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1、考虑土拱效应的挡土墙非极限状态被动土压力研究第一章绪论1.1引言水利工程中很多问题的解决和土压力有关,比如水利、港湾工程中的码头以及基坑工程中的围护结构等。相应地,关于挡墙土压力理论的研究也随着挡土墙在实际工程中日益频繁的应用而受到重视。其中，经典的库仑和朗肯土压力理论,因计算简单和力学概念明确,在实践中得到了广泛的应用。但是,随着工程技术、计算机性能的大步发展,人们认识水平的不断提高,这些古老理论的不足之处也同时被越来越多的发现,等待解决。大量的研究表明挡土墙位移模式和大小的不同对挡土墙上土压力分布有很大的影响,而朗肯土压力理论和库仑土压力理论
2、计算方法都没能考虑墙体位移模式和位移大小对计算结果的影响,两者计算的主动土压力和被动土压力都是极限状态下的,也就是挡土墙位移量达到一定数值时才会发生(如表1-1所示)。实际工程中,在计算设计一些重要工程时受到容许位移量的限制,土体变形被控制在很小的范围之内,挡土墙侧向位移量非常小,此时挡土墙所受到的土压力应处于静止土压力和极限土压力之间,即非极限状态。在验算挡土墙的位移及稳定性时,如果被动区土体仍按极限被动土压力进行计算,则有些浪费;而按静止土压力计算,则偏于不安全。此外,采用经典土压力理论计算挡土墙土压力,很多情况下对挡土墙的抗倾覆是偏于不安全
3、的。从二十世纪五十年代起,现代科技成就尤其是电子技术渗入到土力学的研究领域,实现了实验测试和计算的自动化、现代化。随着电子计算机的迅速发展和数值分析法的广泛应用,使土力学的理论和挡土墙的土压力计算取得了令人瞩目的成就。.1.2挡土墙土压力理论和计算方法的研究现状为了深入研究土压力问题,国内外学者进行了大量的试验分析,从太沙基的大型模型试验开始,至今通过土压力的试验研究历史已有近80年了。从试验的类型而言,有离心机试验、现场原型测试、模型试验等等。土力学之父太沙基最早对经典土力学提出质疑,太沙基[1~3]等〔1932,1934,1936)通过大规模
4、的模型试验得知了极限状态和挡土结构变形之间的关系,发现了只有土体水平位移达到一定程度,在土体产生剪切破坏状态时,Rankine土压力值和Coulomb土压力值才是正确的。卡岗(1959)以4.2米为高度的谷仓进行了平动模式下的侧压力测试,结果表明侧压力中心在0.37-0.43H,最大侧压力值距墙底为1/3墙高,在墙底侧压力为0,侧压力分布呈曲线,侧压力合力比库仑解小（5-20）%。Rodash;极限状态土压力。结论1.挡土墙向土体方向发生一定水平位移，土体处于非极限状态时，墙后回填土体出现相对位移区，该区形状为倒梯形。相对位移区范围大小受到墙体位
5、移、回填土体内摩擦角及回填土体弹性模量等因素的影响。墙体位移增大，相对位移区范围增大，墙体位移接近被动极限状态时，相对位移区趋于稳定；回填土体内摩擦角增大，相对位移区范围减小；回填土体弹性模量增大，相对位移区范围增大。2.挡土墙后非极限状态被动土压力受到墙体位移值、回填土体内摩擦角等影响。在墙顶处被动土压力始终为零，墙体位移和回填土体内摩擦角增大，被动土压力增大，在墙底增大较快，被动土压力合力增大，合力作用点降低。3.非极限被动状态下，挡土墙向土体方向发生一定水平位移，导致土体内产生剪切变形，引起主应力变向。大主应力的偏转对被动土压力大小，分布，
6、作用点高皆有影响，这种连锁反应即土拱效应。分析了小被动和大被动状态，研究非极限大被动状态中大主应力轨迹线土拱曲线。墙体位移增大，土拱曲线曲率增大，曲线越弯曲；填土内摩擦角增大，土拱曲线曲率减小，曲线越平缓。4.利用非极限状态下的土拱曲线，可以分析得到挡土墙非极限状态的被动土压力系数。结合水平层分析法，解析得到非极限状态的挡土墙被动土压力分布、合力大小及其作用点的计算公式，通过和模拟数据的比较，公式基本可靠。............
