挡土墙主动土压力分布与侧压力系数

采用库仑土压力理论的假设：挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力和力矩平衡条件,建立挡土墙上土压力强度的一阶微分方程式,给出了土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点高度的理论公式,并分析了填土内摩擦角和墙背摩擦角对土侧压力系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点和墙底抗倾稳定性的影响。     

刚性挡土墙主动土压力计算方法的改进

采用库仑土压力理论的假设：挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力,建立挡土墙上土压力分布的基本分析方程,结合整个滑楔体的力矩平衡条件,先确定土侧压力系数、再建立土压力分布和土压力合力及作用点高度的理论公式。算例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。     

挡土墙主动土压力的库仑统一解

基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,指出库仑土压力理论存在的一些缺陷,明确提出极限土压力是由墙后塑性土体产生,并假定塑性区的一族滑移线为直线,即平面滑裂面,建立了更为完善的滑楔分析模型,求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙主动土压力、滑裂面土反力以及它们的分布,而经典库仑和朗肯主动土压力为其特例。     

条形荷载下黏性土主动土压力计算

依据库仑土压力理论假设,挡土墙土压力由墙后填土在极限平衡状态下出现滑动楔体产生,推导出考虑滑裂面上填土的黏聚力、墙土间黏聚力、黏性土表面出现张拉裂缝、条形荷载下的黏性土主动土压力计算式,并给出临界破裂角的显式解答。当墙后作用有连续均布荷载或不考虑黏性填土表面出现裂缝时,只需取条形荷载到墙顶的距离或计算的裂缝深度为0即可按相同的方法求解。研究表明,由于未考虑条形荷载对临界破裂角的影响,规范方法得到土压力值偏小。该公式适用范围广,尤其对于条形荷载作用墙后任意位置时均可应用,对实际工程中挡土墙的设计计算具有一定应用价值。     

考虑墙壁摩擦影响的挡土墙主动土压力非线性分布研究

挡土墙背土压力的大小与分布是挡土墙设计的普遍关心的问题。由于边界条件、墙背摩擦等的影响,墙背土压力呈现非线性分布特征。而现有几种考虑土拱效应的土压力计算方法,其准确性有待验证。利用开发的挡土墙土压力试验装置,配合椭圆钢棒相似土进行了二维可视化模型试验。采用钢棒相似土配合载荷计测试的方法,精确测量土压力变化,解决了土压力盒测试侧向土压力往往存在较大误差的问题。对静止条件和主动平移模式两种情况下的土压力分布进行了模拟与实测,并与应用现有几种理论方法的计算结果进行对比。由于墙背摩擦以及土拱效应的影响,静止和主动土压力均呈非线性分布,静止土压力实测值小于理论值,实测主动土压力值与Paik法数据吻合较好。由于受墙壁摩擦影响,墙后滑移面倾角小于理论破裂面倾角,且墙壁摩擦引起的应力偏转导致弧形滑移面的发展。     

考虑墙壁摩擦影响的挡土墙主动土压力非线性分布研究

挡土墙背土压力的大小与分布是挡土墙设计的普遍关心的问题。由于边界条件、墙背摩擦等的影响,墙背土压力呈现非线性分布特征。而现有几种考虑土拱效应的土压力计算方法,其准确性有待验证。利用开发的挡土墙土压力试验装置,配合椭圆钢棒相似土进行了二维可视化模型试验。采用钢棒相似土配合载荷计测试的方法,精确测量土压力变化,解决了土压力盒测试侧向土压力往往存在较大误差的问题。试验就静止条件和主动平移模式下的土压力分布进行了模拟与实测,对比了几种现有计算理论的结果。由于摩擦以及土拱效应发挥,静止土压力和主动土压力均呈非线性分布,静止土压力小于理论值,主动土压力实测数据与Paik法吻合较好。由于受墙壁摩擦影响,墙后滑移面倾角小于理论破裂面。并且,墙壁摩擦引起的应力偏转导致弧形滑移面的发展。     

考虑墙壁摩擦影响的挡土墙主动土压力非线性分布研究

挡土墙背土压力的大小与分布是挡土墙设计的普遍关心的问题。由于边界条件、墙背摩擦等的影响,墙背土压力呈现非线性分布特征。而现有几种考虑土拱效应的土压力计算方法,其准确性有待验证。利用开发的挡土墙土压力试验装置,配合椭圆钢棒相似土进行了二维可视化模型试验。采用钢棒相似土配合载荷计测试的方法,精确测量土压力变化,解决了土压力盒测试侧向土压力往往存在较大误差的问题。试验就静止条件和主动平移模式下的土压力分布进行了模拟与实测,对比了几种现有计算理论的结果。由于摩擦以及土拱效应发挥,静止土压力和主动土压力均呈非线性分布,静止土压力小于理论值,主动土压力实测数据与Paik法吻合较好。由于受墙壁摩擦影响,墙后滑移面倾角小于理论破裂面。并且,墙壁摩擦引起的应力偏转导致弧形滑移面的发展。     

小桩距下的抗滑桩后滑坡推力分布规律分析

从土拱效应出发来阐述抗滑桩桩距与桩土变形机制之间的联系,将桩后水平土拱效应分为4个阶段,根据各阶段指出压力法中各方法的适用范围,楔体滑动法适用于土拱稳定阶段,塑性变形理论法适用于土拱塑性变形阶段,绕流阻力法适用于土拱破坏阶段。基于小桩距下适用的滑动楔体法,提出考虑竖直方向上的土拱效应、桩的位移模式下的极限侧土压力计算的改进方法,并与实测数据进行对比,结果符合其大致变化规律,为桩的内力验算提供参考。最后,提出"二段式"侧向力分布计算的方法:当滑动面倾角不可忽视,而滑坡体产生桩顶剪出破坏时,此时滑动楔体法计算的土压力属于抗滑桩的上段,而下段为非极限平衡段,解释了滑坡推力呈"中间大、两头小"抛物线分布规律的实质,为抗滑桩设计提供理论依据。     

基于曲线滑裂面的挡墙主动土压力分析

土体滑裂面形状对挡土墙主动土压力有重要影响。以无黏性填土挡墙为研究对象,假设在考虑土拱效应时,极限状态下墙后土体的滑裂面为曲线,基于水平微分单元法推导出平动模式下挡土墙主动土压力的分布。首先将计算与模型试验结果及已有理论研究成果进行对比分析,验证了方法的可靠性;其次,研究土体内摩擦角和墙-土摩擦角对主动土压力分布、合力大小和作用点高度的影响。结果表明:基于曲线滑裂面假设得到的滑动楔体范围略大于采用直线滑裂面的假设;对于不同高度的挡土墙,建议的计算结果与模型试验结果更为符合;对于不同的土体内摩擦角和墙-土摩擦角,土压力的分布形式和合力作用点与Paik解较为接近,但合力略大于Paik解。     

考虑土拱效应的滑移面间非极限状态土压力解答

深部岩土工程领域面临的井筒、巷道以及硐室等埋深较深结构物,其上方的土体大多处于非极限状态。现有理论很少关注非极限状态的土压力计算,基于此建立了考虑土拱效应的滑移面间非极限状态土压力计算模型。基于主应力旋转理论和简化的抛物线型滑移面,推导了滑移面上的侧向土压力系数;基于大主应力拱假设,采用极限平衡法建立了滑移面间土体中平均竖向应力的微分方程,并给出了解析解答;进一步,采用文中方法和经典理论解答分析了极限状态时滑移面间的土压力并与物理模型试验结果进行了对比,验证了方法的正确性;最后,进行了滑移面间非极限状态土压力算例分析,结果表明,建立的土压力解答能够较好地反映土体内部土拱演化过程中结构物上方及土体内部滑移面间的土压力状态及其与滑移面之间的演化关系。     

挡土墙主动土压力塑性临界深度的解析解

墙后塑性区的临界深度问题一直没有得到很好解决,传统计算公式仅适用于一些特殊情况。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,提出弹性覆盖层取代传统的张拉裂缝,建立了较为完善的滑楔分析模型,采用极限平衡法推导了在一般情况下的塑性临界压力、临界深度以及塑性区可能最大深度的解析解。计算结果表明,塑性临界深度的解析解与目前文献采用迭代计算的结果完全一致,传统计算公式是该解析解的一个特例。     

滑面正应力近似方法对三维极限平衡法解的影响

采用楔形体与椭球滑面算例,研究了三维极限平衡法中滑面正应力近似方法对其计算结果的影响。使用线性插值近似滑面修正应力时,插值节点和网格数目的改变未对安全系数造成明显影响,但明显改变了修正应力的计算结果,网格交界处的修正应力易出现突变。采用移动最小二乘近似滑面修正应力后,安全系数基本不变,并且相对于线性插值,能在求解更少未知量的情况下获得更有规律的修正应力分布。算例表明,在采用线性插值和移动最小二乘近似计算滑面修正应力的情况下,安全系数基本不随滑面正应力的改变而变化,这与二维极限平衡法的相关研究结论基本相同,显示三维极限平衡法满足了平衡条件和合理性条件。     

基于土拱效应原理求解挡土墙被动土压力

对平移模式下的刚性挡土墙和滑裂面间的楔形土体处于被动极限平衡状态的应力进行分析,考虑墙面和滑裂面之间土体水平力平衡,运用土拱效应原理推导出被动土压力系数和滑裂面水平倾角。并根据水平单元土体的静力平衡条件建立平衡方程,提出被动土压力分布、土压力合力及其作用位置的公式。将公式计算结果与试验结果以及库仑、朗肯理论所得结果进行比较,结果表明,与试验结果接近,验证了所得计算方法的合理性。     

基于力平衡的三维边坡安全系数显式解及工程应用

将基于滑面正应力分布的二维极限平衡显式解法推广到三维边坡稳定性分析,提出适合一般形状空间滑面的三维边坡稳定性简便计算方法。首先,假设三维滑面正应力的初始分布,然后对其修正,使滑体满足所有力的平衡条件,导出关于安全系数的2次代数方程,最终得到三维边坡安全系数显式解。该方法克服了目前条柱法存在的一些难以解决的困难,不需要考虑条柱间作用力具体分布,满足主要平衡条件,计算过程简单。算例表明,该显式解与楔体三维极限平衡解析解完全一致,与对称三维边坡严格极限平衡解答接近。该方法已用于某重力坝坝肩三维滑体初步稳定性分析,计算结果有助于坝肩边坡的加固设计。     

锚固力在边坡加固中的工程应用

假定滑面正应力分布为含有待定参数的插值函数,利用力和力矩平衡方程推导出锚固力作用下边坡安全系数显式解和给定安全系数要求的锚固力系数解析解。并把这种方法用在边坡加固的实际工程中,发现在锚固力作用下,滑面上正应力分布比较连续,条间力分布也比较合理,而且其方法计算过程简单,易编程实现,便于工程应用,其计算精度也在严格极限平衡法限定范围内,同时克服了传统方法导致滑面正应力反常的缺点。另外,该方法与岩土边坡动力学方法相比较,结果是一致的,说明该方法是可行的。     

边坡滑面正应力构成及分布模式选择

通过假定滑面的正应力分布来计算边坡安全系数,这是近年来极限平衡理论研究的一个突破,讨论滑面正应力的组成及合理假设模式对获得可靠、可信的安全系数具有重要意义。根据土条的力平衡条件得到滑面正应力是由滑体体积力（含坡面外力）和土条间作用力这两部分所贡献的,通过算例分析了不同条间力假设模式下的滑面正应力及其两个贡献分量的分布。研究表明：滑体体积力（含坡面外力）贡献分量占主导地位,而土条间作用力的贡献分量较小。安全系数对滑面正应力分布不敏感。因此,在滑面正应力分布函数的构造上无需过分追求与真实分布之间的吻合度,可采用以占主导贡献地位的滑体体积力（含坡面外力）贡献分量为核心函数,选用含两个待定参数的修正函数来逼近土条间作用力贡献分量的分布。研究成果规范了滑面正应力的假设模式,具有一定的理论和应用价值。     

一般条分法的安全系数显示解

对于边坡稳定性分析中的安全系数方案,根据条底法向力方程,对条底法向力进行假定,使得假定后的条底法向力具有两个待定参数.与传统的条间力假定相比,该假定理论根据更充分,物理意义更明确.通过假定后的条底法向力,化简三个整体极限平衡方程(水平方向、垂直方向力的平衡及力矩平衡),得到安全系数Fs的三次代数方程,其有意义的根为严格满足可能滑动体整体平衡条件的一般条分法的安全系数Fs的显示解.参与计算的有关参数尽管偏多,但都是简单的代数求和.因此,在不损失计算精度的同时,大大简化了一般条分法计算安全系数Fs的过程.算例分析表明,所给一般条分法的安全系数显示解是正确的.     

对库仑土压力理论的若干修正

库仑土压力理论至今仍是计算土压力的重要方法而被人们所熟知。通过分析库仑土压力的墙后土楔体的受力特点,特别是深入研究了土楔体与墙的作用力关系,对库仑土压力理论给出了一些修正。认为土楔体和挡土墙之间的作用力（即定义的土压力）,并非一定要达到极限状态,所以不能确定土压力的作用方向,但土压力的作用方向必须在其允许的角度范围之内。所以,认为库仑主动土压力为作用方向角度变化范围内的最大值,库仑被动土压力为作用方向角度变化范围内的最小值。对于墙后土楔体,认为墙体和土楔体是两个不同物体,土楔体的形成是因为土中产生潜在破裂面,而原库仑土压力理论要求墙体与土之间也达到临界状态是不必要的。墙体对土楔体的作用力（即土压力）实质就是相当于一物（墙）施加于另一物（土楔体）的力,即使土楔体滑动了,两物之间也并非要滑动。推导了主动土压力计算公式,给出了被动土压力的近似计算方案。算例证明,计算结果与原库仑理论有明显不同。该研究对库仑土压力的修正和求解值得引起重视。     

边坡安全系数的多解性讨论

边坡安全系数计算结果直接影响边坡工程设计,而极限平衡法不能给出唯一的安全系数值,研究边坡安全系数的多解性,有助于对边坡稳定性计算结果有一个合理地判断与取舍。先假定滑面正应力的初始分布,然后采用含有3个待定参数的拉格朗日函数对其修正,保证滑体满足所有的力与力矩平衡条件;设定一系列安全系数分别求解平衡方程组,得到对应的待定参数值;最后根据滑面正应力分布的合理性判断边坡安全系数的合理范围。算例表明,圆弧滑面合理安全系数范围在5 %以内,而任意形状滑面安全系数最大取值范围可达15 %。