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挡土墙上土压力的试验研究与数值分析

陈页开  
【摘要】: 在土力学中,计算土体作用于结构上的作用力是一个古老的课题,经典的 Coulomb和Rankine土压力理论,因其计算简单和力学概念明确,一直为工程 设计所采用。但由于经典土压力理论存在着两个明显的弱点:一是要求土体变 形达到极限状态的临界条件;二是经典土压力理论没有考虑挡墙的变位方式的 影响,再加上岩土工程的复杂性,土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算 做出精确解答的问题。 本文通过模型试验和数值分析,对作用于刚性和柔性挡土墙上土压力的大 小及其分布规律进行了研究。对于刚性挡墙,作者采用自制的模型箱,进行砂 性填土被动土压力的模型试验,研究不同的挡墙变位方式对被动土压力大小及 其分布规律的影响。挡墙采用的变位方式为:平移(T)、绕墙顶上某点转动(RTT) 和绕墙底下某点转动(RBT)。当同时考虑土体的力学特性和土与结构接触面上 的变形特性时,作者用有限单元法对刚性挡土墙上的主动土压力和被动土压力 进行分析研究,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与结构接触 面间引入无厚度的Goodman接触单元,接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性 的本构模型。研究不同的挡墙变位方式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性 等因素对土压力大小和分布的影响。 对于柔性挡墙,以基坑工程的围护结构为例,采用考虑土体应力路径影响 的非线性有限元法,分析了基坑工程中不同围护型式时作用在围护结构上的土 压力大小及分布规律。此外,本文基于对刚性和柔性挡墙土压力的研究,在充 分考虑土与结构的相互作用的基础上,用指数函数描述作用于挡墙上土压力与 墙体位移的相互关系,提出了一种考虑位移的土压力计算方法,用以计算非极 限状态下的土压力,并在基坑工程中,把此方法应用到改进的弹性抗力法中, 算例分析表明,在进行基坑工程设计计算时,与传统方法相比,该方法不仅可 行,而且更为经济。


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