桩板墙墙前倾斜坡面被动土压力计算方法研究

发布时间：2020-08-08 07:25

【摘要】：基于Coulomb土压力理论和Rankine土压力理论修改的经验公式,被广泛用于挡土工程的结构设计中,但对于墙前填土为倾斜坡面且方向斜向下时,经典土压力理论以及现有的经验公式不能准确解决挡土墙墙前被动土压力计算问题。鉴于此,本文依托重庆市建设科技计划项目,开展“桩板墙墙前倾斜坡面被动土压力计算方法研究”,采用理论分析、物理模型试验和数值模拟试验相结合的手段,对桩板墙墙前土体倾斜向下时,墙前被动土压力进行了全面的分析。其主要研究内容与成果如下:(1)基于Rankine经典土压力理论,将墙前倾斜坡面填土简化为覆土高度为h的水平填土面,给出了h的确定方法,推导出一种简化计算方法。(2)基于Coulomb经典土压力理论,建立了桩板墙墙前倾斜坡面被动土压力计算模型,推导出被动土压力计算公式,分析了填土坡面倾角?、土体内摩擦角?、桩板墙入土深度H对滑动破裂角?的影响以及土体内摩擦角?、挡土墙与填土体之间的摩擦角?、粘聚力c等值对水平侧向土压力e_z值影响。(3)采用自制的试验模型箱开展了RB位移模式下不同倾角的被动土压力试验研究,分析了墙前倾斜坡面倾角?对被动土压力的大小、分布和合力作用点位置的影响。试验结果表面:在RB位移模式下水平侧向被动土压力呈非线性分布,且合力作用点高于H/3。(4)以物理模型为基础,采用PLAXIS软件进行数值计算。研究发现,当桩板墙的变位方式为RB模式时,不同深度的土体不能同时达到被动极限平衡状态,上部土体要先于下部土体达到被动极限平衡状态;当桩板墙的变位方式为T模式时,不同深度的土体达到被动极限平衡状态时所需位移基本一致。(5)将所推导的两种理论计算公式与物理模型试验和数值模型试验进行对比分析,得出两种理论计算公式的适用条件。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV223
【图文】：

墙体位移,土压力,土压力理论

推导出土压力沿墙高呈线性分布。Coulomb 土压力理论则是忽略了墙背滑动土楔体的实际应力状态，根据静力平衡条件解得到挡土墙的总土压力，其分布形式仍为线性分布。从经典土压力理论问世以来，经历了一系列的改变，日趋完善，众多学者采用不同的方法或研究手段分析找到更精确的解，工程中常用原型观测方法结合数值模拟试验进行计算求解，实验室则常用物理模型试验验证理论模型。在经典土压力理论的基础上，考虑更多的影响因素或是适当的扩展适用范围，从而能被更广泛的适用于工程实际中，不再受到多种条件的约束，同样能够使土压力理论不断改进提升。太沙基[54]针对土压力与墙体位移的关系，通过物理模型试验方法找到其变化规律。其中，当墙体远离土体达到极限平衡时为主动土压力aE ，靠近土体达到极限平衡时为被动土压力pE ，当土体没有发生位移和变形时则为静止土压力0E ，如图 2-1 所示。林宇亮[55]基于 Coulomb 土压力理论，采用薄层微元法推导出了粘性土被动土压力的解析解，如图 2-2 所示。结果表明被动土压力沿墙高呈非线性分布。

示意图,微元法,薄层,示意图

滑动土体,挡土墙

式中：pie ── 计算点处的被动土压力（2kN /m）；piK ── 计算点处的被动土压力系数，为 tan4522piiK 。2.2.2 按 Coulomb 理论计算被动土压力在文献[16]中，根据库仑平面滑动面的假设理论，胡晓军等人考虑了填土体自身粘聚力及挡墙墙背与填土面接触产生的黏着力wC ，建立了填土体为粘性土时挡土墙被动土压力计算公式，由于公式及其复杂，则需要利用编程方法求解试算。如图 2-3 所示，假定滑动土体为 ABC，对其进行受力分析，作用力有（a）滑动土楔体的自重和均布荷载的合力W；（b）滑动破裂面 BC 上的反力 R；（c）BC 面上的总黏聚力 cossinHcosCc；（d）墙背 AB 面上的总黏着力cos HCcww （e）墙背 AB 面上的反力 E。

【参考文献】