挡土墙后黏性填土土压力分析方法研究

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挡土墙作为围护结构被广泛的运用于基坑、公路、铁路等工程中,明确作用于挡墙上土压力的大小和分布,对设计出安全又经济的挡墙具有重要的工程实际意义。随着岩土工程的发展,挡土墙后填土的性质逐渐复杂,不仅仅是无黏性的砂土,出现众多黏性填土的情况。目前,对于土体中客观存在的土拱效应的研究局限于无黏性土,在黏性土中的研究较少,这正是本文研究的目的。为此,本文旨在探讨主动和被动状态下土拱效应对于黏性土体土压力的分析方法的影响作用。(1)首先,建立合理的挡土墙土压力计算模型,通过对墙后滑动土楔体进行整体的受力平衡分析,获得粗糙墙背后黏性填土主动和被动状态下滑裂面倾角的表达式;然后,通过分析粗糙墙背后土体应力状态变化及传递的规律,确定出主、被动状态下土拱的轴线形状,并用最小和最大主应力拱的轨迹来描述主动和被动状态下任意位置处土体单元主应力的偏转方向;同时,基于坐标平移和力学平衡的原理,获得墙土接触面和滑裂面上主应力方向的偏转规律。(2)在对土拱单元进行受力分析的基础上,引入沿最小和最大主应力轨迹划分土层形成曲线薄层单元的先进理论,改进曲线土拱几何形状和几何参数的确定方法;然后,结合墙土接触面和滑裂面处主应力方向偏转的规律,给出曲线薄层单元界面上任意位置处的主应力偏转,同时,考虑土体在重力场的影响下,假设主应力沿着土拱方向呈线性分布;建立曲线薄层单元的受力模型,通过对其进行静力平衡受力分析,进而获得平动位移主动和被动极限状态下侧向土压力的分析方法。该方法反映出墙背粗糙程度和土体自身属性(土体内摩擦角、黏聚力)对作用于挡土墙上土压力的影响;同时,有效的避免了基于水平层分析法忽略剪应力存在、竖向应力均匀分布的不足,简化了水平层分析法基于侧向土压力系数和竖向应力求解侧向土压力的求解过程。(3)通过将本文理论方法推导出的土压力结果与实测值及现有的先进理论作对比分析,验证本文理论方法的合理性及优越性。同时,为了定性地掌握墙土摩擦角、土体内摩擦角、黏聚力等各因素对土压力大小、分布及合力、合力作用点高度的影响规律及影响程度,采用控制变量法的思想,对各影响因素作大量的参数分析。
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