考虑剪应力作用的有限土体主动土压力计算方法研究

摘要

刚性挡土墙在向背离填土方向平移过程中，墙后土体有沿着墙背下滑的趋势，墙土接触面产生竖向剪应力。对土体进行应力状态分析，可知应存在水平方向的剪应力，而剪应力对主动土压力强度的分布、主动土压力合力及合力作用点高度产生较大影响。滑裂面是求解挡土墙主动土压力的关键，在对挡土墙后有限土体的主动土压力进行研究时，应该考虑墙后土体的宽度或是挡土墙纵向长度对滑裂面的影响，这样才可以针对具体工程条件计算出主动土压力强度的分布规律。
　　针对上述问题，本文通过极限平衡理论确定了挡土墙后有限宽度土体滑裂面倾角的计算公式。基于水平微分单元法，考虑土拱效应引起的剪应力的偏转，推导了侧向主动土压力系数、平均剪应力系数的表达式，进而获得了主动土压力强度分布的计算公式，并结合模型试验结果验证了公式的可行性。结果表明，不考虑剪应力计算得到的主动土压力强度分布偏小、合力作用点高度偏高；通过极限平衡理论计算得到的滑裂面随着平行竖墙间距的增大而趋近于库仑滑裂面。
　　利用ABAQUS有限元软件对刚性挡土墙后有限宽度土体和半无限空间土体主动土压力进行数值模拟，通过将不同平行竖墙间距下主动土压力强度、主动土压力合力以及倾覆力矩的模拟值与本文理论方法的计算值进行对比，进一步验证了本文方法的合理性。分析探讨了平行竖墙间距、挡土墙位移以及黏聚力对有限宽度土体主动土压力的影响。
　　将本文的理论方法扩展到空间主动土压力计算中，确定了空间滑动土体界限高度的表达式，进而推导了主动土压力强度分布的计算公式。分析表明，不同挡土墙纵向长度条件下墙后相同断面处主动土压力强度分布明显不同，而剪应力对滑动土体下部土压力强度分布有较明显的影响，不考虑剪应力偏于不安全。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 挡土墙土压力研究现状

1.3 有限土体土压力研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 考虑剪应力作用的有限宽度土体主动土压力计算方法

2.1 有限宽度土体主动土压力计算

2.2 试验验证

2.3 算例分析

2.4 本章小结

第3章 挡土墙有限宽度土体主动土压力数值模拟分析

3.1 引言

3.2 ABAQUS简介

3.3 数值模型建立

3.4 数值模拟结果分析

3.5 本章小结

第4章 考虑剪应力作用的空间主动土压力计算方法

4.1 引言

4.2 挡土墙空间主动土压力强度计算

4.3 算例分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢