对河岸重力式挡土墙土压力分布的adina分析

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1、万方数据岩士工程界第11卷第1期河岸重力式挡土墙土压力分布的ADINA分析武霖张发明邓成发(河海大学地质及岩土工程系)摘要挡土墙的作用是防止墙后土体坍塌下滑。挡土墙设计中需要考虑的主要荷载是作用在其上的土压力，并确定土压力的大小和分布。本文以工程中常见的河岸重力式挡土墙为对象，计算挡土墙在软土逐步填埋过程中对墙面产生的土压力分布。关键词挡土墙ADINA莫尔一库仑材料模型单元生死土压力分布在建筑工程中，遇到在土坡上、下修筑建筑物时，为了防止土坡发生滑坡和坍塌，需用各种类型的挡土结构物加以支档，挡土墙是最常用的支护结构。由于挡土墙和地基的材料与填土材料有很大差异，所以填土

2、填埋以后会对挡土墙产生一定土压力并发生竖直方向的位移。近年来，发展迅速的有限单元法不仅可以考虑土体应力应变的非线性特征，而且可以考虑不同时刻土压力的分布和初始地应力对位移的影响。本文基于莫尔一库仑材料模型，用有限单元法对填土的土压力分布进行分析并且把土压力之与郎肯土压力的计算结果进行对比。⋯l弹塑性模型KJ弹塑性模型把总的变形分成弹性变形和塑性变形两部分，莫尔一库仑材料模型就是其中的一类模型。在挡土墙结构中，填土属于莫尔一库仑材料，莫尔一库仑材料模型基于非关联的流动法则和纯塑性莫尔一库仑屈服条件，非关联的流动法则就是认为屈服面与塑性势面不一致，莫尔一库仑屈服准则通过下

3、式给出：‰c=‘Ilsimp+寺(3(1。sin妒)sin“(1)+√§(3+sin9)COS‘0)~／‘厶一3C相应的势函数写成：‘趾2‘，lsin砂+寺(3一(卜sin砂)sln'0㈨+彬(3+sinO)C08‘0)^／'J23C热‘0=-c01s-1(学参)9是摩擦角(材料常数)，C是内聚力(材料常(收稿日期]2007—5—29数)，缈是扩展角(材料常数)，‘，。是t时刻的第一应变不变量，‘以是t时刻的第二偏应力不变量，‘以是t时刻的第三偏应力不变量。2计算模型的建立根据有限单元法，基于莫尔一库仑材料模型对挡土墙上填土的土压力分布、地基的位移变形进行模拟研究。(

4、1)模型参数：本文以工程中常用的重力式挡土墙为对象，考虑一个河岸挡土墙(图1)的土压力分布特征，如图中混凝土挡土墙，墙背竖直，墙后填土表面水平，土层的物理参数如表1所示。表1各土层物理参数表}_卜———三L——一图1挡土墙的CAD尺寸图35万方数据GEOTECHNICALENGINEERiNGWORLDVOL．11No．1●⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘(2)计算模型：用ADINA对挡土墙的土压力分析的过程就是分析挡土墙在软土逐步填埋过程中对墙面产生的土压力分布。挡土墙和地基在填土之前已经存在，填土前，首先要对挡土墙和地

5、基的模型进行网格划分(图2)。图2计算模型网格划分图填土的过程分为10层，每层填土都采用单元生死定义。由于填土的一层层叠加是在模型中加人材料的过程，在这个过程中模型的相应单元就产生了，单元生死就是用于在这种情况下激活所选择的单元的方法。在填土填埋的过程中会发生位移，而且可以看到每一层填土施加到地基上时的土压力分布情况。(3)接触条件：由于挡土墙和地基为弹性材料，而填土为莫尔库仑材料，这两种性质相差很远的材料在一定的受力条件下，他们的接触面极其容易产生错动滑移或开裂，所以需要定义一个面与面的接触组。这个接触组由11个接触面组成，其中第11个面与其他10个面组成10个接触

6、对。古德曼(Goodman)等人提出一种接触面单元【2j，其切向剪切刚度为：K瑙y。阿‘【1一雨R,vc](3)式中，K。、，t。、R，、6、c都为试验参数。(4)边界条件：由于此挡土墙结构不施加外荷载，所以只在挡土墙和地基左右两侧边界以及填土的右端面施加y向位移约束，在地基底部施加z向位移约束。3计算结果分析(1)位移分析：当10层填土全部填埋以后，结构的y向和z向位移分布如图3、4所示。图3为10层填土全部填埋后结构的y向位移云图，从图336种能够清楚直观地看到填土区内绿色的部分，就表明了位移的大小。从图5中可看出，z向位移的最大值为0．08590m，也就是85．

7、9mm。这对于30m高的土体来说，位移基本上是平衡的，也就是说填土对整个挡土墙结构的位移影响可以忽略。并且，随着软土的逐层填埋，结构的z向位移随着时间的增长呈上升趋势(表1)。图3填土填埋后Y向位移云图图4填土填埋后Z向位移云图／，／。—。，—／-——+——一时间图5时间与位移的曲线关系图(2)土压力分析：随着填土的增加，填土对挡土墙的土压力逐渐增加，在不同时刻土压力有不同的分布状况。图6为一半填土填埋后的土压力分布状况，图中右上角部分即为填土区域。图7为全部填土填埋后的土压力分布状况，在填土与挡土墙的接触面上可以看到每层填土填埋后压力的增加情况，9