空间土拱效应原理的研究与应用

发布时间：2017-05-24 07:08

  本文关键词：空间土拱效应原理的研究与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模型试验表明土拱效应客观存在,目前关于土拱效应原理的研究,平面应变条件下主要以直墙背挡土墙的侧向土压力计算为主,空间条件下主要集中在桩顶竖向土压力的计算方面。但挡土墙的范畴不只限于直背墙,也不只限于平面应变条件,考虑土拱效应的斜背挡土墙土压力计算理论还存在着很多的不足,空间挡土墙土压力计算理论目前还未见有文献对其进行探讨。同时,在其它实际工程中土拱效应原理的研究和应用也还处于刚刚起步的阶段,如矿区回填场上覆土压力、地下洞室上覆土压力和盾构开挖面支护力等方面。因而,有必要对土拱效应原理在挡土墙和这些所涉及的实际工程中的应用进行更为深入的研究。本文在前人研究的基础上,对土拱效应原理及其应用的研究作了进一步的拓展。主要工作包括：1、以顾慰慈等建立的挡土墙后土体破坏模型为基础,结合土拱效应原理,建立了挡土墙和临近地下室外墙的空间土压力计算模型,将该模型划分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ四个区域,通过在各个区域内取水平微分单元体,建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程,推导出了各区相应的挡土墙空间主动土压力计算公式,该公式可以计算出挡土墙后任意位置的主动土压力；并提出了空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。2、用Matlab画出了考虑土拱效应影响的挡土墙和临近地下外墙的挡土墙的空间主动土压力分布三维视图,分析总结了挡土墙和临近地下外墙的挡土墙空间主动土压力及其合力作用点的分布规律,表明了空间效应对主动土压力分布的影响。3、利用顾慰慈等建立的挡土墙后土体破坏规律对梯形楔形体模型进行了修正,得到了新的滑动面倾角α、以及β角计算公式,避免了其体积计算过程中可能出现的错误；结合土拱效应原理,推导出了松动土压力状况下的侧向土压力系数,对Terzaghi松动土压力理论进行了修正,并将其应用到梯形楔形体模型中；与以往模型相比较,修正后的梯形楔形体模型所计算出的盾构开挖面极限支护力与模型试验值更为接近。4、结合土拱效应原理以及斜墙背挡土墙的特点,提出了新的主动侧向土压力系数的计算方法,解决了采用以往考虑土拱效应的侧压力系数不能求解出黏性土条件下挡土墙土压力解析解的难题。通过与现场实测数据和不考虑土拱效应计算理论的比较,表明考虑土拱效应的计算理论能更为准确的反应挡土墙后主动土压力的分布状况。
【关键词】：土拱效应 有限土体 空间主动土压力 梯形楔形体模型 斜墙背挡土墙
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU432
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 背景意义9-10
• 1.2 挡土结构土拱效应研究现状10-24
• 1.2.1 挡土墙试验研究现状10-11
• 1.2.2 平面应变条件下土拱效应原理及其应用研究现状11-16
• 1.2.3 空间条件下土拱效应原理及其应用研究现状16-17
• 1.2.4 数值模拟研究现状17-23
• 1.2.5 土拱效应研究未来发展趋势23-24
• 1.3 本文研究内容与难点分析24-26
• 1.3.1 本文研究内容24-25
• 1.3.2 本文研究内容难点分析25-26
• 第二章 考虑土拱效应的挡土墙空间土压力研究26-41
• 2.1 计算模型26-28
• 2.2 主动土压力计算28-34
• 2.2.1 模型A主动土压力计算方法28-33
• 2.2.2 模型B主动土压力计算方法33-34
• 2.3 挡土墙空间主动土压力合力34-36
• 2.3.1 情况一时主动土压力合力计算方法34-35
• 2.3.2 情况二时主动土压力合力计算方法35-36
• 2.3.3 空间主动土压力合力36
• 2.4 算例分析36-40
• 2.5 本章总结40-41
• 第三章 临近地下室外墙影响的挡土墙空间土压力研究41-54
• 3.1 计算模型41-44
• 3.2 主动土压力计算44-49
• 3.2.1 第一类土体破坏状态时主动土压力计算方法44-49
• 3.2.2 第二、三类土体破坏状态时主动土压力计算方法49
• 3.3 空间主动土压力合力49-50
• 3.4 算例研究50-53
• 3.5 本章总结53-54
• 第四章 考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性研究54-66
• 4.1 梯形楔形体模型的修正55-57
• 4.2 上部覆土压力计算57-63
• 4.2.1 侧向土压力系数57-59
• 4.2.2 修正Terzaghi松动土压力59-62
• 4.2.3 修正Terzaghi松动土压力公式的验证62-63
• 4.3 开挖面极限支护力63-64
• 4.4 算例分析64
• 4.5 本章总结64-66
• 第五章 考虑土拱效应的斜墙背挡土墙主动土压力研究66-75
• 5.1 主动土压力66-71
• 5.1.1 主动土压力系数67-69
• 5.1.2 主动土压力计算69-71
• 5.2 主动土压力合力及合力作用点71
• 5.3 算例分析71-74
• 5.3.1 与现场实测数据比较72-73
• 5.3.2 与不考虑土拱效应的理论比较73-74
• 5.4 本章总结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 主要结论75-76
• 6.2 研究展望76-77
• 参考文献77-84
• 在学期间的研究成果84-85
• 致谢85

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