考慮土拱效應(yīng)的擋土墻主動土壓力分布1課件

考慮土拱效應(yīng)的擋土墻主動土壓力分布摘要：假定擋土墻后土體小主應(yīng)力拱為圓弧，考慮墻土摩擦角變化對擋土墻后土體滑裂面傾角的影響，分析表明，土拱形狀與現(xiàn)有方法有明顯差異，并得到了對應(yīng)不同內(nèi)摩擦角和墻土摩擦角的側(cè)土壓力系數(shù)，將其用于水平微分單元法求解平動模式下的擋土墻主動土壓力，給出了擋土墻主動土壓力強(qiáng)度、土壓力合力和合力作用點(diǎn)的理論公式，并與庫侖土壓力理論、模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)和已有方法進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：擋土墻主動土壓力強(qiáng)度與模型試驗(yàn)結(jié)果基本吻合；土壓力合力與庫侖土壓力合力相等；但土壓力合力作用點(diǎn)和土壓力強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果有明顯差別。關(guān)鍵詞：土拱；擋土墻；主動土壓力考慮土拱效應(yīng)的擋土墻主動土壓力分布0前言1擋土墻后土體滑裂面2墻背土體應(yīng)力分析3小主應(yīng)力拱形狀4側(cè)土壓力系數(shù)5擋土墻主動土壓力

5.1基本方程的建立

5.2土壓力強(qiáng)度

5.3土壓力的合力及作用點(diǎn)高度6結(jié)論0前言目前，能夠反映擋墻與填土變形協(xié)調(diào)的非極限狀態(tài)土壓力理論和有限單元法等數(shù)值方法是兩類典型的確定擋土墻土壓力的方法，但是參數(shù)確定的困難以及計(jì)算精度等原因，工程實(shí)踐應(yīng)用并不多。因此，以經(jīng)典的庫侖土壓力理論和朗肯土壓力理論為代表的極限平衡理論仍然被廣泛采用。朗肯理論、庫侖理論給出的土壓力都為線性分布。然而，大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場觀測表明：墻背土壓力為非線性分布。土拱是用來描述應(yīng)力轉(zhuǎn)移的一種現(xiàn)象，這種應(yīng)力轉(zhuǎn)移是通過土體抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮而實(shí)現(xiàn)的，Terzaghi通過活動門試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了土拱效應(yīng)，并把它定義為土壓力從屈服區(qū)域轉(zhuǎn)移到鄰近靜止區(qū)域的現(xiàn)象。擋土墻問題中，若墻背非絕對光滑，墻土摩擦必將引起應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，土拱效應(yīng)是客觀存在的。1擋土墻后土體滑裂面假定：墻背離土體方向移動達(dá)到極限平衡狀態(tài)，擋土墻墻背直立，墻后填土水平。1擋土墻后土體滑裂面2墻背土體應(yīng)力分析設(shè)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)，則A，C兩點(diǎn)的小主應(yīng)力軌跡將形成一條拱曲線，即為小主應(yīng)力拱。A點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用摩爾應(yīng)力圓表示。2墻背土體應(yīng)力分析2墻背土體應(yīng)力分析3小主應(yīng)力拱形狀圖5給出了當(dāng)墻土摩擦充分發(fā)揮（δ=?）時、內(nèi)摩擦角?不同情況下圓弧拱的形狀，同時給出了Paik的計(jì)算結(jié)果。由圖可知，δ=?時，?越大，拱的形狀就越趨于平緩。與Paik結(jié)果相比，本文得到的圓弧拱形狀更平緩，且在內(nèi)摩擦角?較小時更為明顯。3小主應(yīng)力拱形狀圖6給出?=30°、墻土摩擦角δ不同時圓弧拱的形狀。由圖可知，δ值越小，圓弧拱形狀就越趨于平緩δ值越大，本文方法計(jì)算得到的圓弧拱形狀與文獻(xiàn)[11]結(jié)果差別就越大。4側(cè)土壓力系數(shù)水平微分單元法在計(jì)算擋土墻側(cè)土壓力時，計(jì)算的豎向應(yīng)力一般取某深度的平均豎向應(yīng)力，因此，側(cè)土壓力系數(shù)Kw應(yīng)該定義為σh與豎向平均土壓力σav之比[8]，而不是墻背面上某計(jì)算點(diǎn)的σh與該點(diǎn)豎向應(yīng)力σv之比，即4側(cè)土壓力系數(shù)由圖可知，雖然小主應(yīng)力拱形狀有差別，但本文方法得到的側(cè)土壓力系數(shù)與Paik法相差不大，δ越大，幾種方法得到的側(cè)土壓力系數(shù)越大。當(dāng)δ=?時，本文法得到的側(cè)土壓力系數(shù)略小于Paik法。圖中還同時給出了王元戰(zhàn)等[6]得出的側(cè)土壓力系數(shù)（見式（18）），可以看出，在δ較小時，本文考慮土拱效應(yīng)的側(cè)土壓力系數(shù)小于文獻(xiàn)[6]結(jié)果，而在δ接近?時又大于文獻(xiàn)[6]結(jié)果。5擋土墻主動土壓力

5.1基本方程的建立在距楔體表面距離為y處取一厚度為dy的水平微分單元，作用于水平微分單元上的力如圖10所示。5擋土墻主動土壓力

5.1基本方程的建立5擋土墻主動土壓力

5.2土壓力強(qiáng)度5擋土墻主動土壓力

5.2土壓力強(qiáng)度庫侖土壓力理論得到的土壓力沿墻背為線性分布，本文給出的土壓力分布為非線性，由式（24）給出。圖11給出了本文方法、庫侖理論和文獻(xiàn)[14]模型試驗(yàn)的結(jié)果，計(jì)算參數(shù)均同文獻(xiàn)[14]。比較結(jié)果表明，本文方法得到的土壓力強(qiáng)度與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。5擋土墻主動土壓力

5.2土壓力強(qiáng)度圖12給出了本文方法得到的不同墻土摩擦角時的土壓力強(qiáng)度與Paik和Salgado[11]、王元戰(zhàn)等[6]方法的比較由圖可知，本文得到的土壓力強(qiáng)度明顯小于Paik法而略大于王元戰(zhàn)法，且在內(nèi)摩擦角δ較大時更為明顯。5擋土墻主動土壓力

5.3土壓力的合力及作用點(diǎn)高度當(dāng)q=0時，顯然上式得到的土壓力合力就等于庫侖土壓力合力，即將庫侖土楔體劃分成水平微分單元后并不會改變土壓力合力的大小。5擋土墻主動土壓力

5.3土壓力的合力及作用點(diǎn)高度雖然文獻(xiàn)[6]得到的土壓力合力在形式上也與式（26）完全相同，但給出了β與δ無關(guān)的假定，在δ>0時，王元戰(zhàn)法得到的土壓力合力略小于庫侖解和本文解；而Paik法由于同樣給出了β與δ無關(guān)假定，而且未滿足微分單元水平方向力的平衡條件，在δ較大時所得到的土壓力合力與本文方法和庫侖理論相比明顯偏大。6結(jié)論（1）本文得到的側(cè)土壓力系數(shù)明顯有別于不考慮土拱效