多位移模式下刚性挡土墙主动土压力对比研究

发布时间：2019-09-19 08:04

【摘要】：本文以重庆市东港工业园区三峡库区移民产业园道路为依托进行研究,由于该工程路段中多处出现深路堑、高路堤的情况,因此考虑在适当路段设置挡土墙。对于挡土墙设计来说,明确挡墙墙后各点土压力的分布情况并准确的计算出土压力的合力及合力作用点位置是至关重要的。对于土压力的计算,经典的库仑土压力理论和朗肯土压力理论,因其计算简单和力学概念明确,在工程中得到广泛应用。但是经典的库仑土压力理论存在着一些明显的不足之处：一是要求刚性挡土墙为均匀平移,这与正常工作条件下挡土结构的实际位移情况不符；二是严格意义上库仑土压力理论只能求得土压力合力,土压力直线分布只是一种假定,并且实测得到的土压力大多呈非线性分布；三是要求墙后土体达到极限平衡状态,求得该极限状态下的土压力。因此,有必要根据工程实际,考虑挡土墙位移模式对土压力的分布情况、合力大小以及作用点位置的影响。虽然在这方面许多学者也开展了一些研究：但多数都是对相关土压力问题进行了定性的分析,定量的分析相对较少；所建模型基本上为填土表面水平,墙背竖直,所以有必要考虑不同位移模式下填土倾角β和挡土墙背与竖直线夹角α对土压力分布、合力大小以及合力作用点的影响。本论文首先基于卡岗(M.E.KaraH)提出的土压力水平层分析法,将滑动楔形体划分为平行于填土表面的微元土层,建立微元土层的静力平衡方程推导出平动位移模式、绕墙底转动位移模式、绕墙顶转动三种位移模式下的主动土压力计算公式。然后采用PLAXIS有限元软件建立不同挡土墙墙背与竖直线夹角α和不同填土倾角β各角度组合共49个有限元计算模型,分别从三种位移模式研究β和α角对土体达到主动状态的极限位移、土压力分布、土压力合力作用点的影响。研究结果表明：T位移模式下主动土压力合力作用点相对高度与夹角α和倾角β呈正相关关系且接近线性相关,土压力合力作用相对高度大致在0.325-0.483区间变动,其具体位置大小可通过查本论文分析形成的挡土墙土压力合力作用点数据表得出; RB、RT位移模式下主动土压力合力可根据T位移模式下合力作用点进行调整。最后将研究的结果运用于重庆市东港工业园区三峡库区移民产业园道路路堤挡土墙土压力计算,经分析比较能较好的反应实际工作条件下挡土墙的受力情况。
【图文】：

墙高,土压力

//(m)图2-3 土压力沿墙高分布（《 = 0°) 图2-4 土压力沿墙高分布(a = 25°)通过对以上案列的计算分析得到土压力分布函数的图形，从图2-3和图2-4都可以直观的看到土压力沿墙高呈非线性分布，通过分析不同^3角对应的土压力强度分布曲线可知：随着角不断增大土压力强度较大区域在不断上移，即土压力合力作用点随角增大而上移。横向对比图2-3与图2-4中相同P角对应的两条土压力强度分布曲线可知：挡土墙背与竖直线的夹角0；同样对土压力强度分布和合力作用点产生影响，即合力作用点随a角增大也向上移动。通过对土压力分布的计算方法的研究，可以作为对两大经典土力学理论的完善，，为工程设计中土压力分布和土压力合力作用点的确定提供更可靠地理论依据和计算方法。2.2.2 RB位移模式主动土压力计算方法研究根据以前一些学者对绕墙底转动位移模式下挡墙后土体的破坏分析，可知RB位移模式下的土体的塑性发展过程与平动位移下的土体塑性发展有较明显的区别。在RB位移模式的演化过程中，随转角位移的发生，土体塑性发展由挡墙顶部土体开始发展

墙高,土压力

图2-3 土压力沿墙高分布（《 = 0°) 图2-4 土压力沿墙高分布(a = 25°)通过对以上案列的计算分析得到土压力分布函数的图形，从图2-3和图2-4都可以直观的看到土压力沿墙高呈非线性分布，通过分析不同^3角对应的土压力强度分布曲线可知：随着角不断增大土压力强度较大区域在不断上移，即土压力合力作用点随角增大而上移。横向对比图2-3与图2-4中相同P角对应的两条土压力强度分布曲线可知：挡土墙背与竖直线的夹角0；同样对土压力强度分布和合力作用点产生影响，即合力作用点随a角增大也向上移动。通过对土压力分布的计算方法的研究，可以作为对两大经典土力学理论的完善，为工程设计中土压力分布和土压力合力作用点的确定提供更可靠地理论依据和计算方法。2.2.2 RB位移模式主动土压力计算方法研究根据以前一些学者对绕墙底转动位移模式下挡墙后土体的破坏分析，可知RB位移模式下的土体的塑性发展过程与平动位移下的土体塑性发展有较明显的区别。在RB位移模式的演化过程中，随转角位移的发生，土体塑性发展由挡墙顶部土体开始发展
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U417.11

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