墙主动土压力计算研究

对现有的计算方法进行了归纳总结 ,其中重点介绍了最近提出的内压力法 ,通过理论上的分析论证和工程算例的验证 ,表明内压力法是一种比较准确且简便实用的计算方法 。

粘性土的主动土压力计算

本文着重就档土墙后填土为粘性土时,作用其上主动土压力的计算方法进行了论述,并通过对比,阐明了该方法的合理性。

用改进层分法计算分层粘性填土主动土压力

文章针对挡土墙后粘性填土分层的情况,分析层分法计算粘性填土主动土压力在实际工程中出现的问题。在结合层分法进行改进的基础上,推导了土压力曲线分布公式及开裂深度计算式,并通过算例进行验证,得出墙后填料为两种粘性土时应采取的正确填筑方法。

曲线滑裂面下RB模式的主动土压力计算方法

为研究在RB模式下挡土墙的主动土压力解的问题,假定滑裂面为曲线滑裂面,提出在RB模式下主动土压力的计算方法,采用水平分层的方法推导出主动土压力的微分方程,并用有限差分法对其进行求解,并将计算结果与相关试验结果进行对比,验证该方法的准确性。还讨论了主动土的压力分布、合力大小及合力作用点位置对墙顶位移的影响。研究结果表明:这三者均与墙顶位移之间存在负相关关系。

基于倾斜分层的挡墙主动土压力计算方法

为研究挡墙后有限土体的主动土压力计算方法,先将小主应力迹线的形状由圆弧形简化为倾斜的直线;然后,将挡墙后土体划分为若干个倾斜直线形薄层单元;再针对挡墙后成层填土的极限平衡条件,提出一种有限土体挡墙主动土压力的计算方法,并给出了主动土压力合力及其作用点高度的理论表达式;最后,将该方法应用于某工程实例,通过比较该方法的计算结果与其他算法的计算结果及试验值的异同,验证该方法的正确性与合理性。

水位变化下含裂缝非饱和土挡墙的地震主动土压力研究

高烈度区挡墙抗震设计的主要荷载是地震主动土压力。首先根据水位、缝深和墙踵的相对位置关系,提出了含裂缝非饱和土挡墙在高、中、低水位下地震主动土压力分析的3种力学模型;继而通过拟动力法计算墙后滑动土体的地震效应,运用非饱和土力学原理与极限平衡法建立了水位变化下倾斜挡墙的地震主动土压力解答,并给出了迭代应用步骤、对比文献理论解答与振动台实测;最后探讨了水位、缝深以及土体非饱和特性对地震主动土压力系数的影响规律。研究结果表明:所得非饱和土挡墙地震主动土压力解答综合考虑了水位、缝深与土体非饱和特性,能退化为经典土压力公式,与文献理论解答、振动台实测吻合良好且应用较便捷,具有重要理论意义和良好的应用前景;地震主动土压力受水位、缝深、基质吸力、吸力分布与吸力角的影响均很显著,需采用工程措施维持基质吸力、吸力分布、低水位、小缝深等稳定存在以优化挡墙抗震设计。

考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.

论主动静止土压力、被动静止土压力与朗肯土压力计算公式的优化

通过对朗肯土压力理论和库仑土压力理论中的主动土压力、被动土压力与静止土压力之间的关系分析,指出现今的静止土压力并不是主动土压力与被动土压力之间的平衡土压力点。假设土层在各个方向都呈相同各向异性的前提下,分析主动土压力与被动土压力的定义,提出将挡土墙水平向不发生向外移动的最大水平向作用压力定义为主动静止土压力,填土竖直向不发生向上移动的最小水平向作用压力定义为被动静止土压力,挡土墙水平向不发生移动同时填土竖直向不发生移动的水平向作用压力定义为绝对静止土压力,并优化了二维应力状态下主动状态、被动状态与静止状态的应力圆。依据莫尔应力圆土体极限平衡理论优化了朗肯主动土压力与被动土压力计算公式,解决了朗肯土压力计算值与现实不相符的难题。通过举例计算主动土压力、被动土压力与主动静止土压力、被动静止土压力之间的关系,验证了作者优化的朗肯土压力计算公式的正确性。希望对理论土力学的发展有一定的推动作用。

邻近基坑开挖及渗流条件下的主动土压力模型

邻近基坑开挖和场地渗流条件变化均会改变先期施工基坑支护结构所受的土压力,进而引起结构变形,然而目前较少有同时考虑以上两个方面的土压力计算模型。基于极限平衡法,利用邻近基坑开挖边界与对数螺线滑动面间的几何关系,引入土体有效重度和吸力随场地渗流条件变化的计算理论,建立了考虑邻近基坑开挖及渗流条件下的主动土压力计算模型,结合基坑监测数据验证了模型的可靠性与合理性。计算分析表明:当邻近基坑深度不变时,主动土压力系数随基坑间距的增大先呈线性变化,随后先增大后减小,最后保持不变。当基坑间距不变时,主动土压力系数随邻近基坑深度的增加包含两种变化类型,一类是呈现先增大后减小的“山坡型”,另一类则是增大后保持不变。场地降雨渗流及地下水水位升高都将使土中吸力降低,从而导致主动土压力增大。本文研究成果对邻近基坑开挖的受力变形分析具有理论参考作用。