不同變位模式下剛性擋土墻土壓力極限分析.pdf

1、土壓力是土力學(xué)的重要分支，庫(kù)侖（Coulomb）和朗肯（Rankine）土壓力理論是求解土壓力的經(jīng)典理論，但面對(duì)日益復(fù)雜的施工環(huán)境和條件，傳統(tǒng)理論表現(xiàn)出諸多不足。如本文討論的不同位移模式下?lián)跬翂Φ耐翂毫?wèn)題，僅用傳統(tǒng)理論是無(wú)法解決或是結(jié)果無(wú)法滿足要求。因此，有必要根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)擋土墻不同位移模式下土壓力問(wèn)題進(jìn)行深一步研究。本文以不同位移模式下剛性擋土墻為研究對(duì)象，基于塑性極限分析的上、下限定理，結(jié)合特征線理論，應(yīng)用不連續(xù)線解決一些實(shí)際

2、工程中復(fù)雜邊界條件下剛性擋土墻的土壓力問(wèn)題，并將該方法推廣至求解地基的極限承載力問(wèn)題?？紤]墻體兩種位移模式：平移（T）、繞墻底轉(zhuǎn)動(dòng)(RB)。地基則考慮有、無(wú)基礎(chǔ)埋深兩種情況。建立相應(yīng)的計(jì)算模型，利用FORTRAN編制相關(guān)計(jì)算程序。 按照極限分析理論，結(jié)合特征線的性質(zhì)，利用不連續(xù)線，構(gòu)建模型計(jì)算不同位移模式下剛性擋土墻土壓力。首先假定不連續(xù)線角度（在某一范圍內(nèi)循環(huán)），結(jié)合特征線性質(zhì)和已假定的不連續(xù)線角度確定墻后土體各分區(qū)在奇點(diǎn)（多

3、為不連續(xù)速度線起點(diǎn)，不連續(xù)荷載分界點(diǎn)）處的角度。為保證特征線一定經(jīng)過(guò)擋土墻的底部，滑移面位置從擋墻底部向上逐漸確定，結(jié)合邊界條件和分區(qū)在奇點(diǎn)的角度確定分區(qū)情況（剛性區(qū)和變形區(qū)大小、位置），這樣就確定了一種滑動(dòng)面的可能位置（不同情況下，一個(gè)不連續(xù)線角度可能對(duì)應(yīng)多個(gè)滑動(dòng)面，每個(gè)滑動(dòng)面都應(yīng)求解）。然后，根據(jù)極限分析的上、下限原理求解可動(dòng)、可靜土壓力或地基的極限承載力值。變動(dòng)不連續(xù)線的角度，重復(fù)以上過(guò)程，求得每個(gè)可能滑動(dòng)面所對(duì)應(yīng)的可動(dòng)、可靜解。

4、最后比較各滑動(dòng)面的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)極值原理確定最終的滑動(dòng)面和計(jì)算結(jié)果。本文為較準(zhǔn)確的逼近真實(shí)滑動(dòng)面，假設(shè)了滑動(dòng)面為兩條直線夾一段對(duì)數(shù)螺線的形式，通過(guò)程序搜索滿足條件的對(duì)數(shù)螺線極點(diǎn)位置，從而確定滑動(dòng)面位置。本文為減小可動(dòng)、可靜解間的差距，得到合理的近似解，創(chuàng)造性的采用了在一個(gè)近似滑動(dòng)面下同時(shí)求解可動(dòng)、可靜解的方法。本文為便于編制計(jì)算程序改進(jìn)了傳統(tǒng)的對(duì)數(shù)螺線面上的反力位置的確定方法。 將本文模型結(jié)果和特征線解結(jié)果、其它近似計(jì)算模型結(jié)果

5、比較。在擋土墻土壓力方面：模型計(jì)算結(jié)果略小于特征線解結(jié)果，符合極限分析原理?；瑒?dòng)面位置和特征線解吻合良好，說(shuō)明該簡(jiǎn)化方法可以得到較為準(zhǔn)確的近似滑動(dòng)面位置，且計(jì)算較為簡(jiǎn)單，思路概念清晰。作為計(jì)算結(jié)果的可動(dòng)、可靜解差距較小，這說(shuō)明模型建立思路正確，達(dá)到了有效控制和減小可動(dòng)、可靜解之間差距的目的。同其它近似計(jì)算模型相比，本文模型在提高可靜解方面效果明顯，優(yōu)于其它模型。沈老師提供的具有較高精度的可動(dòng)解，同本文結(jié)果吻合良好，再次證明模型建立與計(jì)算

6、思路的正確性。在地基的極限承載力方面，和其它近似計(jì)算方法或公式比較：本法有效的提高了可靜解的精度，計(jì)算結(jié)果和近似公式吻合較好。對(duì)成熟的近似計(jì)算公式結(jié)果很好吻合也證明了該模型的可行性。當(dāng)考慮壓密土核時(shí)，計(jì)算滑動(dòng)面和特征線解滑動(dòng)面吻合良好，結(jié)果同已有計(jì)算公式相比具有較高計(jì)算精度。 綜上所述：本模型成功的達(dá)到了減小和有效控制可動(dòng)解和可靜解差距的目的；能較精確的確定墻后土體在不同位移模式下或地基兩側(cè)有無(wú)超荷土體作用影響下的滑動(dòng)面形狀及位

7、置；能較準(zhǔn)確的確定剛性擋墻的土壓力值和地基的極限承載力值。指出簡(jiǎn)單的利用水平不連續(xù)線將土體分為簡(jiǎn)單的朗肯主動(dòng)或被動(dòng)區(qū)的近似方法結(jié)果準(zhǔn)確度不高，對(duì)主動(dòng)土壓力偏高，對(duì)被動(dòng)土壓力偏低。在分段荷載作用的擋墻轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下簡(jiǎn)單的假設(shè)如圖4.6的計(jì)算模型也是不嚴(yán)密的，擋墻較高時(shí)計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)較大偏差?？紤]壓密土核的計(jì)算模型在淺埋時(shí)具有較高精度，但其隨埋深變化顯著，當(dāng)埋深超過(guò)一定范圍（h / b>05）時(shí)結(jié)果偏于不安全。本文方法可以位其它近似方法的模型建立