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基于临界滑动场理论的复杂条件下土压力计算

王晨婕  
【摘要】:边坡临界滑动场理论已被广泛应用于解决边坡稳定、土压力和地基承载力的相关问题中,为了解决挡土墙两侧由于水位差而造成渗流情况下的土压力计算问题,文中进一步推广了临界滑动场方法的应用,以挡土墙土压力计算分析为工程背景,同时结合渗流场的实际边界条件,建立复杂渗流条件下土压力计算的新方法。并详细阐述了其计算原理和数值模拟步骤,编制了基于土体临界滑动场理论的三角条块法的计算程序。 首先,基于水土分算和水土合算的等效性,提出水土合算的思想计算渗流作用下的土压力。先结合渗流有限元分析的Seep/W软件,针对复杂渗流的情况建立计算模型,求得渗流作用下的水压力大小。再将求得的水压力作为荷载项参与到条块的受力分析中,应用自编程序计算挡土墙两侧存在水位差时的土压力大小。并结合算例对比来证明此文方法的有效性,同时分析了渗流作用对土压力大小的影响,通过对比分析发现:渗流作用对土压力影响明显,其使位于高水位一侧的主动区土压力增大,使位于低水位一侧的被动区土压力减小。 然后,还研究分析了挡土墙坡内采取排水措施降低挡墙两侧水位差情况下的土压力大小,通过对比不同水位差条件下的主被动土压力大小,总结出挡土墙两侧水位差大小与其所产生的渗流作用对土压力的影响系数之间的关系,经过计算比较发现,随着水位差的减小,渗流作用对主动区土压力的影响迅速减小,当水位差小于1.5米时,渗流作用的影响可忽略不计;对于被动区土压力而言,随着水位差下降,渗流作用影响虽有所减弱,但其对被动土压力的减小作用仍很明显。 最后,将临界滑动场理论进一步推广到地震荷载情况下土压力计算中,同时得出相应的滑动面,并将计算结果与工程计算中广泛采用的物部-冈部法所得结果进行比较,结果表明:地震力使主动土压力增大,而使被动土压力减小,且水平地震力系数对被动土压力的影响远大于对主动土压力,这一结论与物部冈部法所得结论不谋而合,再一次验证了此文方法的实用性和可靠性。


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