陈页开[1]2002年在《挡土墙上土压力的试验研究与数值分析》文中研究说明在土力学中,计算土体作用于结构上的作用力是一个古老的课题。经典的Coulomb和Rankine土压力理论,虽计算简单和力学概念明确,但也存在着两个明显的弱点:一是要求土体变形达到极限状态的临界条件;二是没有考虑挡墙变位方式的影响。再加上岩土工程的复杂性,土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算作出精确解答的问题。 通过模型试验和数值分析,对作用于刚性和柔性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。对于刚性挡墙,作者采用自制的模型箱,进行砂性填土被动土压力的模型试验,研究不同的挡墙变位方式对被动土压力大小及其分布规律的影响。挡墙采用的变位方式为:平移、绕墙顶上某点转动和绕墙底下某点转动。当同时考虑土体的力学特性和土与结构接触面上的变形特性时,作者用有限单元法对刚性挡土墙上的主动土压力和被动土压力进行分析研究,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元,接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型。研究不同的挡墙变位方式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。 对于柔性挡墙,以基坑工程的围护结构为例,采用考虑土体应力路径影响的非线性有限元法,分析了基坑工程中不同围护型式时作用在围
陈页开[2]2001年在《挡土墙上土压力的试验研究与数值分析》文中认为在土力学中，计算土体作用于结构上的作用力是一个古老的课题，经典的Coulomb和Rankine土压力理论，因其计算简单和力学概念明确，一直为工程设计所采用。但由于经典土压力理论存在着两个明显的弱点：一是要求土体变形达到极限状态的临界条件；二是经典土压力理论没有考虑挡墙的变位方式的影响，再加上岩土工程的复杂性，土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算做出精确解答的问题。 本文通过模型试验和数值分析，对作用于刚性和柔性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。对于刚性挡墙，作者采用自制的模型箱，进行砂性填土被动土压力的模型试验，研究不同的挡墙变位方式对被动土压力大小及其分布规律的影响。挡墙采用的变位方式为：平移（T）、绕墙顶上某点转动（RTT）和绕墙底下某点转动（RBT）。当同时考虑土体的力学特性和土与结构接触面上的变形特性时，作者用有限单元法对刚性挡土墙上的主动土压力和被动土压力进行分析研究，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型。研究不同的挡墙变位方式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。 对于柔性挡墙，以基坑工程的围护结构为例，采用考虑土体应力路径影响的非线性有限元法，分析了基坑工程中不同围护型式时作用在围护结构上的土压力大小及分布规律。此外，本文基于对刚性和柔性挡墙土压力的研究，在充分考虑土与结构的相互作用的基础上，用指数函数描述作用于挡墙上土压力与墙体位移的相互关系，提出了一种考虑位移的土压力计算方法，用以计算非极限状态下的土压力，并在基坑工程中，把此方法应用到改进的弹性抗力法中，算例分析表明，在进行基坑工程设计计算时，与传统方法相比，该方法不仅可行，而且更为经济。
龚慈[3]2005年在《不同位移模式下刚性挡土墙土压力计算方法研究》文中进行了进一步梳理挡土墙上的土压力是一个古老的课题，经典的库仑(Coulomb)土压力理论和朗肯(Rankine)土压力理论，因其计算简单和力学概念明确，在土木工程中得到广泛应用。但是经典的库仑土压力理论存在着一些明显的不足之处：一是要求刚性挡土墙为均匀平移，这与正常工作条件下挡土结构的实际位移情况不符；二是严格意义上库仑土压力理论只能求得土压力合力，土压力直线分布只是一种假定，并且实测得到的土压力大多呈非线性分布；叁是要求墙后土体达到极限平衡状态，求得该极限状态下的土压力，如主动土压力，而对于墙体背离填土移动的情况，实测得到的土压力通常大于主动土压力。因此，有必要根据工程实际，提出考虑挡土墙位移模式和位移大小的土压力计算方法，能较准确地计算刚性挡土墙上的土压力，这也是决定挡土结构设计合理经济的一个重要因素。 本文以不同位移模式背离填土移动的刚性挡土墙为研究对象，对挡土墙上土压力随墙体位移的变化进行研究。墙体位移模式包括叁种基本位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT)，以及两种组合位移模式：绕墙底以下某点转动(RBT)、绕墙顶以上某点转动(RTT)。本文定义土体从静止状态到主动状态的中间过渡状态为“准主动状态”。通过对已有的模型试验和有限元分析的结果进行归纳和分析，得到挡土墙不同位移模式下墙体背离填土移动时，墙后填土的渐进破坏机理。不同位移模式下，随墙体位移增大，墙后土体塑性区的发展不相同，这使得填土抗剪强度的发挥和墙土接触面上摩擦力的发挥均不同，而这又将决定挡土墙上土压力的大小，因此，采用函数拟合填土内摩擦角和墙土接触面上摩擦角发挥与位移之间的关系，以此反映土压力随位移的发展。同时，根据不同位移模式下墙后填土渐进破坏的特点，对库仑土压力计算方法进行不同的修正，并引入摩擦角与位移之间的关系，得到不同墙体位移模式下任意位移时挡土墙上水平土压力强度大小、分布，水平土压力合力大小及合力作用点。并将本文建议的计算方法得到的土压力计算值与模型实测值进行比较，两者较符合。 采用考虑墙体位移模式和位移量的土压力计算方法能较好地反映挡土墙实际工作条件下的位移情况，并且能计算任意墙体位移下挡土墙上的土压力，避免了采用库仑主动土压力理论计算得到土压力偏小而使设计安全度降低的缺点。因此，本文提出的土压力计算方法能使挡土墙设计更安全合理。
朱伟[4]2014年在《考虑有限土体及挡墙变位影响的土压力试验与理论研究》文中认为随着城市建设的发展,地下空间被广泛利用,地下建(构)筑物越来越密集。很多支挡工程中出现挡墙前后填土宽度有限的情况,例如临近既有地下室基坑支护结构、临近基岩面的边坡挡土墙、地铁车站狭窄基坑支护结构等。经典库伦或朗肯土压力理论,均假定刚性挡土墙平动且达到极限状态、挡墙后土体为半无限体,显然对于以上情形并不适用。本文针对有限土体的土压力问题,考虑挡墙变位模式和大小,开展模型试验和理论研究,主要工作和结论如下：1.针对有限土体土压力问题研制了1g缩尺模型试验装置,试验可以考虑墙后填土宽度、挡墙变位模式及变位大小等因素对土压力的影响。并将颗粒图像测速技术(PIV)应用于模型试验中,对墙后土体变形进行可视化观察,以研究土体变形、滑裂面发展规律。2.进行了四组不同n(墙后土体宽度与墙高比值)的T(平动)模式主动土压力试验,分析表明：土压力受挡墙位移和n影响显着,呈非线性分布；随着挡墙位移的增大,土压力逐渐由静止土压力减小到极限主动土压力,墙后形成一道通过墙踵的滑裂面,极限土压力与已有理论解吻合较好：随着n的增大,相同位移下土压力逐渐增大,滑裂面倾角逐渐减小；当n≥ncr时,极限主动土压力接近库伦主动土压力,滑裂面倾角接近库伦理论滑裂面倾角。3.进行了两组不同刀的T模式被动土压力试验,试验结果表明：土压力呈非线性分布,且沿挡墙深度逐渐增大。随着挡墙位移的增大,土压力由静止土压力逐渐增大；相同位移下,土压力随着刀的增大而减小。4.在试验和已有理论的基础上,建立了有限土体刚性挡墙RT、RB典型变位模式下主动土压力的理论计算模型,采用水平薄层单元法,将薄层单元层间等效内摩擦角与挡墙位移模式及n相关联,分段建立了挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了土压力强度、主动土压力系数和土压力合力作用点相对高度的理论计算公式。主要分析讨论了n和墙土摩擦角对两种不同模式主动土压力的影响,发现n、变位模式及土体参数是影响有限土体主动土压力的主要因素。算例理论分析结果与前人数值分析和试验数据吻合较好,验证了本文理论方法合理可行。5.考虑墙体最大变位点与滑裂面和临近挡墙交点的相对位置的变化,建立了有限土体柔性挡墙鼓形变位模式下主动土压力的理论计算模型,推导了土压力强度、主动土压力系数和合力作用点相对高度的理论公式。算例分析表明,此类问题土压力分布较简单变位模式复杂,退化到半无限土体情况下的土压力分布与已有试验和理论解进行对比,结果表明本文方法所得结果较已有理论解与试验数据吻合更好。
邓宗伟[5]2007年在《山区高速公路轻型支挡结构的力学机理与应用研究》文中提出山区高速公路建设中，对于半挖半填及陡坡路堤处挡土结构物的选择目前一般倾向于摈弃传统的重力式挡土墙，而采用既经济又有更强适应性的轻型支挡结构。但山区地质地形复杂多变，相应而采用的轻型支挡也灵活多样，在这种复杂的边界条件下，支挡结构的受力机理更加复杂，其设计参数的确定也更为困难。目前，该类山区轻型支挡结构的理论研究已远落后于工程实践。因此，对高速公路轻型支挡结构的力学机理进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本论文以国家重点工程邵怀(山区)高速公路和湖南省交通建设重点试验室开放基金项目为依托，作了以下几个方面的研究工作：1)、对邵怀(山区)高速公路中有代表性的四种轻型支挡结构(预应力锚索桩板墙、悬臂式桩板墙、锚杆式柱板墙和预应力锚索柱板墙)，在现场埋设各种测试元件，进行比较系统的现场测试(包括行车动力试验)。2)、基于双剪统一强度理论和极限平衡原理，推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、锚索的倾角、岩土体强度等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。3)、以损伤理论的基本原理及其相应的损伤演化方程为基础，根据锚索荷载传递机理力学方程，推导出考虑岩土体损伤特性的锚索轴力和侧摩阻力沿着锚索长度分布的解析解；基于上述解析解、Mindlin解和Boussinesq解，得出锚索影响范围内土体中任一点的正应力、剪应力以及相应的位移和锚固体与墙面的位移；以上述理论结果为基础提出了锚索合理间距优化设计方法：采用实际工程对上述理论成果进行验证分析。4)、选取应用最为广泛的预应力锚索桩板式挡土墙为分析对象，以FLAC3D为研究工具进行二次开发建立桩、土、锚索、及其界面的耦合分析数值模型，对影响挡墙受力变形的主要参数进行数值仿真分析，提出设计时要考虑的控制因素及可供设计参考的数据资料。5)、根据现场的土压力测试数据、锚杆锚索锚固段与自由段的内力数据、桩的变形数据等对现场的四种挡墙的工作状况进行分析；同时，将每种挡墙的实测数据与其数值计算数据进行了对比分析，归纳出四种轻型支挡结构的受力、变形特征，并提出了静荷载作用下轻型挡土墙的修正设计方法。6)、在行车动力分析方面，基于ANSYS通用有限元程序，针对预应力锚索桩板墙建立了有限元模型，考虑车速、载重、路面不平整度、行车车道等因素，对交通荷载下的轻型挡墙的墙背动态土压力、墙背动态变形、路面动态压应力及路面动态位移等进行计算分析，探讨交通荷载作用下轻型支挡结构的作用机理。7)、选取预应力锚索桩板墙与锚杆柱板墙为分析对象，对这两种挡墙所在位置的路基与墙背处布置的应变式压力盒进行动力测试分析，并将实测数据与数值计算数据进行对比分析，评估了交通荷载对轻型支挡结构的作用与影响，并提出了考虑交通荷载作用时该类挡墙的修正设计计算方法。
马斌[6]2006年在《高速铁路刚性挡土墙土压力数值分析与现场试验研究》文中指出外荷载作用下挡土墙土压力的计算方法不够统一,计算结果相差较大。目前,关于列车荷载作用下挡土墙的土压力尚无专题研究,其大小、分布、合力作用点位置不明确。随着高速铁路建设和既有线提速的全面展开,列车荷载作用下挡土墙土压力的研究非常必要。在总结已有研究资料成果的基础上,本文通过理论计算、数值分析和现场试验,对列车荷载作用于刚性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。 以重力式刚性挡土墙为研究对象,采用库仑土压力理论和弹性理论对墙背土压力进行计算分析,重点考虑了荷载土压力与墙高、荷载作用距离、放坡高度等因素的影响。对实际工程情况下挡土墙的土压力进行有限元仿真分析,对不同变位组合模式、不同墙高、不同荷载作用距离下挡土墙的土压力进行分析研究,得到在这些工况下,挡土墙土压力的分布规律、合力作用点的变化规律、土压力系数的变化规律以及挡土墙的位移变化情况。 选择胶济线两衡重式挡土墙和两重力式挡土墙作为现场试验工点,对填土和上部结构自重土压力的分布情况、挡土墙土压力随时间的变化规律、列车动力荷载产生的路基动应力在土体中的衰减规律、列车动力荷载作用下挡土墙土压力的分布及其影响因素等进行分析研究,并与理论分析和数值计算的结果进行比较。现场测试的土体自重以及动荷载所产生的墙背土压力值与数值计算结果基本吻合。 研究认为在挡土墙设计中,荷载土压力计算可采用弹性理论方法。列车动荷载对挡土墙土压力影响不大。在高速铁路挡土墙设计中,可以采用适当提高安全系数的方法,来考虑列车动力荷载的影响。
王鉴[7]2008年在《考虑位移效应挡土墙土压力的有限元对比计算研究》文中研究说明土力学计算是土力学中的一个重要课题,经典的库仑(Coulomb)土压力理论和朗肯(Rankine)土压力理论,因其计算简单和力学概念明确,在土木工程中得到广泛应用。但是经典的库仑土压力理论存在着一些明显的不足之处:一是要求刚性挡土墙为均匀平移,这与正常工作条件下挡土结构的实际位移情况不符;二是严格意义上库仑土压力理论只能求得土压力合力,土压力直线分布只是一种假定,并且实测得到的土压力大多呈非线性分布;叁是要求墙后土体达到极限平衡状态,求得该极限状态下的土压力,如主动土压力,而对于墙体背离填土移动的情况,实测得到的土压力通常大于主动土压力。因此,有必要根据工程实际,检验挡土墙位移模式和位移大小的土压力计算方法的准确性,这也是决定挡土结构设计合理经济的一个重要因素。本文以不同位移模式背离填土移动的刚性挡土墙为研究对象,对挡土墙上土压力随墙体位移的变化进行研究。墙体位移模式包括叁种基本位移模式:平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT)。通过对已有的模型试验分析的结果进行归纳和分析,得到挡土墙不同位移模式下墙体背离填土移动时,墙后填土的渐进破坏机理。不同位移模式下,随墙体位移增大,墙后土体塑性区的发展不相同,这使得填土抗剪强度的发挥和墙土接触面上摩擦力的发挥均不同,而这又将决定挡土墙上土压力的大小,因此,采用有限元计算模拟填土内摩擦角和墙土接触面上摩擦角发挥与位移之间的关系,以此反映土压力随位移的发展。同时,根据不同位移模式下墙后填土渐进破坏的特点,对库仑土压力计算方法计算得出的土压力值、有限元计算得出的土压力值分别与模型实测值进行比较,发现通过有限元得出的土压力值较好的反映了墙后填土土压力的实际情况,而通过库仑土压力计算方法计算得出的土压力值与实测值有不同程度的缺陷。采用考虑墙体位移模式和位移量的有限元计算方法能较好地反映挡土墙实际工作条件下的位移情况,并且能计算任意墙体位移下挡土墙上的土压力,避免了采用库仑主动土压力理论计算得到土压力偏小而使设计安全度降低的缺点。因此,采用有限元计算方法计算挡土墙墙后土压力能使挡土墙设计更安全合理。
赵勇[8]2006年在《高速铁路刚性挡土墙土压力模型试验与数值分析》文中研究指明随着铁路既有线提速与高速铁路(客运专线)的快速发展,列车动力荷载对路基工程的影响越来越突出。为满足高速(快速)铁路线形要求,在地形起伏较大的丘陵山区,将会遇到大量的路堤路肩支挡结构。在高速列车荷载作用下,刚性挡土墙背土压力的大小和分布规律以及墙后填土的破坏形式等,对于高速铁路支挡结构的设计非常重要,但目前国内外关于此方面的研究较少,因此开展高速列车荷载对刚性支挡结构影响的研究课题十分迫切。在总结目前挡土墙研究方面已取得的进展的基础上,本文通过数值分析和模型试验,对高速列车荷载作用于刚性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。 首先,考虑土体的力学特性和土、墙接触面上的变形特性,作者编制了叁维有限元程序。土体采用邓肯—张本构模型,在墙——土接触面间引入无厚度的叁维Goodman单元,以分析在列车荷载作用下的墙背土压力大小及分布形式。用程序分别计算分析了在墙背填土自重荷载、换算土柱静荷载和列车动应力荷载作用下,墙高、荷载作用距离、挡土墙上部路基高度对重力式挡土墙墙背土压力大小及分布形式的影响;墙背填土自重荷载、换算土柱静荷载和列车动应力荷载作用下,墙高、荷载作用距离、衡重台宽度对衡重式挡土墙墙背土压力大小及分布形式的影响。 然后通过在室内填筑重力式挡土墙的1:1实尺模型试验,比较了动、静荷载作用下挡墙土压力的大小及分布规律的不同,研究了不同动荷载幅值、不同荷载作用距离下重力式挡土墙墙背土压力的大小及分布。以衡重式挡土墙上墙和衡重台为主要研究对象,修筑了的1:1实尺模型试验,比较了动、静荷载作用下挡墙土压力的大小及分布规律的不同,研究了不同动荷载幅值、不同荷载作用距离下衡重式挡土墙墙背土压力的大小及分布。 最后,通过数值计算和模型试验的研究和比较,得出高速铁路刚性挡墙土压力的分布规律与数值范围,希望可以为今后的科研及设计施工提供参考。
冯伟喜[9]2011年在《台阶式挡土墙土压力分布特征的研究》文中认为地下结构中,作用在挡土墙上的土压力是一个古老且重要的课题。长期以来人们对挡土墙上土压力分布特征进行了大量的研究。但研究对象一般为直线墙背的挡土墙,而对于阶梯状墙背挡土墙的土压力分布特征少有研究。某核电站主厂房地下室周边的挡土墙包括如下两种结构形式:阶梯状直墙结构和阶梯状连拱结构。为了优化这两种结构挡土墙的设计,这就要研究此类挡土墙在各种工况作用下墙背土压力的分布特征。在总结目前挡土墙研究成果的基础上,本文通过模型试验和有限元数值分析相结合的方法,研究了这两种结构形式的挡土墙在不同坡度边坡限制下,分层回填施工时的土压力分布特征。本文首先提出相似理论的概念,并通过量纲分析,得到试验的模型规律与相似系数。在结合现场原型尺寸、荷载工况和实验室场地条件的基础上,设计出了一套1:10的缩尺模型试验方案。然后通过1:10的阶梯状直墙结构挡土墙的缩尺模型试验,比较了叁种不同坡度边坡限制下,分层回填施工的土压力大小和分布规律,并研究了不同荷载幅值、不同荷载作用距离下直墙结构挡土墙墙背土压力大小及分布。对于阶梯状连拱结构挡土墙的土压力分布特性,亦通过1:10的缩尺模型做了相同工况下的试验研究。接着通过相同工况下的数值计算与模型试验结果的研究和比较,得出了这两种结构挡土墙的土压力分布规律和数值大小。并通比较不同长高比的数值计算结果,讨论了缩尺模型所带来的空间尺寸效应。最后,通过相似理论准则将缩尺模型试验值还原为足尺模型的试验值,并和足尺模型的数值计算结果作对比分析,得出了阶梯状直墙结构和阶梯状连拱结构挡墙的土压力分布规律。
李昕睿[10]2010年在《考虑位移效应刚性挡土墙被动土压力计算方法研究》文中进行了进一步梳理传统的土压力理论力学概念明确,计算方法简单,但其所求结果实际为极限状态土压力值,在工程设计中采用该值可能导致浪费或是产生偏于不安全的后果。在大多情况下,挡土墙的侧向位移很小,挡土墙受到的土压力实际上处于静止土压力与极限土压力之间。为了更准确的进行挡土墙设计,有必要对非极限位移时的土压力计算进行研究。土体从静止到极限状态是一个渐变的过程,土压力同时受到挡土墙位移模式和位移大小的影响。挡土墙土压力分布是非线性的,填土滑裂面通常为曲面。本文通过对现有土压力试验及数值计算结果进行分析,得到墙后填土的渐进破坏机理、填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的发挥特性,建立内、外摩擦角与土体位移之间的关系。考虑滑裂面的可能形状,改进现有的被动土压力计算方法,建立不同位移模式下非极限被动土压力强度、合力及其作用点的计算公式。分别计算分析了填土为不同密实度干砂及填土为饱和砂土的模型试验,并与实测数据进行对比,发现两者结论比较吻合。本文的土压力计算方法考虑挡土墙位移模式及大小、土体滑裂面发展、摩擦角发挥特点等影响因素,可以求解任意位移量下的被动土压力,易于掌握,能较好地反映土压力及其作用点随位移的变化规律。
参考文献：
[1]. 挡土墙上土压力的试验研究与数值分析[J]. 陈页开. 岩石力学与工程学报. 2002
[2]. 挡土墙上土压力的试验研究与数值分析[D]. 陈页开. 浙江大学. 2001
[3]. 不同位移模式下刚性挡土墙土压力计算方法研究[D]. 龚慈. 浙江大学. 2005
[4]. 考虑有限土体及挡墙变位影响的土压力试验与理论研究[D]. 朱伟. 浙江大学. 2014
[5]. 山区高速公路轻型支挡结构的力学机理与应用研究[D]. 邓宗伟. 中南大学. 2007
[6]. 高速铁路刚性挡土墙土压力数值分析与现场试验研究[D]. 马斌. 西南交通大学. 2006
[7]. 考虑位移效应挡土墙土压力的有限元对比计算研究[D]. 王鉴. 合肥工业大学. 2008
[8]. 高速铁路刚性挡土墙土压力模型试验与数值分析[D]. 赵勇. 西南交通大学. 2006
[9]. 台阶式挡土墙土压力分布特征的研究[D]. 冯伟喜. 华南理工大学. 2011
[10]. 考虑位移效应刚性挡土墙被动土压力计算方法研究[D]. 李昕睿. 浙江大学. 2010