绕墙底转动挡土墙非极限状态主动土压力研究

发布时间：2017-06-28 19:14

  本文关键词：绕墙底转动挡土墙非极限状态主动土压力研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济的快速发展,各种基础设施的建设如火如荼的进行。挡土墙作为一种支护结构,也得到了广泛的应用。然而当前,在挡土墙设计时使用的朗肯和库仑土压力计算方法有很大的缺陷。一是求解土压力时土体必须处于极限状态,实际上墙后土体在大多数情况下处于非极限状态,尤其是主动情况下非极限土压力比极限土压力值大,因此主动时采用极限状态土压力往往会使挡土墙结构偏于危险;二是不能考虑挡土墙的位移量及不同位移模式对土压力的影响;三是经典土压力理论中摩擦角一直被视为一个常数,然而事实上墙土间摩擦及土体内摩擦均是随着土体变形的增加逐渐发挥的;四是经典土压力理论中土压力沿墙高为线性分布,而大量试验和现场实测数据证实了土压力沿墙高为非线性分布。鉴于上面所述,本文运用ANSYS有限元建立挡土墙、地基及墙后回填土体弹塑性有限元模型,用分段位移约束模拟绕墙底转动挡土墙的主动非极限状态,对墙后回填砂土位移场、塑性区、土压力系数及主动土压力的有限元计算结果进行分析,并提出了可以计算非极限状态挡土墙土压力的改进库仑土压力公式,最后将公式解与有限元解进行对比,验证了改进库仑土压力公式的合理性,并得到以下结论:(1)非极限状态墙后回填砂土相对位移区近似为扇形;相对位移区范围随墙体位移比、内摩擦角、泊松比的增大而增大,随墙土摩擦角、弹性模量的增大而减小。随着墙体位移比的增大,紧邻墙背上部的土体竖直位移增大,有坍塌趋势;随着土体内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量和泊松比的增大,紧邻墙背上部的土体竖直位移逐渐减小,发生坍塌的趋势越来越不明显。(2)非极限状态墙后回填砂土塑性区近似为三角形;塑性区范围随着墙体位移比、回填砂土弹性模量的增大而增大,随着回填砂土内摩擦角、墙土摩擦角、泊松比的增大而减小。(3)有限元主动土压力系数,从墙顶到墙底逐渐增大,在墙踵处由于土体与地基的摩擦作用,会有所减小;其随墙体位移比、回填砂土内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量的增大而减小;随泊松比的增大而增大。(4)非极限状态主动土压力呈凹曲线分布;主动土压力及合力随墙体位移比、内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量的增大逐渐减小,随泊松比的增大逐渐增大;合力作用点高度随着墙体位移比、内摩擦角、弹性模量的增大而减小并逐渐趋于稳定,随着墙土摩擦角的减小而减小并逐渐趋于稳定,随着泊松比的增大而减小。(5)用改进库仑土压力公式计算得到非极限状态土压力分布、合力及作用点,并与有限元的结果进行对比,发现两者整体上很一致,从而验证了改进库仑土压力公式的合理性。
【关键词】：非极限状态 挡土墙 绕墙底转动 ANSYS有限元 主动土压力
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476.4;TU432
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究的目的和意义12
• 1.2 挡土墙土压力理论12-15
• 1.2.1 朗肯土压力理论12-14
• 1.2.2 库仑土压力理论14-15
• 1.3 国内外挡土墙土压力研究现状15-18
• 1.4 本文研究的假定条件、研究思路及预期目标18-20
• 1.4.1 假定条件18
• 1.4.2 研究思路18
• 1.4.3 预期目标18-20
• 第二章 ANSYS有限元理论及挡土墙模型的建立20-28
• 2.1 ANSYS有限元理论20-23
• 2.1.1 ANSYS有限元基本原理20-21
• 2.1.2 ANSYS有限元分析的基本步骤21-22
• 2.1.3 ANSYS有限元接触分析22-23
• 2.1.4 ANSYS有限元PLANNE42单元23
• 2.2 挡土墙模型的建立23-28
• 2.2.1 挡土墙模型的平面简化23-24
• 2.2.2 挡土墙模型的结构参数、材料参数及屈服准则24-25
• 2.2.3 挡土墙模型网格划分及接触摩擦25-27
• 2.2.4 挡土墙模型边界条件、荷载施加、求解设置27-28
• 第三章 挡土墙后回填砂土位移场、塑性区及土压力系数分析28-52
• 3.1 挡土墙后回填砂土位移场28-38
• 3.1.1 位移场概述28
• 3.1.2 竖直位移场28-33
• 3.1.3 水平位移场33-38
• 3.2 挡土墙后回填砂土塑性区38-45
• 3.2.1 塑性区概述38-40
• 3.2.2 墙体位移比对塑性区的影响40
• 3.2.3 内摩擦角对塑性区的影响40-41
• 3.2.4 墙土摩擦角对塑性区的影响41-42
• 3.2.5 弹性模量对塑性区的影响42-43
• 3.2.6 泊松比对塑性区的影响43-45
• 3.3 土压力系数45-50
• 3.3.1 不同墙体位移比下的土压力系数45-47
• 3.3.2 不同内摩擦角下的土压力系数47
• 3.3.3 不同墙土摩擦角下的土压力系数47-48
• 3.3.4 不同弹性模量下的土压力系数48-49
• 3.3.5 不同泊松比下的土压力系数49-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 绕墙底转动挡土墙非极限状态主动土压力有限元解52-62
• 4.1 土压力分布52-56
• 4.1.1 不同墙体位移下的主动土压力分布52
• 4.1.2 不同内摩擦角下的主动土压力分布52-53
• 4.1.3 不同墙土摩擦角下的主动土压力分布53-54
• 4.1.4 不同弹性模量下的主动土压力分布54-55
• 4.1.5 不同泊松比下的主动土压力分布55-56
• 4.2 土压力合力及作用点56-61
• 4.2.1 墙体位移比对主动土压力合力及作用点的影响56-57
• 4.2.2 内摩擦角对主动土压力合力及作用点的影响57-58
• 4.2.3 墙土摩擦角对主动土压力合力及作用点的影响58-59
• 4.2.4 弹性模量对主动土压力合力及作用点的影响59-60
• 4.2.5 泊松比对主动土压力合力及作用点的影响60-61
• 4.3 小结61-62
• 第五章 绕墙底转动挡土墙非极限状态主动土压力计算公式62-78
• 5.1 挡土墙位移对土体摩擦角发挥值的影响62-63
• 5.2 非极限状态挡土墙主动土压力计算公式63-65
• 5.2.1 挡土墙模型基本假定63
• 5.2.2 主动土压力计算公式63-65
• 5.3 公式解与有限元解对比分析65-77
• 5.3.1 不同墙体位移比结果对比65-67
• 5.3.2 不同内摩擦角结果对比67-72
• 5.3.3 不同墙土摩擦角结果对比72-77
• 5.4 小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文85

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