挡土结构土拱效应及土压力理论研究

【摘要】：土拱效应及与之相关的土压力计算问题长期以来为工程界关注,但至今仍未完善解决。本文在前人研究工作的基础上,对挡土结构的土拱效应及土压力理论进行了较深入的研究。主要工作包括: 1.鉴于计算平行墙间侧土压力时关于土体小主应力拱形的选择尚存在争议,考虑墙土摩擦角充分发挥和部分发挥两种情况,对平行墙间土体小主应力圆弧拱和悬链线拱分别进行了分析,得到了对应于不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧上压力系数,以及平行墙间侧上压力的理论公式。分析表明,由圆弧拱和悬链线拱计算所得的平行墙间侧土压力几乎一致,实际计算可采用相对简单的圆弧拱。 2.为克服现有考虑土拱效应的土压力计算方法不能考虑墙土摩擦角变化对挡土墙后土体滑裂面的影响的不足,考虑墙土摩擦角变化对挡土墙后上体滑裂面倾角的影响,对圆弧和悬链线两种拱形分别进行了分析,并与现有方法计算结果进行了比较。根据得到的土拱形状,分别计算对应不同内摩擦角和墙土摩擦角时的侧土压力系数;将其用于水平微分单元法求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力分布、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论、现有方法和模型试验数据进行了比较分析。 3.利用有限元软件ABAQUS对抗滑桩间土拱效应的产生机理进行了研究,分析了土体内摩擦角、粘聚力以及桩土接触面性状等因素对土拱效应和桩土荷载分担比的影响。 4.考虑地面条形荷载对滑裂面倾角的影响,改进了库仑土压力理论的极限平衡方法,对条形荷载下的极限主动土压力进行了研究,并得到了相应的理论公式,解决了现有极限平衡方法不能考虑条形荷载对极限主动土压力影响的问题。 5.考虑位移效应对主动土压力的影响,得到了挡土墙非极限状态主动土压力的理论公式,可用于计算无墙后超载和墙后超载为条形荷载时的非极限主动土压力,解决了现有非极限主动土压力计算方法不能考虑条形荷载影响的问题。