覆盖层上混凝土-堆石混合坝模型试验研究

混凝土-堆石混合坝由混凝土墙、堆石以及之间的垫层和过渡层组合而成,作为一种新型结构,目前针对其受力机制及变形特性的研究较少。基于此,开展覆盖层上混凝土-堆石混合坝模型试验研究,测得填筑和蓄水期不同高度处墙体的土压力和位移,探讨混合坝的工作机制,最后根据模型试验结果提出了考虑墙体位移的修正土压力计算公式。研究结果表明:在填筑期,堆石处于主动极限状态和静止状态之间,混凝土墙受到的堆石压力较小;蓄水后,堆石接近静止状态,混凝土墙受到的堆石压力比填筑结束时刻增加了一倍左右;修正土压力公式能够较好地反映混合坝在填筑期和蓄水期土压力随墙体位移变化的规律;混凝土墙的抗滑安全系数最小值出现在填筑结束时刻,满足相关要求,说明混合坝对覆盖层有较好的适应性。     

多级重力式挡土墙土压力分布试验研究

对某高填方路基挡土墙的现场实测水平土压力数据进行了分析,研究表明:该挡墙墙后土压力呈曲线分布,类似字母"R",土压力最大值出现在挡墙底部,而下部的值略小于底部值,最小值出现在挡墙中部。在本级挡墙施工时,墙后第1、2层土压力值接近静止土压力值,大于主动土压力值,第3、4层土压力值小于主动土压力值;在其上若干级挡墙或边坡施工时墙后各点土压力值均小于主动土压力值,即随着填土深度的变化挡墙后各点的土压力系数是在不断变动着的,土压力系数与土压力数值大小的变化规律一致。同时,土压力作用点介于(0.4～0.5)H,且随填土深度增加作用点位置上移;每级挡土墙之间的平台宽度越小,上级挡土墙对下级挡土墙的影响就越大,土压力作用点就越高。研究结论对高填方多级挡土墙的设计具有理论指导意义。     

基于主应力迹线分层的有限土体土压力计算

为了研究挡墙后有限土体的主动土压力,以墙后无黏性土体为研究对象,假定破裂面为通过墙踵的平面,且在挡墙平动模式下,墙后土体形成圆弧形小主应力拱。采用沿小主应力迹线分层的方法,将挡墙后土体划分为若干个圆弧形曲线薄层单元,考虑了单元体上下表面应力分布的不均匀性,提出了一种有限土体挡墙主动土压力计算方法,给出了主动土压力合力及其作用点高度的表达式,并验证了该方法的正确性。研究结果表明：采用曲线薄层单元法可以准确考虑单元体复杂的受力情况,能更好地反映挡墙后有限土体主动土压力的变化规律;有限填土时主动土压力沿墙高 呈非线性分布,土压力先随着土体深度增加呈单调递增趋势,然后在接近墙底位置处呈单调递减趋势。分析参数敏感性时取不同土体宽高比与墙背粗糙程度对挡墙主动土压力分布及合力作用点高度进行分析,结果表明：随着土体宽高比n的增大,主动土压力值逐渐增大,土压力分布曲线非线性越来越明显,合力作用点高度逐渐降低且恒大于 。当 0.71时,均趋于稳定。可将 0.71作为有限土体与半无限土体的临界宽高比。随着摩擦角 的增大,主动土压力值逐渐减小,土压力分布曲线非线性越来越明显,合力作用点高度逐渐增大且恒大于 。     

土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析

墙后膨胀性填土在吸水膨胀后,将对挡墙产生较大的侧向压力,严重时可能引起挡墙失稳。在墙背与膨胀性填土之间铺设可发性聚苯乙烯土工泡沫(expanded polystyrene geofoam,简称EPS)缓冲层,利用EPS的高压缩特性,为填土的侧向变形提供空间,可有效减小作用于挡墙的侧向压力。为了探明墙后铺设EPS的膨胀土挡墙在膨胀土浸润至饱和状态时,侧向压力沿墙高的分布规律及影响因素,开展了EPS减压膨胀土挡墙模型试验和相应的理论分析。结果表明：(1)当膨胀土浸润至饱和时,铺设密度为12 kg/m³的EPS可减小膨胀土挡墙约50%的总侧向压力;(2)无EPS的膨胀土挡墙的侧向压力沿墙深逐渐增大,而含EPS的膨胀土挡墙的侧向压力沿墙深基本相同;(3)EPS厚度越大,密度越小,对挡墙侧向压力的减压效果越好。     

不同面板形式加筋土挡墙结构特性现场试验研究

以成昆铁路复线加筋土挡墙为工程依托进行现场原位试验,对比分析工后9个月内新型整体式面板、内嵌返包结构的模块式面板和模块式面板3类加筋土挡墙的结构特性。在此期间发生两次地震,监测了震后挡墙变形及土压力变化。结果表明:整体式面板加筋土挡墙整体稳定性最好,具有良好的抗震性能,格栅应变变化率、墙体压缩量和墙面水平位移均最小。整体式面板和模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈M型,内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈倒S型。整体式面板加筋土挡墙的侧向土压力系数沿墙高变化较小,小于美国联邦公路局(FHWA)加筋设计指南计算值;内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数沿墙高呈增大的趋势,挡墙中、下部小于FHWA计算值,上部接近或大于静止土压力系数;模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数大部分处在FHWA计算值与静止土压力系数之间。3类挡墙土工格栅应变沿墙高均呈非线性变化。挡墙墙体压缩量随着时间的增加逐渐增加,在工后前50 d时间内增加速率较快,随后增加速率减缓,进入雨季之后增加速率再次增大。发生地震后,3类加筋土挡墙均出现不同程度的墙背土压力减小、格栅应变增大、墙体压缩量增加和墙面板外移的现象。     

粉细砂填料柔性挡墙受力变形特性模型试验

本文以孟加拉达卡绕城高速公路为依托,通过模型试验研究了以粉细砂为填料的土工格室柔性挡墙在静载作用下的受力变形机理。试验过程对挡墙土压力、结构层的水平位移和土工格室壁应变进行了监测。试验结果表明：墙踵处水平土压力最大,最大值为24.8 kPa,墙中心位置的土压力最小,最小值为15.8 kPa;挡墙同一高度处,墙背的土压力要大于挡墙中部土压力,土压力分布曲线均为内凹曲线;挡墙墙身最大水平位移位于墙高H/2处,水平位移最大值为66 mm,为墙宽的2.2%,墙身水平位移分布呈外凸曲线,墙身变形模式为鼓型;土工格室应变在墙趾处最大,柔性挡墙墙身内土工格室的最大应变连线在墙高H/2以下区域从墙趾到墙背线性发展,最大应变连线与水平面的夹角为34°,在墙高H/2以上区域,格室最大应变连线沿墙背向挡墙顶面发展。柔性挡墙破坏模式为内部破坏,破裂面为折线型。试验结果为柔性挡墙设计提供了参考。     

水位对加筋土护岸挡墙的影响分析

采用有限元方法,分析水位对加筋土护岸挡墙的影响。分析得出水位影响加筋土护岸挡墙的水平位移、土压力和加筋拉力值。     

基于薄层单元法主动土压力计算的复合遗传算法

作用于挡土墙侧土压力的计算一直沿用经典的土压力理论,其土压力分布沿墙高呈直线分布,但实践证明它们与实际情况不符。在已有研究成果的基础上,为提高计算精度,假定挡土墙后土体潜在滑裂面为由对数螺线面和平面组合而成,根据挡土墙后土体薄层单元的极限平衡条件推导出土压力的计算公式。由于土压力计算值与滑裂面的位置有关,为寻找潜在最危险滑裂面,在简单遗传算法中引入复合形搜索法得到一种高效的复合形遗传算法,并将其用于墙后填土潜在最危险滑裂面搜索和相应主动土压力计算。最后,对室内模型挡墙和现场实际挡墙后填土土压力进行了分析计算,计算值与实测值吻合很好,这表明该方法不仅可行,而且可靠。     

绿色加筋格宾挡墙工程特性试验研究

为研究绿色加筋格宾挡墙的工程特性,分析其作用机制,进行了包括加筋土体垂直土压力、墙背侧向土压力、拉筋受力变形和面墙变形等内容的测试。在挡墙顶面施加6个荷载水平的加、卸循环荷载,研究了加筋土体中垂直土压力和墙背侧向土压力的大小和分布情况、拉筋应变沿筋长的分布情况、绿色加筋格宾挡墙潜在破裂面以及面墙变形规律等。试验结果表明：挡墙垂直土压力沿筋材方向大致呈均匀分布,墙背侧向土压力沿墙高呈曲线分布,其值小于理论值;第3层筋材应变沿筋长方向呈单峰值分布,第5层呈双峰值分布;与0.3H法和朗肯法相比,试验得到的挡墙潜在破裂面更加靠后;面墙的变形在加、卸循环荷载作用下呈现出弹塑性,最大侧向变形发生在第5层。     

RT模式下地震非极限主动土压力的拟动力分析

为考虑挡墙位移效应对地震土压力的影响,依据前人试验研究的结论,将摩擦角表示为与挡墙位移量和位置高度相关的函数,然后基于拟动力法和水平层分析法,推导得出RT位移模式下的地震非极限主动土压力和合力作用点的计算表达式。计算模型可描述摩擦角沿着墙高逐渐发展的不同非极限位移状态工况,并建立了挡墙位移、地震动荷载和土压力之间的相互联系。参数分析讨论了振动时间、挡土墙位移状态、地震加速度参数和土体摩擦角对地震主动土压力分布、合力大小以及合力作用点高度的影响。相比于传统的极限状态地震土压力理论,所提方法更合理地描述了地震土压力随挡墙位移的发展过程,对发展非极限土压力理论和改进边坡工程中的抗震计算方法具有一定的参考意义。     

面板对路堤式加筋土挡墙力学特性的影响

加筋土挡墙作为一种新型的轻型支挡结构,广泛应用于公路、铁路、港口等工程中。随着加筋土挡墙技术的发展,面板的类型也越来越丰富。利用Plaxis有限元软件,对路堤式加筋土挡墙进行了二维有限元计算分析。针对墙背水平土压力、垂直土压力、挡墙侧向位移、筋材应变和挡墙稳定系数等计算结果的分析,探讨了3种类型面板（返包式面板、整体式面板和拼装式面板）对路堤式加筋土挡墙力学性能的影响。研究结果表明,垂直和水平土压力的数值计算结果均小于理论值;相比较与其他两种面板的加筋土挡墙,返包式面板加筋土挡墙筋材的应变最大;面板类型对于加筋土挡墙的整体稳定性几乎没有影响。研究成果为实际工程的应用提供了理论指导。     

双面直立互锚式挡土墙的受力和变形研究

一座总墙高为 9 6m的双面直立互锚式挡土墙首次应用于山区高等级公路工程中 ,为了研究墙体的水平位移、基底应力及墙背土压力的分布规律 ,对该挡土墙的变形和受力进行了现场原型观测 ,得到了拉筋拉力、墙面板所受土压力、基底应力及墙体的水平位移等变化和分布规律 ,研究结果可供今后设计和研究类似支挡结构时提供参考     

地震条件下挡土墙主动土压力及其分布的新分析法

采用旋转挡土墙计算模型的变换法,将在地震和拟静力法条件下主动土压力的求解问题转化为在静力条件下主动土压力的求解问题。根据在静力条件下水平层分析法的主动土压力推导结果,直接获得在地震条件下主动土压力强度分布、土压力合力及其作用点位置的表达式,并运用图解法得到了临界破裂角的解析解。公式可考虑水平和垂直地震加速度、不同墙背倾角、墙背和坡面倾角与填料存在黏结力和外摩擦角、存在均布超载等诸多因素的影响,公式可以适用于在常用边界和地震条件下黏性土的主动土压力计算。旋转地震角法是将在地震和拟静力法条件下挡土墙计算模型旋转为在静力条件下挡土墙计算模型,但旋转挡土墙计算模型并不改变挡土墙和墙后填土的应力状态,按在静力条件下挡土墙主动土压力求解方法求解在地震和拟静力法条件下主动土压力,该方法大大简化了在地震和拟静力法条件下的主动土压力计算公式推导过程,统一了在拟静力法条件下的地震土压力求解,理论更加完善。     

非极限主动土压力计算方法初探

针对未达到极限位移的刚性挡土墙,提出了一种简单可行的主动土压力计算方法。根据反映墙后主动区土体应力-应变性状的卸荷应力路径试验确定的应力-应变关系,建立非极限状态摩擦角与墙体位移的关系。对于未达到极限位移的挡土墙,结合已取得的位移与摩擦角之间的关系,采用与滑裂面相平行的微条对墙后滑动楔体进行划分,对微条进行受力分析,建立平衡方程,推导了滑裂面的倾角,从而得到非极限主动土压力计算公式。随后与一例模型试验数据作了对比分析,计算值与实测值基本吻合,仅在墙下部1/3墙高范围内存在一定的差距。研究表明,所提出的计算方法能够用于计算处于非极限状态下挡土墙的土压力,具有一定的理论意义和工程参考价值。     

Pseudo-dynamic methods for seismic passive earth pressure behind a cantilever retaining wall with inclined backfill

The designing of retaining walls requires the complete knowledge of earth pressure distribution. Under earthquake conditions the design needs special attention to reduce the devastating effect, but under seismic conditions, the available literature mostly uses the pseudo-static analytical solution as an approximate to the real dynamic nature of the complex problem. This paper shows a detailed study on the seismic passive earth thrust behind a cantilever retaining wall with inclined backfill surface by pseudo-dynamic analysis. A planar failure surface has been considered. The effect of variation of parameters such as soil friction angle, wall friction angle and back fill inclination have been explored. A complete analysis shows that the time dependent non-linear behaviour of the pressure distribution obtained in the present method results in more realistic design values of earth pressures under earthquake conditions. Results are provided in tabular and graphical non-dimensional form and compared thoroughly with the existing values in the literature.     

考虑挡墙位移效应的被动侧土压力计算方法

挡土结构上土压力的计算是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。实际工程中的土压力通常是介于主动土压力和被动土压力之间的某一值,墙后填土由于碾压具有较高的密实度。经典的朗肯和库仑土压力理论只能计算极限状态下的土压力,没有考虑挡墙的位移以及剪切过程中密砂的强度从峰值强度降低到残余强度这一强度变化特性对于土压力的影响。给出了考虑挡墙位移效应的被动侧土压力计算方法,该方法能够同时考虑剪切过程中密砂的强度从峰值强度降低为残余强度这一强度变化特性对被动土压力的影响。通过土压力模型试验结果对计算方法进行了初步验证,计算结果和试验结果吻合较好,表明了该方法的有效性。     

一般条件下主动土压力的变分求解

基于库仑土压力理论的假设,主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动体产生,从墙后滑动体整体静力平衡方程出发,推导出坡面起伏且有不均匀超载、倾斜墙背、黏性填土等一般情况下的主动土压力泛函极值的等周模型。在该基础上,引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题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,得到了线性的滑面函数和沿滑面线性分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为单个未知量的一维方程问题。通过算例,土压力计算结果与库仑土压力理论解完全一致,但土压力作用点在墙体的相对位置却并非总是作用在墙高的1/3 处。通过算例进一步表明,坡面的起伏和坡面超载的不均匀性对主动土压力大小和作用点位置有显著的影响。     

Numerical solution of active earth pressures on rigid retaining walls built near rock faces

For retaining walls built in mountainous regions, narrow backfill spaces are often encountered. The space to fully develop the active wedge is restricted for walls with a limited backfill space. This paper presents a numerical study on the behaviour of active earth pressures behind a rigid retaining wall with limited backfill space of various geometries. The active earth pressure for a wall built with limited backfill space is considerably less than that of the Coulomb solution, and the location of the resultant of active earth pressures is noticeably higher than one-third of the wall height. The coefficient of active earth pressures is as low as 0.5–0.6 times the Coulomb solution and the h/H value reaches up to 0.4–0.37 if aspect ratio of the fill space is in the range from 0.1 to 0.2. A clear trend between the ratio of the coefficient of active earth pressures at constrained fill conditions over the Coulomb K_a value and the aspect ratio of the fill-space geometry is obtained.