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。     

滑裂面形状对挡土墙主动土压力的影响

滑裂面的准确选取对挡土墙稳定性分析有重要影响。基于塑性极限分析理论,分别推导了直线和对数螺旋线滑移模式下挡土墙主动土压力的计算公式,通过算例对比分析研究了平面滑裂面和对数螺旋滑裂面主动土压力的特点。研究结果表明:直线滑裂面为对数螺旋滑裂面的一种特例,随着滑裂面曲率增大,主动土压力合力作用点逐渐上移,主动土压力合力略有增加,但对墙趾的弯矩显著增加,不利于挡土墙稳定性;挡土墙各参数对直线滑裂面主动土压力合力作用点有不同影响,随着填土内摩擦角、挡墙倾角、填土倾角的增大而上移,随着墙土间摩擦角、黏聚力与容重挡土墙高度的乘积之比的增大而下移,合力作用点位置大致在0.2~0.4倍墙高处,说明主动土压力的非线性分布。研究结果对准确选取滑裂面形状计算挡土墙主动土压力有实际工程应用价值。     

L型挡土墙滑裂面确定方法与地震稳定性分析

提出了L型挡土墙两种破坏模式,即长踵板式和短踵板式,且破坏模式受几何参数和物理力学参数影响。研究了两种破坏模式下L型挡土墙滑裂面确定方法和地震稳定性问题,界定了两种破坏模式的临界条件。考虑第二、第三滑裂面产生条件,应用极限分析运动学原理,建立地震荷载作用下L型挡土墙临界状态方程,推导出地震加速度系数表达式。根据极值原理,给出最优解,从而计算得到临界屈服加速度系数及其对应的滑裂面倾角。通过算例分析可知：临界屈服加速度系数小于M-O公式法,长踵板式L型挡土墙滑裂面倾角与坦墙判别公式结果相同,且滑裂面之间的夹角等于90o-φ,即与滑移线场的结论相同。短踵板式L型挡土墙滑裂面夹角近似等于90o-φ。     

黄土斜坡最危险滑裂面的遗传算法确定及稳定性分析

黄土滑坡尤其是地震作用下的黄土滑坡历来是我国西部广大地区一种突出而严重的地质灾害。本文研究了一种采用遗传算法基本思想和原理确定黄土斜坡最危险滑裂面、并以此为基础进行稳定性分析的新方法。实例的验证表明,与传统方法相比,该方法更准确、更高效,具有较好的实用性。     

平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析

由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度,如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题.极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可,采用岩质边坡平面剪切滑动模型,以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置;基于极值法,推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解,并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了...     

基于最小势能法的三维临界滑裂面搜索方法

为了得到三维边坡的临界滑裂面,提出了6个参数控制的三维滑裂面构造方法,基于边坡三维最小势能稳定性分析方法建立目标函数,采用遗传算法实现了临界滑裂面的搜索,并开发了相应的搜索程序。为检验文中搜索方法的合理性,将其与其他方法得到的临界滑裂面以及最小安全系数进行比较,并且将室内模型试验得到的临界滑面与理论搜索的结果进行对比。研究表明：搜索方法可实现稳步收敛;针对算例进行多变量同时变化的搜索验算,得到了与极限平衡法较为接近的结果,表明提出的搜索方法是合理的;理论计算结果与室内模型试验坡面加载得到的边坡临界滑面较为接近,再次验证三维边坡临界滑面搜索方法是可行的。     

平移模式下刚性挡土墙三维被动滑裂面的确定与土压力计算方法研究

挡土墙后三维被动滑裂面的空间形态难以确定。基于数值模拟,取墙-土接触面摩擦角比值δ/?=0(δ为墙-土接触面摩擦角,?为土体内摩擦角),采用薄板光顺样条函数搜索出不同土体内摩擦角下挡土墙端部三维滑裂面,类比地基承载力破坏对不同土体内摩擦角下挡土墙端部三维滑裂面进行函数方程的拟合,拟合效果较好,并归纳总结挡土墙端部三维滑裂面方程。在刚性挡土墙平移模式、墙背直立、填土水平且为无黏性土、δ/?=0等条件下,基于挡土墙端部三维滑裂面方程,求出三维滑裂面的体积。通过力学分析推导了一种三维被动土压力计算方法,并对该方法进行了验证分析。分析结果表明:相较于Soubra被动土压力系数,计算方法得出的三维土压力系数更加接近数值模拟被动土压力系数。三维计算被动土压力系数和朗肯被动土压力系数在挡土墙长深比小于4的时候有明显的差异。随着挡土墙的长深比的增大和土体内摩擦角的减小,三维计算被动土压力系数趋向朗肯被动土压力系数,三维计算被动土压力合力作用点的位置趋向朗肯被动土压力合力作用点位置。     

绕顶转动模式下三维被动土压力的数值研究

已有的刚性挡土墙上三维被动土压力的研究主要基于挡土墙平移模式(T位移模式)下开展的，而对挡土墙绕顶转动模式(RT位移模式)下三维被动土压力的研究尚不充分。因此，该文采用数值方法系统地研究了RT位移模式下三维被动土压力及三维空间滑裂面性状。针对无黏性土体，得到了挡土墙宽度与深度比值、土体摩擦角大小和墙土接触面摩擦角比值对三维被动土压力系数及墙后土体滑裂面的影响，并与T位移模式下的三维被动土压力系数和墙后土体的空间滑裂面形态进行了定量的比较。研究结果表明:RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态均受土体内摩擦角及墙土接触面摩擦角比值的影响，且两者之间存在相互联系。RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态与T位移模式下有显著的区别；RT位移模式下的三维被动土压力系数及空间滑裂面相比于T位移模式下较小。研究成果可为RT位移模式下三维被动土压力的进一步研究和相关工程设计提供参考。     

基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索

提出一种基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索的方法,根据有限元计算的应力结果,计算可能滑裂面的安全系数,然后用遗传算法搜索出最危险滑裂面,并得出相应的安全系数作为边坡的安全度评价指标。该方法的优越性是只需进行一次有限元计算,不需要假定滑裂面,可以用于具有复杂地貌和地质构造的三维边坡。通过算例,验证该方法的可行性和程序的正确性,以大岗山水电站库区边坡工程实例验证该方法的实用性。     

基于GA-Sarma算法的边坡最不利滑裂面搜索方法

传统方法在选取潜在滑裂面关键点时,未综合考量剪切滑裂点、受拉滑裂点对搜索过程的影响程度,导致搜索过程易陷入局部最优,从而丢失其他同等级搜索数据。针对这一问题,本研究设计了基于GA-Sarma算法的边坡最不利滑裂面搜索方法。该方法通过计算边坡稳定性系数的实际值提取边坡潜在滑裂面,然后根据剪切滑裂点、受拉滑裂点的特性,选取潜在滑裂面关键点。进而,基于GA-Sarma算法建立目标函数和适应度函数,在考虑变异的前提下搜索边坡的最不利滑裂面。实验测试区域中包含3处最不利滑裂面、5处刚刚形成且危险程度偏低的滑裂面、14处潜在滑裂面。测试结果表明：在20轮测试中,本文方法与两组传统方法搜索到的最不利滑裂面个数平均值分别为3处、1.4处以及0.8处,从而验证了GA-Sarma算法强化了边坡最不利滑裂面搜索效果。该方法可为边坡支护、加固及改造等地质工作提供更加可靠的技术支持。     

对挡墙后无粘性填土中破裂面的研究

在传统的库伦土压力理论中,刚性挡墙后无粘性填土中的破裂面被假定为平面。然而,一些室内试验和现场测试结果均已证明了实际破裂面是曲面。以刚性挡墙后无粘性填土中的破裂面为研究对象,以竖向微分单元法为基础,利用变分原理推导了主、被动状态下关于破裂面曲线的微分方程,并对该方程进行了求解。研究结果表明,当墙背光滑或墙背与土体的摩擦系数为定值时,填土中的破裂面和破裂角均与库伦土压力理论相同;当墙背与填土的摩擦系数呈线性规律变化时,对应的破裂面为曲面。最后,讨论了墙背摩擦角和填土内摩擦角对破裂角的影响。     

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.     

铁路台阶式加筋土挡墙潜在破裂面特征模型试验

铁路台阶式加筋土挡墙的设计方法尚不成熟,现有设计方法不能满足铁路边坡工程实践的需求。潜在破裂面的确定是加筋土挡墙设计的关键,但现行规范仅对10 m以下单级加筋土挡墙的潜在破裂面有了明确的规定。为了研究台阶式加筋土挡墙在铁路荷载作用下潜在破裂面的特征,设计了1:4的大比例尺二级台阶式加筋土挡墙室内模型试验,以周期性加卸载的方式模拟铁路荷载,通过监测墙面水平位移、墙顶沉降及土工格栅筋带变形,分析确定潜在破裂面的位置和形状。试验结果表明：I级墙（下级墙）潜在破裂面形状与现行规范中的0.3H法破裂面类似,但位置更深,且下部破裂面更缓,表明潜在不稳定范围更大;II级墙（上级墙）潜在破裂面形状与朗肯主动破裂面基本一致,但并未从II级墙坡脚剪出,而是内移刺入I级墙体;研究结果可为铁路台阶式加筋土挡墙的设计提供理论参考。     

狭窄基坑平动模式刚性挡墙被动土压力分析

对于地铁车站、地下管道沟槽等狭窄基坑,其被动区土体宽度有限,不满足半无限体的假定,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙被动土压力是不合适的。首先建立了无黏性土中狭窄基坑刚性挡墙的有限元分析模型,研究了挡墙相对平移时不同宽度土体的被动滑裂面的分布规律;借鉴库仑平面土楔假定,建立了狭窄基坑刚性平动挡墙被动土压力的理论计算模型,推导了被动极限状态下滑裂面倾角及被动土压力系数的解析公式;再采用水平薄层单元法,得到了被动土压力分布、土压力合力作用点高度的理论公式。结合算例,深入研究了这种工程背景下挡墙被动滑裂面倾角的影响因素,以及被动土压力合力、土压力分布及合力作用点位置与经典库仑土压力理论的差别,与数值计算结果的对比验证了该理论方法的合理性。研究发现,当被动区土体宽度小于满足半无限体的临界值、且墙土摩擦角大于0时,被动滑裂面倾角大于传统库仑被动滑裂面倾角,被动土压力大于经典库仑解,合力作用点高度则小于库仑解,且基坑越窄,墙土摩擦角越大,其差别越大。     

挡土墙被动土压力研究

研究土体被动极限状态时的大主应力拱,给出大主应力拱的曲线方程和被动土压力系数;利用水平层分析法,分析被动土压力的分布规律。     

刚性挡墙后非饱和土破坏模式及主动土压力计算

目前主动土压力计算方法多仅针对土体处于饱和或干燥状态,忽略了其从非饱和到局部饱和,或饱和到非饱和的渐变过程,进而导致计算结果失真。鉴于此,首先开展了一系列刚性挡墙非饱和砂土主动土压力模型试验,揭示了墙后土体的破坏规律：（1）墙后土体顶部出现了近似竖直裂缝,且其发展深度随墙面粗糙度和含水率的增加而变大;（2）墙土界面摩擦对塑性区形状影响较小,且在挡墙移动过程中,墙后土体塑性区形状始终近似保持为平面。在试验基础上,引入广义有效应力原理,基于极限平衡分析建立了考虑吸应力效应的非饱和土主动土压力计算方法,理论与试验实测值表明,所提方法相比其他方法,更接近于试验值。分析了各主要因素对非饱和土压力分布规律的影响,结果表明：主动土压力随有效内摩擦角值增加而减少,而界面摩擦角对其分布影响较小;相比于无吸力情况,考虑吸力时主动土压力更小;随着进气值增加,吸应力对主动土压力的贡献减少,最终趋于恒定。     

基坑挡墙变位诱发地表沉陷的模型试验研究

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中地表沉陷规律进行模型试验研究。开展的模型试验分别模拟了挡墙在平移（T模式）、绕墙趾转动（RB模式）和绕墙顶转动（RT模式）3种基本刚性变位模式下诱发的墙后地表沉陷,得到了土体沉陷曲线的分布规律。结果表明,挡墙平移时,墙后地表沉降呈勺型分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙趾转动时,墙后地表沉降近似呈三角形分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙顶转动时,墙后地表沉降近似呈抛物线分布,最大沉降位于距墙背一定距离的位置处。挡墙变位距离相同时,对于绕墙趾和绕墙顶转动模式,墙后土体沉陷的面积基本相等,两者沉陷面积之和近似等于平移模式的土体沉陷面积,另外,挡墙变位面积与墙后土体沉陷面积也近乎一致。将试验观察的沉陷曲线与既有的解析解作了对比分析,验证了二者的一致性。     

不同变位模式刚性挡土墙的动被动土压力

基于Mononobe-Okabe假定,通过对滑动土体中水平薄层单元的分析,建立了墙体平动（T）模式、墙体绕基础转动（RB）模式和墙体绕墙顶转动（RT）模式下的被动土压力的一阶微分方程,给出了土压力强度、土压力合力、土压力作用点的理论计算公式,并将该理论计算公式与库仑理论结果进行了比较。结果表明：土压力强度分布呈曲线分布,合力作用点到墙底的距离依（RB）模式、（T）模式和（RT）模式次序增大。     

考虑土拱效应刚性挡墙土压力研究

基于库仑土压力理论,假定刚性挡墙后主应力拱迹线为抛物线,推导了主、被侧土压力系数和水平微分单元间摩擦系数的理论公式,得到改进的主、被动土压力计算公式。研究表明：考虑土拱效应计算结果与模型试验结果吻合比较好。主动极限状态下,土体内摩擦角越小,墙土接触面上外摩擦角越大,土拱效应越明显,主动土压力合力作用点越上移;被动极限状态下,土体内摩擦角和墙土接触面上外摩擦角越大,土拱效应越明显,被动土压力合力点越往下移。     

绕墙趾转动挡土墙主动土压力的确定

墙背土压力分布和挡土墙变位模式、位移大小密切相关。考虑位移影响的土压力分析方法是在已知挡土墙位移大小的情况下,方可计算墙背土压力分布。对于绕墙趾向外转动的刚性挡土墙,从满足倾覆稳定性和基底压应力偏心距要求的角度,提出了确定主动平衡状态时墙顶位移大小和墙背土压力分布的方法,并分析挡土墙宽度和墙背摩擦系数对墙背土压力分布的影响。分析结果表明：主动平衡状态时,墙背土压力均大于库仑主动土压力,墙背土压力产生绕墙趾的倾覆弯矩同样大于由库仑主动土压力计算的倾覆弯矩;挡土墙宽度越大,墙背土压力越接近静止土压力;随着宽度的减小,墙背土压力由静止土压力分布向库仑主动土压力逐渐过渡;摩擦系数主要影响倾覆弯矩,对于墙背光滑的挡土墙,满足倾覆稳定性要求的墙宽显著提高