隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn),擋土墻作為一種常見(jiàn)的支擋結(jié)構(gòu)在水利工程、公路工程、鐵道工程、土建工程、采礦工程、巖土工程扮演著愈發(fā)重要的角色,為工程的順利竣工及建筑物的正常運(yùn)行保駕護(hù)航。擋土墻的主要受力來(lái)源是墻后土壓力,如何能夠更加精確的計(jì)算土壓力是擋土墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。目前工程中計(jì)算土壓力常用的庫(kù)侖理論和朗肯理論其實(shí)只在土體達(dá)到極限位移時(shí)這種特殊工況下才適用,而大量試驗(yàn)證明墻體位移會(huì)影響土壓力的分布,基于此,本文開(kāi)展了非極限土壓力理論的研究,并針對(duì)平動(dòng)模式下墻背傾斜的擋土墻,建立了位移同內(nèi)、外摩擦角的函數(shù)關(guān)系式,同時(shí)基于考慮土拱效應(yīng)的摩爾應(yīng)力圓,得到了水平應(yīng)力、豎向應(yīng)力、剪應(yīng)力的表達(dá)式,并應(yīng)用于水平層分析法中,推求了非極限主、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度、合力、合力作用點(diǎn)高度的理論表達(dá)式。本文的理論分析與已有計(jì)算理論相比,其非極限主、被動(dòng)土壓力分布解與試驗(yàn)值吻合得更好,充分說(shuō)明了本論文理論推導(dǎo)的合理性與正確性。此外,還做了相應(yīng)參數(shù)的敏感性分析,主要結(jié)論有:非極限主動(dòng)狀態(tài)下,無(wú)論是否考慮土層間剪應(yīng)力,土壓力的大小均隨墻體位移的增大而減小,呈峰值靠近墻底處的凸曲線分布,且考慮剪應(yīng)力作用的土壓力在墻體上部較不考慮剪應(yīng)力要小,下部反之。剪應(yīng)力隨內(nèi)摩擦角的增大出現(xiàn)先顯著增大后略微減小的狀態(tài);隨位移、外摩擦角、地面超載的增大而增大;隨著墻背傾角的增大,剪應(yīng)力先減小,再反向增大,土壓力隨之增大。非極限被動(dòng)狀態(tài)下,無(wú)論是否考慮土層間剪應(yīng)力,土壓力的大小均隨墻體位移的增大而增大,呈凹曲線分布,且考慮剪應(yīng)力作用的土壓力在墻體上部較不考慮剪應(yīng)力要大,下部則要小。隨著位移、內(nèi)摩擦角、外摩擦角、地面超載的增大,剪應(yīng)力隨之增大,隨著墻背傾角的增大,在墻體上部增大,距墻底較小范圍內(nèi)減小。無(wú)論土體處于非極限主動(dòng)狀態(tài)還是非極限被動(dòng)狀態(tài),土層間剪應(yīng)力均不能忽略,且對(duì)土體均表現(xiàn)為與墻體位移相反的作用力,剪應(yīng)力的分布情況也與土壓力基本一致。并且是否考慮剪應(yīng)力作用,土壓力合力均相同,且考慮剪應(yīng)力作用的土壓力合力作用點(diǎn)位置位于庫(kù)侖解與不考慮剪應(yīng)力理論解之間。
【學(xué)位單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU432;TU476.4
【部分圖文】：

(c)堆放散粒材料的擋墻 (d)支撐建筑物周圍填土的擋墻圖 1.1 擋土墻應(yīng)用舉例Fig . 1.1 Example of retaining wall application要使擋土結(jié)構(gòu)能夠安全運(yùn)營(yíng)，就得要求墻體自身有足夠強(qiáng)度、墻基達(dá)到承載力要求、墻體能夠保持滑移穩(wěn)定、墻體不會(huì)發(fā)生傾覆、在偶然荷載作用下有一定的安全余度等硬性要求。在滿足這些條件下，能夠充分節(jié)約土地資源、節(jié)約墻體原材料、減少人力財(cái)力的投入，也是工程師們所追求的終極目標(biāo)。因而，只有準(zhǔn)確的考慮土壓力，方能達(dá)到此目標(biāo)。目前，計(jì)算土壓力的方法普遍采用的仍是庫(kù)侖土壓力理論和朗肯土壓力理論，這兩種理論最大的缺陷是沒(méi)有涉及到位移因素對(duì)土壓力的影響，得到的土壓力呈線性分布，與實(shí)測(cè)值或模型試驗(yàn)值偏差較大，得到的土壓力值要么偏危險(xiǎn)，要么不經(jīng)濟(jì)。然而，在實(shí)際工程中，擋土墻后的土體往往不會(huì)同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)。鑒于此，為了使所求得的土壓力更接近于實(shí)際情況，有必要對(duì)非極限狀態(tài)下主、被動(dòng)土壓力進(jìn)行進(jìn)一步研究。1.3 經(jīng)典土壓力理論

庫(kù)侖土壓力理論計(jì)算模型示意圖

γ為填土容重；ε為墻背傾角；φ為填土內(nèi)摩擦角；α為填土表面與水平方向的夾角；δ為墻土摩擦角；y 為距離墻頂?shù)木嚯x；H 為墻高；Kac為庫(kù)侖主動(dòng)側(cè)土壓力系數(shù)；為 Kpc為庫(kù)侖被動(dòng)側(cè)土壓力系數(shù)。由于庫(kù)侖理論假定了土壓力呈線性分布，因而，無(wú)論是主動(dòng)狀態(tài)還是被動(dòng)狀態(tài)，其合力作用點(diǎn)位置均在距墻底 H/3 處，合力方向與水平方向夾角為δ+ε。1.3.2 朗肯土壓力理論1857 年，朗肯（Rankine，W.J.M）認(rèn)為在計(jì)算黏性土壓力時(shí)，若忽略土粒間的黏聚力所得到的結(jié)果是不可靠的，因而從微觀出發(fā)，研究了黏性土土壓力的計(jì)算方法，以半無(wú)限土體中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡條件為前提，推求出了極限土應(yīng)力的理論解，即朗肯土壓力理論。由于應(yīng)力分析的局限性，朗肯理論計(jì)算土壓力必須要墻背鉛直、光滑，填土表面水平，且需達(dá)到極限平衡狀態(tài)。墻體在黏性填土自重下將到達(dá)極限位移，將會(huì)產(chǎn)生張拉裂縫，由圖 1.3 進(jìn)行應(yīng)力分析，可計(jì)算出沿?fù)跬翂v向每延米的朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為aR aR aRe yK 2c K(1.3)
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本文編號(hào)：2891974