复杂条件下地震土压力及稳定问题的计算方法研究

发布时间：2017-04-28 21:03

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【摘要】：土压力是指土体作用在建筑物或构筑物上的侧向力,它是建筑基础,边坡挡墙,河岸码头,交通路基,桥梁墩台和隧道开挖等工程设计时的主要计算对象,也是岩土工程学科中最基本和最重要的研究问题。随着我国抗震设计要求的提高,地震土压力的计算越发引起研究人员的重视。尽管目前为止关于地震土压力的理论与试验研究已经取得了丰硕的成果,但是在对某些特殊工况下的研究仍然不足,于是本文基于极限平衡分析,对复杂条件下的地震土压力及稳定问题的计算方法进行研究,本文的主要工作和成果如下： (1)以平移模式下的刚性挡土墙为研究对象,考虑土拱效应作用下主动极限状态的小主应力圆形拱和被动极限状态的大主应力圆形拱,得出土拱影响下的主动、被动侧土压力系数,然后结合拟静力法和水平层分析法,对地震土压力的计算方法提出改进,推导出地震主动、被动土压力分布和合力作用点的表达式。其次,考虑土拱效应引起的主应力偏转和单元土层的水平剪力,结合土体单元的应力分析和水平土层的静力平衡,建立隐式方程组,采用迭代方法求解得出滑裂面形状、土压力的分布和合力作用点。讨论土体内摩擦角、墙土外摩擦角、地震加速度系数等参数对地震土压力的影响。接着,将计算结果和Mononobe-Okabe方法对比,初步验证所提出方法的合理性和有效性。 (2)利用水平层分析法,根据不同位移模式下挡土墙后的水平单元土层的受力状态变化,提出用位移参数和等效内摩擦角来表示任意位移模式,再根据拟静力法建立任意位移模式下挡土墙地震主动、被动土压力的计算模型,讨论分析了材料参数和地震参数对各种位移模式下的土压力的影响。然后,利用模型试验的结果,建立内外摩擦角与挡土墙位移量的函数关系,采用与极限土压力类似的计算方法,提出考虑位移影响的非极限状态下地震主动和被动土压力的计算方法。接着,对土压力分布和合力作用点进行参数讨论,分析位移模式和位移状态对土压力的影响,并将本文计算结果与前人的研究成果对比。 (3)考虑地震沿着墙高的放大系数,提出针对挡墙面倾斜的浸水挡土墙的地震主动土压力的改进拟动力计算方法,类似地,提出竖直墙背的浸水挡土墙的地震被动土压力计算方法,并对各参数进行讨论分析。另外,基于极限平衡分析法,考虑渗流引起的水压力和地震引起的水压力,分别对竖向、二维稳定渗流作用下的地震主动土压力和二维稳定渗流下的地震被动土压力进行了拟动力法的计算,提出了考虑渗流影响后的改进土压力系数表达式,并对计算所得的滑裂面和土压力进行了参数分析,对改进被动土压力计算系数进行拟动力分析。 (4)考虑地震放大系数、倾斜挡墙面,倾斜填土面影响,采用拟动力法,推导出干填土情况下挡土墙在地震作用下的抗倾覆和抗滑移稳定安全系数的计算公式,分析各参数对安全系数的影响,并与拟静力法的结果进行对比。根据填土的渗透性分为自由水和约束水两种情况,采用拟静力法,考虑地震引起的超孔隙压力和动水压力以及挡土墙底部浮力,提出部分浸水条件下临水挡土墙的地震抗倾覆和抗滑移稳定的计算方法。根据挡土墙加筋条的模量差异,分别假定直线和折线两种形式的破裂面,利用水平层分析法和拟静力法,提出部分浸水条件下加筋条拉力合力系数的表达式,并对两种滑裂面形式的自由水和约束水情况进行了对比计算。
【关键词】：地震土压力 土拱效应 主应力偏转 位移模式 非极限状态 渗流 超静孔压 地震稳定系数 拟静力法 拟动力法 水平层分析法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU435
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 目次11-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 土压力的研究现状16-25
• 1.2.1 静土压力的相关研究16-18
• 1.2.2 地震土压力的相关研究18-20
• 1.2.3 土拱效应的相关研究20-21
• 1.2.4 位移效应的相关研究21-23
• 1.2.5 水土效应的相关研究23-25
• 1.3 现有研究的不足25
• 1.4 本文的主要工作25-27
• 第2章 考虑土拱效应的地震土压力27-59
• 2.1 引言27-28
• 2.2 考虑小主应力拱的地震主动土压力28-38
• 2.2.1 主动状态的滑裂面28-29
• 2.2.2 小主应力拱和侧土压力系数29-32
• 2.2.3 地震主动土压力32-34
• 2.2.4 地震和摩擦角参数分析34-37
• 2.2.5 与拟静力法对比37-38
• 2.3 考虑大主应力拱的地震被动土压力38-48
• 2.3.1 被动状态的滑裂面38-39
• 2.3.2 大主应力拱和测土压力系数39-42
• 2.3.3 地震被动土压力42-44
• 2.3.4 地震和摩擦角参数分析44-47
• 2.3.5 与M-O方法对比47-48
• 2.4 考虑应力偏转的地震主动土压力水平层法改进48-57
• 2.4.1 应力分析48-50
• 2.4.2 水平层受力分析50-51
• 2.4.3 基本方程和计算方法51-53
• 2.4.4 滑裂面和土压力参数分析53-56
• 2.4.5 与M-O方法对比56-57
• 2.5 本章小结57-59
• 第3章 考虑位移效应的地震土压力59-89
• 3.1 引言59-60
• 3.2 任意位移模式的地震主动土压力60-70
• 3.2.1 位移模式分析60-61
• 3.2.2 地震主动土压力61-64
• 3.2.3 土压力分布和合力作用点分析64-68
• 3.2.4 与M-O方法和试验结果对比68-70
• 3.3 任意位移模式的地震被动土压力70-78
• 3.3.1 位移模式分析70
• 3.3.2 地震被动土压力70-73
• 3.3.3 土压力分布和合力作用点分析73-77
• 3.3.4 与M-O方法对比77-78
• 3.4 考虑位移影响的非极限地震主动土压力78-83
• 3.4.1 考虑位移影响的摩擦角78-79
• 3.4.2 非极限地震主动土压力79-80
• 3.4.3 位移状态对地震主动土压力的影响80-82
• 3.4.4 位移效应的计算对比82-83
• 3.5 考虑位移影响的非极限地震被动土压力83-87
• 3.5.1 非极限地震被动土压力83-84
• 3.5.2 位移状态对地震被动土压力的影响84-86
• 3.5.3 位移效应的计算对比86-87
• 3.6 本章小结87-89
• 第4章 考虑水土共存的地震土压力89-129
• 4.1 引言89-90
• 4.2 浸水挡土墙的地震主动土压力90-98
• 4.2.1 基本假定90
• 4.2.2 地震主动土压力拟动力法改进90-93
• 4.2.3 土压力分布的参数分析93-97
• 4.2.4 浸水和干土计算对比97-98
• 4.3 浸水挡土墙的地震被动土压力98-104
• 4.3.1 基本假定98
• 4.3.2 地震被动土压力拟动力法改进98-100
• 4.3.3 土压力分布的参数分析100-103
• 4.3.4 浸水和干土计算对比103-104
• 4.4 竖向稳定渗流下的地震主动土压力104-114
• 4.4.1 基本假定104-105
• 4.4.2 竖向稳定渗流下的地震主动土压力拟动力计算105-109
• 4.4.3 滑裂面和土压力参数分析109-112
• 4.4.4 不同方法计算对比112-114
• 4.5 二维稳定渗流下的地震主动土压力114-119
• 4.5.1 基本假定114
• 4.5.2 二维稳定渗流下的地震主动土压力拟动力计算114-116
• 4.5.3 滑裂面和土压力参数分析116-117
• 4.5.4 不同方法计算对比117-119
• 4.6 二维稳定渗流下的地震被动土压力119-127
• 4.6.1 基本假定119
• 4.6.2 二维稳定渗流下的地震被动土压力拟动力计算119-121
• 4.6.3 土压力参数拟动力分析121-126
• 4.6.4 计算对比126-127
• 4.7 本章小结127-129
• 第5章 支挡结构的地震稳定计算129-155
• 5.1 引言129
• 5.2 普通挡土墙的地震稳定拟动力分析129-139
• 5.2.1 基本假定129-130
• 5.2.2 地震稳定的拟动力计算方法130-134
• 5.2.3 地震稳定安全系数的分析134-138
• 5.2.4 与M-O方法对比138-139
• 5.3 临水挡土墙的地震稳定计算139-146
• 5.3.1 基本假定139
• 5.3.2 临水条件下稳定系数的计算方法139-142
• 5.3.3 稳定系数的影响参数分析142-145
• 5.3.4 计算结果对比145-146
• 5.4 临水加筋挡土墙的地震内部稳定计算146-153
• 5.4.1 基本假定146-147
• 5.4.2 加筋条拉力系数的计算方法147-150
• 5.4.3 拉力系数的影响参数分析150-153
• 5.4.4 临水和干土的计算对比153
• 5.5 本章小结153-155
• 第6章 结论与展望155-159
• 6.1 本文主要成果和结论155-157
• 6.1.1 考虑土拱效应的地震土压力155
• 6.1.2 考虑位移效应的地震土压力155-156
• 6.1.3 考虑水土共存的地震土压力156-157
• 6.1.4 支挡结构的地震稳定性157
• 6.2 进一步研究的建议与展望157-159
• 参考文献159-169
• 作者简历及在学成果169-170

【参考文献】

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本文编号：333528