筒形挡土结构主动土压力及拱效应研究

发布时间：2019-09-18 21:38

【摘要】：土拱效应广泛存在于岩土工程领域，对地下结构土压力具有重要影响，国内外学者对其进行了大量的研究，但重力场对土拱效应的影响，筒形挡土结构空间拱效应的研究则较少。本文采用物理试验、数值模拟相结合方式研究重力场对土拱效应的影响；通过数值模拟对筒形挡土结构空间拱效应及土压力进行研究；在空间拱效应研究基础上，提出筒形挡土结构土压力计算方法。依据磁力场模拟重力场思想，自行研制磁重力模型试验系统，研制了掺加超细四氧化三铁的相似材料，可获得近3.0g的重力场。进行磁场强度分布测试，得出：在0.14m≤h≤0.30m，0.0m≤r0≤0.04m空间范围内，梯度磁场均匀分布，可实现磁力场恒定。开展活动门试验的重力场效应试验研究，结果表明重力场越大，归一化土压力越大，土拱效应越弱。采用PFC2D进行活动门试验常规重力场下的离散元模拟，揭示土拱效应发挥机理，得出极限状态时侧压力系数线性变化规律，修正Terzaghi松动土压力计算公式。进行不同重力场下的活动门试验数值模拟，结合归一化土压力变化规律及主应力、接触力链演化规律得出重力场的增大，削弱了应力拱的形成，土拱效应弱化。建立三维离散元模型，研究单一均质土层筒形挡土结构空间拱效应及土压力进行单一均质土层筒形挡土结构土压力模拟，研究土压力随墙体位移的变化规律，分析了主应力，环向应力变化规律，得出环向拱效应先于竖向拱效应发挥的结论；分析了高径比，土体内摩擦角，及重力场对主动土压力影响，得出归一化主动土压力随着高径比，内摩擦角，重力场的增大而减小的规律。首次对双层土筒形挡土结构土压力进行离散元数值模拟，当上土层内摩擦角小于下土层时，上土层中环拱效应减弱，土压力增大。基于水平层分析法，考虑圆曲线形小主应力拱，引入环向应力系数，建立墙体移动过程中内摩擦角、墙-土摩擦角和环向应力系数与位移的关系。根据径向和竖直向受力平衡条件，构建了均质土层、多层土筒形挡土结构主动和非极限土压力理论模型。分析土体内摩擦角，墙-土摩擦角，高径比，环向应力系数对土压力的影响。
【图文】：

示意图,活动门,示意图,土拱效应

博士学位论文领域的发展，，土拱效应现象也逐渐被认知、重数值模拟，现场测试及理论分析等手段对土拱性，土压力的影响程度等方面进行了一系列研工程实践，并取得不错的效果。现有对于土拱效用试验、数值模拟等方法，对土拱效应现象进，及对土压力的影响。(2)采用理论分析，对土出考虑土拱效应的土压力计算方法。

土拱,活动门,土拱效应

图 1-3 土拱形成过程(Paikowsk,2003)Fig 1-3 Arch formation(Paikowsk,2003)Adachi(2003)[16]进行三维活动门试验研究，通过活动门的逐步下移模拟开挖过程，指出活动门的下移，对土压力的影响非常大，上覆土层足够厚，土拱效应才能充分发挥。Lee(2006)[17]用 FLAC 软件模拟了隧道开挖过程，分析了土拱效应的演化规律，自定义土拱效应系数，划分主、被动土拱效应区域。Dewoolkar(2007)[18]在常规重力场和离心重力场两种条件下进行了活动门试验，重力场的不同对活动门试验其土拱形成有影响。其定义当活动门上土压力最小时，即活动门下降位移为活动门直径的 1.5%，活动门上方形成圆穹，该过程为最大土拱效应。随剪切带是逐步向上发展的向上发展，完整的穹形破坏，作用在活动门上的土压力增加，随着活动门两侧的剪切带至表面，形成了最小土拱效应。并指出活动门填土高度与活动门直径大于等于 5.0 时，最小土压力基本保持不变。Dang(2008)[19]采用三维离散元方法模拟了活动门试验，并根据接触力分布简单分析了土拱效应的形成。朱伟(2008)[20]对盾构开挖进行了颗粒流数值模拟，得
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU43

【参考文献】