基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土压力分布研究

《基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土压力分布研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土压力分布研究摘要：挡土墙主动土压力的计算，虽有两大古典土压力理论公式，但是其缺陷与适用性范围也非常明显。文章以挡土墙为依托，使用非线性有限元数值模拟方法，对两大古典土压力理论及相关研究理论进行探讨，比较一般工况下主动土压力的计算方法，试图找出优化解答，从而更好的指导工程实践，供同行参考。　　关键词：地基承载力；主动土压力；非线性有限元　　：TU476：A：1006-8937（2013）05-00125-03　　挡土墙土压力分布是土力学的三大经典课题之一，工程上常采用经典的朗肯土压力和库仑土压力理论计算土压力，以上两种理论以土体极限平衡理论为

2、基础，计算简单，力学概念明确，理解较容易，受到工程技术人员的普遍欢迎。　　但是，在诸如填土为粘性土或表面存在不均匀荷载，填土边界形状不连续，墙面与土体之间摩擦力作用影响较大等复杂应力边界条件，经典朗肯、库仑理论遇到了极大的挑战。这是因为此二理论的假设，未能充分考虑到土体材料特性以及复杂情况下的应力边界条件。然而，土压力的大小与分布，受土体特性参数及应力边界等影响较大。因此，两大经典土压力理论未能给出符合实际的土压力。行业规范为方便工程应用，基于上述经典理论，并总结工程经验，给出了规范计算公式。即便如此，迄今为止，研究挡土墙在复杂材料特性和应力边界条件下的土压力分布规律，确定

3、符合实际情况下的极限土压力的解析解，一直是土力学理论中亟待解决的问题之一。　　许多专家学者及工程技术人员对此问题进行了探索研究，包括模型试验和现场试验等。然而，由于本问题的复杂性，其中大多数研究也只是局限于某些特定情况的土压力，而对于一般情况下的土压力统一解析解仍未能获得公认的解答。　　值得注意的是，彭明祥（2009）基于极限平衡理论，视墙后填土为服从莫尔-库仑屈服准则的理想弹塑性材料，建立较为完善的滑楔分析模型，求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙主动土压力、滑裂面土反力以及其分布，给出土压力的库仑统一解，而经典库仑和朗肯主动土压力为其特例，其主动土压力表达式结论可摘

4、要：挡土墙主动土压力的计算，虽有两大古典土压力理论公式，但是其缺陷与适用性范围也非常明显。文章以挡土墙为依托，使用非线性有限元数值模拟方法，对两大古典土压力理论及相关研究理论进行探讨，比较一般工况下主动土压力的计算方法，试图找出优化解答，从而更好的指导工程实践，供同行参考。　　关键词：地基承载力；主动土压力；非线性有限元　　：TU476：A：1006-8937（2013）05-00125-03　　挡土墙土压力分布是土力学的三大经典课题之一，工程上常采用经典的朗肯土压力和库仑土压力理论计算土压力，以上两种理论以土体极限平衡理论为基础，计算简单，力学概念明确，理解较容易，受到工

5、程技术人员的普遍欢迎。　　但是，在诸如填土为粘性土或表面存在不均匀荷载，填土边界形状不连续，墙面与土体之间摩擦力作用影响较大等复杂应力边界条件，经典朗肯、库仑理论遇到了极大的挑战。这是因为此二理论的假设，未能充分考虑到土体材料特性以及复杂情况下的应力边界条件。然而，土压力的大小与分布，受土体特性参数及应力边界等影响较大。因此，两大经典土压力理论未能给出符合实际的土压力。行业规范为方便工程应用，基于上述经典理论，并总结工程经验，给出了规范计算公式。即便如此，迄今为止，研究挡土墙在复杂材料特性和应力边界条件下的土压力分布规律，确定符合实际情况下的极限土压力的解析解，一直是土力学

6、理论中亟待解决的问题之一。　　许多专家学者及工程技术人员对此问题进行了探索研究，包括模型试验和现场试验等。然而，由于本问题的复杂性，其中大多数研究也只是局限于某些特定情况的土压力，而对于一般情况下的土压力统一解析解仍未能获得公认的解答。　　值得注意的是，彭明祥（2009）基于极限平衡理论，视墙后填土为服从莫尔-库仑屈服准则的理想弹塑性材料，建立较为完善的滑楔分析模型，求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙主动土压力、滑裂面土反力以及其分布，给出土压力的库仑统一解，而经典库仑和朗肯主动土压力为其特例，其主动土压力表达式结论可型右侧为半无限空间，且挡土墙为条形，类似条形基础，

7、故而本文所建立的挡土墙后主动土压力分布研究问题属于平面应变问题，因此建立二维模型，在进行X格划分时使用PLANE42平板单元。具体划分如图1（b）所示。土体与挡墙结构之间采用接触单元（ContactPair）来模拟二者的接触如图1（c）所示。　　1.2模型边界与加载条件　　结合实际工况，在模型右侧边界有限元X格节点处加横向约束，即x=0，允许其竖向沉降；而在模型底部则加竖向约束，即y=0，只允许其横向变形。　　挡墙模型荷载施加采用有限元增量加载法。模型外力荷载为水平荷载，施加在挡墙结构侧边单元结点上，采用多荷载子步