平动模式下挡土墙主动土压力计算研究

论文摘要

挡土墙作为围护结构广泛应用于土木、建筑、水利等工程中,经典土压力计算理论因为简便易用,至今仍被广泛使用,但是经典土压力理论也存在一些不足。库仑理论未考虑力矩平衡,导致合力作用点偏低,土压力强度线性分布的假设也与实际情况不符。朗肯理论较为严密,但是墙背竖直且光滑的假设太过理想,导致计算结果有所偏差。针对这些不足,本文采用对墙后土体微分薄层进行静力平衡分析再积分的思想,考虑墙后填土的应力状态,改进了了挡土墙在平动模式下无粘性土和粘性土主动土压力计算偏差大、强度分布不符合实际情况等问题。在此基础上,针对墙后双层无粘性填土土压力计算中的问题,提出一种新的计算方法。本文的具体研究内容如下:(1)从挡墙之间的土拱效应出发,在前人研究的基础上,改进了墙后填土的滑裂面假设,分析了在平动模式下挡土墙后填土的应力状态,提出一种简化的应力分布假设。(2)以无粘性土为研究对象,在水平层分析法的基础上,考虑墙后水平土层竖向应力状态,改进了土压力计算方法。通过大量计算,分析了各个参数对于土压力的影响;并通过计算结果和模型试验结果的比较发现两者规律较为一致。(3)在研究无粘性土的基础上,考虑了粘性填土的粘聚力、墙背与土体的粘聚力和粘性土的裂缝,改进了粘性土土压力计算方法。通过不同参数土体土压力计算结果的对比,研究了土压力随着土体参数的变化规律。本文方法计算结果和模型试验结果规律也基本一致。(4)在单层无粘性土主动土压力计算方法的基础上,针对双层无粘性填土,将上层填土底面竖向应力作为下层填土的荷载边界条件,提出一种土压力计算方法。通过本章方法和分层法计算结果的比较,发现分层法土压力计算值偏大。采用数值模拟方法对本文方法进行了验证,本文方法土压力强度计算值与数值模拟结果比较吻合。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 挡土墙土压力力学理论研究现状
•     1.2.2 挡土墙土压力试验研究现状
•     1.2.3 挡土墙土压力数值模拟研究现状
•   1.3 研究中存在的问题
•   1.4 研究内容及技术路线
• 2. 挡土墙后土拱效应及对土体应力状态影响
•   2.1 挡土墙后土体的土拱效应和拱顶面
•     2.1.1 两平行竖墙面摩擦角相等情况下的土拱效应
•     2.1.2 两平行竖墙面摩擦角不等情况下的土拱效应
•     2.1.3 一竖直墙面与一倾斜墙面之间的土拱效应
•     2.1.4 两倾斜墙面间的土拱效应
•     2.1.5 挡土墙后土体的土拱效应
•   2.2 墙后土体应力状态分析
•     2.2.1 挡土墙墙后土体受力分析
•     2.2.2 墙后土体应力性状描述
•     2.2.3 墙后土体受力状态参数描述
•   2.3 滑裂面和应力分布假设
•     2.3.1 滑裂面假设
•     2.3.2 墙后滑裂楔体微分土层应力分布假设
•   2.4 本章小结
• 3. 墙后单层无粘性土主动土压力计算
•   3.1 单层无粘性土主动土压力计算方法
•     3.1.1 单层无粘性土主动土压力计算模型
•     3.1.2 微分水平土层应力分析
•     3.1.3 单层无粘性土主动土压力计算方程推导
•   3.2 参数分析
•     3.2.1 主动土压力系数分析
•     3.2.2 主动土压力强度分布分析
•     3.2.3 主动土压力合力作用点分析
•   3.3 算例分析
•     3.3.1 模型试验概况
•     3.3.2 主动土压力分布对比
•     3.3.3 主动土压力系数对比
•     3.3.4 主动土压力合力作用点对比
•   3.4 本章小结
• 4. 墙后单层粘性土主动土压力计算
•   4.1 单层粘性土主动土压力计算方法
•     4.1.1 单层粘性土主动土压力计算模型
•     4.1.2 单层粘性土主动土压力计算方程推导
•   4.2 参数分析
•     4.2.1 主动土压力随粘聚力c的变化
•     4.2.2 主动土压力随内摩擦角φ的变化
•     4.2.3 主动土压力随墙土摩擦角δ的变化
•   4.3 算例分析
•     4.3.1 算例1
•     4.3.2 算例2
•   4.4 本章小结
• 5. 双层无粘性填土主动土压力计算
•   5.1 双层无粘性填土主动土压力计算方法
•     5.1.1 双层无粘性填土主动土压力计算模型
•     5.1.2 双层无粘性土主动土压力计算方程推导
•   5.2 参数分析
•     5.2.1 内摩擦角φ对主动土压力的影响
•     5.2.2 墙土摩擦角δ对主动土压力的影响
•   5.3 算例分析
•   5.4 双层无粘性填土主动土压力数值模拟验证
•     5.4.1 模型概述
•     5.4.2 数值模拟分析结果与公式计算结果对比
•   5.5 本章小结
• 6. 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张洋洋

导师: 陈文化

关键词: 平动模式,挡土墙,无粘性土,粘性土,双层土,主动土压力,水平层分析法

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 北京交通大学

分类号: TU476.4;TU432

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