考慮土拱效應(yīng)擋土墻主動土壓力研究.pdf

1、擋土墻是土木建筑、水利水電、鐵道交通等工程建設(shè)中廣泛使用的一種結(jié)構(gòu)物，擋土墻破壞時，不僅影響工程的基礎(chǔ)建設(shè)，而且在地震時還可能引發(fā)次生災(zāi)害，因此在擋土墻設(shè)計(jì)時需要有比較準(zhǔn)確的土壓力計(jì)算理論作為指導(dǎo)。以往的研究在考慮土拱效應(yīng)后，對土拱的形狀缺乏應(yīng)力分析，而且僅局限于對直線滑裂面情況下的土壓力進(jìn)行求解，尤其是在地震作用下，忽略了地震系數(shù)對側(cè)土壓力系數(shù)的影響。
　　本文以垂直、剛性擋土墻為研究對象，通過對墻后土體的應(yīng)力分析，并且考慮了土

2、拱效應(yīng)，對靜力狀態(tài)下和地震作用下的主動土壓力進(jìn)行研究，其中在靜力狀態(tài)下分別對直線滑裂面和旋輪線滑裂面求解主動土壓力。
　　首先考慮土體的拱效應(yīng)，通過對墻后土體的應(yīng)力分析，得到土拱的形狀，應(yīng)用水平層分析法，推導(dǎo)出擋土墻平移模式下的主動土壓力分布、土壓力合力以及合力作用點(diǎn)高度的理論公式，并在此基礎(chǔ)上研究了土體參數(shù)對土壓力結(jié)果的影響。計(jì)算結(jié)果表明：考慮土拱效應(yīng)后，得到的土壓力合力作用點(diǎn)高度小于不考慮土拱效應(yīng)計(jì)算出的結(jié)果，但始終大于庫倫理

3、論計(jì)算出的結(jié)果，所以應(yīng)用庫倫理論設(shè)計(jì)擋土墻偏危險(xiǎn)。然后假設(shè)墻后土體滑裂面為旋輪線，首次將土拱原理應(yīng)用到旋輪線滑裂面，其方法可推廣至其他曲線滑裂面，具有重要的理論意義。改進(jìn)了前人應(yīng)用旋輪線滑裂面計(jì)算土壓力的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值求解，得到了主動土壓力的分布情況，并和采用直線滑裂面計(jì)算出的結(jié)果以及其他方法進(jìn)行比較分析，另外也研究了土體參數(shù)對滑裂面位置和土壓力結(jié)果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)墻土摩擦角與土體內(nèi)摩擦角比值接近1時，計(jì)算出的土壓力合力大于庫倫

4、理論計(jì)算值，這在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中值得注意。在地震情況下基于Mononobe-Okabe理論，考慮土拱效應(yīng)，通過對墻后土體的應(yīng)力分析推導(dǎo)出地震作用下的土拱形狀的曲線方程，計(jì)算出在不同的地震系數(shù)下的側(cè)土壓力系數(shù)值，應(yīng)用水平層分析法推導(dǎo)出地震主動土壓力的強(qiáng)度、土壓力合力以及合力作用點(diǎn)高度的計(jì)算公式，并與M-O理論和現(xiàn)有方法進(jìn)行對比分析，并分析了各個參數(shù)對結(jié)果的影響。計(jì)算結(jié)果表明：計(jì)算出的地震土壓力合力與M-O理論相同，但是呈非線性分布，地震土壓