平动模式下挡土墙非极限土压力计算研究

发布时间：2020-11-20 20:42

　　 随着我国基础建设的进一步推进,挡土墙作为一种常见的支挡结构在水利工程、公路工程、铁道工程、土建工程、采矿工程、岩土工程扮演着愈发重要的角色,为工程的顺利竣工及建筑物的正常运行保驾护航。挡土墙的主要受力来源是墙后土压力,如何能够更加精确的计算土压力是挡土墙设计的关键内容。目前工程中计算土压力常用的库仑理论和朗肯理论其实只在土体达到极限位移时这种特殊工况下才适用,而大量试验证明墙体位移会影响土压力的分布,基于此,本文开展了非极限土压力理论的研究,并针对平动模式下墙背倾斜的挡土墙,建立了位移同内、外摩擦角的函数关系式,同时基于考虑土拱效应的摩尔应力圆,得到了水平应力、竖向应力、剪应力的表达式,并应用于水平层分析法中,推求了非极限主、被动土压力强度、合力、合力作用点高度的理论表达式。本文的理论分析与已有计算理论相比,其非极限主、被动土压力分布解与试验值吻合得更好,充分说明了本论文理论推导的合理性与正确性。此外,还做了相应参数的敏感性分析,主要结论有:非极限主动状态下,无论是否考虑土层间剪应力,土压力的大小均随墙体位移的增大而减小,呈峰值靠近墙底处的凸曲线分布,且考虑剪应力作用的土压力在墙体上部较不考虑剪应力要小,下部反之。剪应力随内摩擦角的增大出现先显著增大后略微减小的状态;随位移、外摩擦角、地面超载的增大而增大;随着墙背倾角的增大,剪应力先减小,再反向增大,土压力随之增大。非极限被动状态下,无论是否考虑土层间剪应力,土压力的大小均随墙体位移的增大而增大,呈凹曲线分布,且考虑剪应力作用的土压力在墙体上部较不考虑剪应力要大,下部则要小。随着位移、内摩擦角、外摩擦角、地面超载的增大,剪应力随之增大,随着墙背倾角的增大,在墙体上部增大,距墙底较小范围内减小。无论土体处于非极限主动状态还是非极限被动状态,土层间剪应力均不能忽略,且对土体均表现为与墙体位移相反的作用力,剪应力的分布情况也与土压力基本一致。并且是否考虑剪应力作用,土压力合力均相同,且考虑剪应力作用的土压力合力作用点位置位于库仑解与不考虑剪应力理论解之间。
【学位单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU432;TU476.4
【部分图文】：

(c)堆放散粒材料的挡墙 (d)支撑建筑物周围填土的挡墙图 1.1 挡土墙应用举例Fig . 1.1 Example of retaining wall application要使挡土结构能够安全运营，就得要求墙体自身有足够强度、墙基达到承载力要求、墙体能够保持滑移稳定、墙体不会发生倾覆、在偶然荷载作用下有一定的安全余度等硬性要求。在满足这些条件下，能够充分节约土地资源、节约墙体原材料、减少人力财力的投入，也是工程师们所追求的终极目标。因而，只有准确的考虑土压力，方能达到此目标。目前，计算土压力的方法普遍采用的仍是库仑土压力理论和朗肯土压力理论，这两种理论最大的缺陷是没有涉及到位移因素对土压力的影响，得到的土压力呈线性分布，与实测值或模型试验值偏差较大，得到的土压力值要么偏危险，要么不经济。然而，在实际工程中，挡土墙后的土体往往不会同时达到极限状态。鉴于此，为了使所求得的土压力更接近于实际情况，有必要对非极限状态下主、被动土压力进行进一步研究。1.3 经典土压力理论

库仑土压力理论计算模型示意图

γ为填土容重；ε为墙背倾角；φ为填土内摩擦角；α为填土表面与水平方向的夹角；δ为墙土摩擦角；y 为距离墙顶的距离；H 为墙高；Kac为库仑主动侧土压力系数；为 Kpc为库仑被动侧土压力系数。由于库仑理论假定了土压力呈线性分布，因而，无论是主动状态还是被动状态，其合力作用点位置均在距墙底 H/3 处，合力方向与水平方向夹角为δ+ε。1.3.2 朗肯土压力理论1857 年，朗肯（Rankine，W.J.M）认为在计算黏性土压力时，若忽略土粒间的黏聚力所得到的结果是不可靠的，因而从微观出发，研究了黏性土土压力的计算方法，以半无限土体中应力状态和极限平衡条件为前提，推求出了极限土应力的理论解，即朗肯土压力理论。由于应力分析的局限性，朗肯理论计算土压力必须要墙背铅直、光滑，填土表面水平，且需达到极限平衡状态。墙体在黏性填土自重下将到达极限位移，将会产生张拉裂缝，由图 1.3 进行应力分析，可计算出沿挡土墙纵向每延米的朗肯主动土压力强度为aR aR aRe yK 2c K(1.3)
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本文编号：2891974