基于模型试验的肋板式挡土墙稳定性及破坏模式分析

发布时间：2017-09-27 23:15

  本文关键词：基于模型试验的肋板式挡土墙稳定性及破坏模式分析

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【摘要】：支挡结构是岩土工程的一个重要组成部分。随着支挡结构的快速发展,其结构形式已从依靠墙体自重来平衡土压力的重力式挡土墙,发展为采用锚固技术、加筋土技术、悬臂结构以及组合结构等多种轻型的支挡结构。肋板式挡土墙是一种由墙面板、肋板及肋间土组成,依靠肋板与稳定区土体和肋间土与地基之间的摩擦作用来平衡土压力的新型轻型支挡结构。其主要特点是充分利用墙后土体的自稳定性、对边坡土体扰动小、地基承载力要求低,结构简单等。目前,肋板式挡土墙的受力变形特征、破坏模式及稳定机理等尚不明确,未建立完善的设计计算方法。在总结和分析已有的挡土墙研究成果基础上,通过小型砂箱模型试验,探讨了肋板式挡土墙肋板间距和长度两个主要结构参数对墙体稳定性的影响。以9m高路肩肋板式挡土墙为原型,设计了肋板间距和长度变化的5组土工离心模型试验。利用位移控制装置,研究肋板式挡土墙在不同侧向位移下,墙面板和肋板侧壁土压力大小及分布特征、位移模式以及破坏模式等。初步得到以下结论：(1)肋板式挡土墙是以肋板为主要锚固体、面板为挡土体,依靠肋板与填土间摩擦作用来平衡墙面板土压力的一种新型支挡结构。室内砂箱模型试验和离心模型试验表明,肋板间距和长度是影响肋板式挡土墙稳定性的两个关键因素。(2)随着肋板间距由疏至密的变化,肋板式挡土墙存在两种典型的力学作用模式：间距较大时,依靠肋板与稳定区土体摩擦效应提供锚固力平衡墙面板土压力,为摩擦锚固型作用模式,极限状态下的破裂面位于肋间土内；间距较小时,肋间土受到相邻肋板较强的摩擦约束,形成整体土墙,类似于利用墙体自重达到稳定的重力式挡土墙,即整体土墙型作用模式,破坏时破裂面位于肋板外土体。(3)离心模型试验表明,肋板式挡土墙的墙面板及肋板侧壁土压力随肋板间距由疏至密变化呈现出逐渐减小的变化趋势。其中,处于摩擦锚固型的挡土墙墙面板土压力与无肋板的挡土墙差异不显著,约为整体土墙型挡土墙的1.55倍。对于肋板侧壁土压力,摩擦锚固型的挡土墙是整体土墙型挡土墙的1.89倍。(4)离心模型试验表明,肋板式挡土墙的墙面板及肋板侧壁土压力沿墙高均呈非均匀分布特征,其分布形态具有良好的一致性。其中,处于摩擦锚固型的挡土墙土压力表现出先增大后减小的非线性分布,合力作用点位于距墙踵0.51-0.56倍墙高位置；整体土墙型挡土墙则近似为三角形分布,土压力合力作用点约为0.3-0.4倍墙高。(5)肋板式挡土墙的墙面板土压力随墙体位移的增大逐渐减小,而肋板侧壁土压力则无明显变化,且大于相应的墙面板土压力,墙面板与肋板侧壁土压力的比值随着肋板间距减小而增大。离心模型试验表明,摩擦锚固型墙面板土压力是肋板侧壁土压力的0.4-0.8倍,整体土墙型墙面板土压力是肋板土压力的0.58-0.9倍。
【关键词】：肋板式挡土墙 砂箱模型试验 土工离心模型试验 土压力 破坏模式
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 研究背景及问题的提出13-15
• 1.2 国内外研究现状15-22
• 1.2.1 挡土墙墙背土压力16-18
• 1.2.2 考虑挡土墙位移的墙背土压力18-22
• 1.3 本文的主要内容及技术路线22-24
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 技术路线23-24
• 第2章 肋板式挡土墙砂箱模型试验24-33
• 2.1 概述24-25
• 2.2 砂箱模型试验设计25-28
• 2.2.1 模型砂箱25-26
• 2.2.2 模型材料26
• 2.2.3 试验方案26-27
• 2.2.4 模型制备过程27-28
• 2.3 试验结果及数据分析28-31
• 2.3.1 阶段一试验结果及数据分析28-30
• 2.3.2 阶段二试验结果及数据分析30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 土工离心模型试验概述及试验设计33-64
• 3.1 土工离心模型试验概述33-36
• 3.1.1 意义及技术发展33-35
• 3.1.2 基本原理及相似性35-36
• 3.2 肋板式挡土墙离心模型试验目的及试验设备36-39
• 3.2.1 离心模型试验目的36
• 3.2.2 土工离心机36-37
• 3.2.3 主要技术指标及功能37-38
• 3.2.4 试验配重38-39
• 3.3 肋板式挡土墙离心模型试验设计39-61
• 3.3.1 模型率的确定39-40
• 3.3.2 离心模型试验材料40-47
• 3.3.3 墙面板位移控制装置47-48
• 3.3.4 试验测试系统及传感器标定48-54
• 3.3.5 离心模型试验方案54-61
• 3.4 模型制备61-64
• 第4章 离心模型试验数据记录与结果分析64-105
• 4.1 试验数据记录及结果分析说明64-66
• 4.2 土压力理论值计算66-71
• 4.2.1 静止土压力66
• 4.2.2 朗金主动土压力66-68
• 4.2.3 库仑主动土压力68-71
• 4.3 试验记录与分析71-103
• 4.3.1 M0试验记录与分析71-76
• 4.3.2 M1试验记录与分析76-81
• 4.3.3 M2试验记录与分析81-90
• 4.3.4 M3试验记录与分析90-97
• 4.3.5 M4试验记录与分析97-103
• 4.4 本章小结103-105
• 第5章 离心模型试验结果对比分析105-119
• 5.1 侧向推墙试验对比分析105-108
• 5.2 墙面板土压力对比分析108-111
• 5.2.1 墙面板土压力沿墙高的分布108-110
• 5.2.2 墙面板土压力合力及作用点110-111
• 5.3 肋板侧壁土压力对比分析111-114
• 5.3.1 肋板侧壁土压力沿墙高分布111-113
• 5.3.2 肋板侧壁土压力合力及作用点113-114
• 5.4 肋板式挡土墙稳定机理分析114-118
• 5.4.1 长肋疏布的摩擦锚固型115
• 5.4.2 短肋密布的整体土墙型115-116
• 5.4.3 过渡状态型116-118
• 5.5 本章小结118-119
• 结论与展望119-121
• 致谢121-122
• 参考文献122-127
• 附录127-135
• 攻读硕士学位期间发表的论文、科研实践及成果135

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本文编号：932452