临近既有地下室平动模式挡土墙主动土压力研究

对于挡土墙距既有地下室很近,挡土墙与既有地下室外墙之间的填土宽度有限的情形,采用经典的库伦、郎肯土压力理论计算挡墙主动土压力是不合适的,设计偏于保守.本文基于库伦滑动土楔假定,考虑地面超载以及墙土之间的摩擦作用,推导出了临近既有地下室的挡土墙主动极限状态下滑裂面倾角和主动土压力系数的解析公式.分析结果表明滑裂面倾角、主动土压力系数与填土宽高比、土内摩擦角、墙土摩擦角以及地面超载等因素有关.并与经典土压力理论及前人研究成果进行对比,所得结论对实际工程有参考价值.     

降雨和蒸发对非饱和土土压力的影响

为了探讨降雨和蒸发所引起的渗流对非饱和土土压力的影响,本文将基质吸力与渗流的关系式引入到基于统一强度理论的非饱和土抗剪强度公式中,得到了降雨和蒸发条件下考虑中主应力影响的非饱和土抗剪强度公式;结合土体的极限平衡理论,推导出了受降雨和蒸发影响的主动土压力、被动土压力、静止土压力系数公式;最后通过数值算例进行了分析。结果表明:在降雨和蒸发条件下,非饱和土主动土压力最小值为-145kPa,被动土压力最小值为139kPa;而常规方法计算的主动土压力最小值为-13.85kPa,被动土压力最小值为41.57kPa;在降雨和蒸发条件下,非饱和土主动土压力小于饱和土主动土压力,而被动土压力则相反;在非饱和土中,降雨和蒸发所引起的渗流使得静止土压力系数随着与地下水位距离的增加而减小,在地表附近将会达到-1;而在饱和土中,本算例中各计算点的静止土压力系数总是常数(K0=0.5)。     

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。     

库仑土压力的变分法研究

以滑动体静力平衡的两个力平衡方程为基础,引入拉氏乘子,将土压力问题以变分学观点来描述,转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得出了主动土压力和被动土压力在取极值时,墙后土体的破坏是沿平面滑动。然后,将土压力的泛函极值问题进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用M atlab6.1优化工具箱提供的fm incon函数进行求解。当土体的粘聚力等于0时,土压力计算结果与库仑土压力理论解完全一致;而当土体的粘聚力不等于0时,归纳给出了相应的土压力计算公式。     

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。     

饱和土体中压力隧洞衬砌-土相互作用解析研究

基于Biot理论，采用渗流一力学耦合模型研究分析了内水压力作用下饱和土体中压力隧洞衬砌一土的相互作用问题。假定衬砌和土体均为饱和多孔介质，且衬砌和土体完全接触。运用积分变换理论，在hplace变换域中得到了衬砌和土体中的应力、位移和孔隙水压力解答，并利用bplace数值逆变换得到时域中的解。文末的算例分析结果表明：(1)采用渗流一力学耦合模型能较好地反映隧洞衬砌与土体相互作用中应力和变形的随时间变化过程；(2)衬砌和土体的相对刚度对隧洞的计算结果有很大影响。     

非饱和土-隧道系统动力响应计算的波函数法

针对非饱和地基土中埋置隧道的三维动力响应计算问题, 提出了波函数法.采用无限长的Flügge薄壁圆柱壳模拟圆形隧道衬砌,采用流、固、气组成的三相介质模拟非饱和地基土体.分别采用分离变量法以及Helmholtz矢量分解定理求解薄壁圆柱壳的振动控制方程与非饱和土的波动方程.根据隧-土交界面与地表面处的应力、位移以及孔隙流体压力等边界条件,利用平面波与柱面波的转换性质,实现了隧道内作用单位简谐载荷时隧道衬砌与土体系统动力响应的耦合求解.通过与既有单相弹性介质2.5维有限元-边界元法、两相饱和多孔介质2.5维有限元-边界元法以及三相非饱和介质Pip in Pip半解析法的计算结果进行对比, 验证了本文计算方法的可靠性. 最后,基于该方法, 通过算例分析了不同饱和度下非饱和土-隧道系统的动力响应特征.结果表明, 饱和度对土体动位移与超孔隙水压力的幅值响应有较大影响.该方法的非饱和地基土参数退化后,也可用来计算和分析饱和地基土或单相弹性地基土与隧道系统的动力响应.      

考虑墙体位移模式的成层土动主动土压力研究

为了分析墙体位移模式对成层土动主动土压力的影响,本文基于水平层法,提出一种考虑墙体位移模式影响的成层土动主动土压力计算方法。借助矩阵方程的求解方法,简化了繁复的土压力强度计算式推导工作。利用Fortran语言编制计算机程序,实现了复杂情况下动主动土压力的快速计算。分析了不同位移模式下动主动土压力强度分布、土层微段单元顶底面上的等效黏聚力和等效内摩擦角对不同位移模式下动主动土压力强度分布、土压力对墙踵力矩最大值的影响等问题。分析结果表明:绕墙顶转动(RT)模式下动主动土压力强度分布呈向内收敛的趋势,应力集中于墙体偏上部,绕墙底转动(RB)模式下动主动土压力强度分布呈向外发散的趋势,应力集中于墙体偏下部;等效内摩擦角对动主动土压力强度分布的影响较大;动土压力对墙踵产生最大力矩时的破裂面并非产生动主动土压力时的破裂面。     

土体主动滑动场及主动土压力的计算

将边坡临界滑动场方法进行推广与改进,提出挡土结构中的土体主动滑动场的数值模拟方法,并得到相应的主动土压力分布。数值计算结果表明,本文方法精度高,与现有的解析解一致;且可方便地考虑挡墙面的摩擦作用、土体的不均匀分布以及复杂的外载组合,值得推广应用于工程设计。     

土体主动滑动场与主动土压力的计算

将边坡临界滑动场方法进行推广与改进,提出挡土结构中的土体主动滑动场的数值模拟方法,并得到相应的主动土压力分布。数值计算结果表明,本文方法精度高,与现有的解析解一致;且可方便地考虑挡墙面的摩擦作用、土体的不均匀分布以及复杂的外载组合,值得推广应用于工程设计。     

Upper bound limit analysis of active earth pressure with different fracture surface and nonlinear yield criterion

Conventional calculations of static and seismic active earth pressures of soils on a retaining wall are formulated assuming the soils obeying a linear Mohr–Coulomb yield criterion. However, experimental evidences show that the strength envelopes of almost all geomaterials are nonlinear in nature over a wide range of normal stresses. In this paper, the strength envelope of the backfill behind a retaining wall is considered to follow a nonlinear yield criterion. A simple method is proposed for calculating the static and seismic active earth pressures acting against a retaining wall using a nonlinear yield criterion. This method is based on the upper bound theorem of limit analysis. Both translational and rotational fracture surfaces are employed in the formulation for calculating active earth pressures. Quasi-static representation of earthquake effects using a seismic coefficient concept is adopted for seismic active earth pressure calculations. Instead of using directly the actual nonlinear yield criterion, a linear Mohr–Coulomb yield criterion, which is tangential to the nonlinear yield criterion, is used to formulate the active earth pressure problem as a classical nonlinear programming problem. A nonlinear sequential quadratic programming algorithm is used to search for the maximum solution. In order to assess the validity of the proposed method, values of active earth pressures for different values of seismic coefficients and nonlinear parameters in the yield criterion are calculated and compared with solutions obtained using an extended Rankine’s active earth pressure theory. For the case of static active earth pressure, the upper bound solutions using the present method with a translational fracture surface are equal to the extended Rankine’s theoretical solutions and are slightly smaller than those obtained using the present method with a rotational fracture surface. For the case of seismic active earth pressure, numerical results obtained using the present method with a rotational fracture surface is very close to the extended Rankine’s theoretical solutions. A study is conducted to investigate the effects of the parameters in the nonlinear yield criterion on the active earth pressures.     

Rankine pseudo-static earth pressure for c–ϕ soils

This study provides an analytical solution for calculation of seismic active earth pressure on the back of a rigid wall retaining cohesional–frictional (c–φ) soil. The proposed formulation is based on the conjugate stress concept, without employing any additional assumptions, similar to Rankine's original earth pressure formulation. The effects of sloping backfill and wall inclination are considered. In addition, a closed form solution has been derived for the soil–wall friction angle as a function of inertial forces and problem geometry for any given pseudo-static acceleration, as opposed to the constant value commonly employed in practice. The net seismic active force calculated based on the proposed formulations is found to be comparable with those obtained from previously published methods.     

圆弧型墙背下的主动土压力研究

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法计算墙背为圆弧型情况下的挡土墙主动土压力及其分布情况,分析了挡土墙与墙后填土的各参数对主动土压力大小及分布的影响。计算结果表明,随着挡土墙倾斜角的减小,土压力分布曲线由凸曲线变成凹曲线。最后通过算例将圆弧型墙背下主动土压力及分布的计算结果与平面墙背下的进行分析对比,结果表明当墙背倾斜...     

台阶式加筋土挡墙的原型试验研究

对一座台阶式钢筋混凝土串联拉筋加筋土挡墙的筋带应力、土侧向压力、土竖向压力及挡墙变形进行了实测和分析, 所得结论可供设计类似支挡结构时参考。     

Distribution of active earth pressure of retaining wall with wall movement of rotation about top

Based on the Coulomb‘s theory that the earth pressure against the back of a retaining wall is due to the thrust exerted by the sliding wedge of soil from the back of the wall to a plane which passes through the bottom edge of the wall and has an inclination equal to the angle of O, the theoretical answers to the unit earth pressure, the resultant earth pressure and the point of application of the resultant earth pressure on a retaining wall were obtained for the wall movement mode of rotation about top. The comparisons were made among the formula presented here, the formula for the wall movement mode of translation, the Coulomb‘ s formula and some experimental observations. It is demonstrated that the magnitudes of the resultant earth pressures for the wall movement mode of rotation about top is equal to that determined by the formula for the wall movement mode of translation and the Coulomb‘s theory. But the distribution of the earth pressure and the points of application of the resultant earth pressures have significant difference.     

DESIGN OF LATERAL SOIL PRESSURE MODEL TEST SCHEME FOR ADJACENT COMPOSITE FOUNDATION1)

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明：复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。     

边坡支护结构荷载取值问题研究

边坡支护结构上的荷载一般采用传统的土(岩)压力理论计算,本文对这种荷载取值方法存在的问题进行了分析,提出了以稳定性为基础确定边坡支挡结构上荷载的方法,该方法能弥补现行荷载取值方法的不足。     

从深基坑护壁桩桩身弯矩分析桩侧土压力

根据某高层建筑深基坑护壁桩从实测钢筋应力求得的桩身变矩,用数值分析的方法,对桩侧土压力的分布和大小进行了反分析,所得结果与经典土压力理论有显差别,中用土拱的概念对桩侧土压力的分布进行了解释,并给出了桩侧土压力建议图式。