考虑土拱效应挡土墙主动土压力研究

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1、天津大学硕士学位论文考虑土拱效应挡土墙主动土压力研究DistributionofActiveEarthPressureofRetainingWallConsideringSoilArching一级学科：力学学科专业：工程力学作者姓名：鹿兴指导教师：张琪昌教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文中文摘要中文摘要挡土墙是土木建筑、水利水电、铁道交通等工程建设中广泛使用的一种结构物，挡土墙

3、破坏时，不仅影响工程的基础建设，而且在地震时还可能引发次生灾害，因此在挡土墙设计时需要有比较准确的土压力计算理论作为指导。以往的研究在考虑土拱效应后，对土拱的形状缺乏应力分析，而且仅局限于对直线滑裂面情况下的土压力进行求解，尤其是在地震作用下，忽略了地震系数对侧土压力系数的影响。本文以垂直、刚性挡土墙为研究对象，通过对墙后土体的应力分析，并且考虑了土拱效应，对静力状态下和地震作用下的主动土压力进行研究，其中在静力状态下分别对直线滑裂面和旋轮线滑裂面求解主动土压力。首先考虑土体的拱效应，通过对墙后土体的应力分析，得到土拱的形状，应用水平层分析法，推导

4、出挡土墙平移模式下的主动土压力分布、土压力合力以及合力作用点高度的理论公式，并在此基础上研究了土体参数对土压力结果的影响。计算结果表明：考虑土拱效应后，得到的土压力合力作用点高度小于不考虑土拱效应计算出的结果，但始终大于库伦理论计算出的结果，所以应用库伦理论设计挡土墙偏危险。然后假设墙后土体滑裂面为旋轮线，首次将土拱原理应用到旋轮线滑裂面，其方法可推广至其他曲线滑裂面，具有重要的理论意义。改进了前人应用旋轮线滑裂面计算土压力的数学模型，通过数值求解，得到了主动土压力的分布情况，并和采用直线滑裂面计算出的结果以及其他方法进行比较分析，另外也研究了土体

5、参数对滑裂面位置和土压力结果的影响。结果表明：当墙土摩擦角与土体内摩擦角比值接近1时，计算出的土压力合力大于库伦理论计算值，这在实际工程设计中值得注意。在地震情况下基于Mononobe-Okabe理论，考虑土拱效应，通过对墙后土体的应力分析推导出地震作用下的土拱形状的曲线方程，计算出在不同的地震系数下的侧土压力系数值，应用水平层分析法推导出地震主动土压力的强度、土压力合力以及合力作用点高度的计算公式，并与M-O理论和现有方法进行对比分析，并分析了各个参数对结果的影响。计算结果表明：计算出的地震土压力合力与M-O理论相同，但是呈非线性分布，地震土压力

6、的分布对水平地震系数的变化较敏感，当地震系数较大时，土压力合力作用点高度远大于M-O理论的计算值，所以若按照M-O理论设计挡土墙偏危险。本论文结果对挡土墙的设计有指导作用。关键词：挡土墙；土拱效应；主动土压力；地震主动土压力；侧土压力系数；旋轮线滑裂面I万方数据AbstractRetainingwallisthestructurewidelyusedincivilconstruction,waterconservancyandhydropower,trafficengineeringetc.construction.Retainingwall’sd

7、estruction,notonlyaffectsthefoundationofengineering,butalsomaycausesecondarydisastersintheearthquake,thusthedesignofretainingwallneedmoreaccuratecalculationofearthpressuretheoryasguidance.Thecurrentmethodsconsideringarchingeffecttocalculatetheearthpressureonretainingwallarecon

8、finedtothecalculationofearthpressureunderaplaneslipsurface,an