浅谈考虑位移效应挡土墙土压力的有限元对比计算研究

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1、合肥工业大学硕士学位论文考虑位移效应挡土墙土压力的有限元对比计算研究姓名：王鉴申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：钱德玲20080201考虑位移效应挡土墙土压力的有限元对比计算研究摘要土力学计算是土力学中的一个重要课题，经典的库仑(Coulomb)土压力理论和朗肯(Rankine)土压力理论，因其计算简单和力学概念明确，在土木工程中得到广泛应用。但是经典的库仑土压力理论存在着一些明显的不足之处：一是要求刚性挡土墙为均匀平移，这与正常工作条件下挡土结构的实际位移情况不符；二是严格意义上库仑土压力理论只能求得土压力合力，土

2、压力直线分布只是一种假定，并且实测得到的土压力大多呈非线性分布；三是要求墙后土体达到极限平衡状态，求得该极限状态下的土压力，如主动土压力，而对于墙体背离填土移动的情况，实测得到的土压力通常大于主动土压力。因此，有必要根据工程实际，检验挡土墙位移模式和位移大小的土压力计算方法的准确性，这也是决定挡土结构设计合理经济的一个重要因素。本文以不同位移模式背离填土移动的刚性挡土墙为研究对象，对挡土墙上土压力随墙体位移的变化进行研究。墙体位移模式包括三种基本位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT)。通过对已有的模型试

3、验分析的结果进行归纳和分析，得到挡土墙不同位移模式下墙体背离填土移动时，墙后填土的渐进破坏机理。不同位移模式下，随墙体位移增大，墙后土体塑性区的发展不相同，这使得填土抗剪强度的发挥和墙土接触面上摩擦力的发挥均不同，而这又将决定挡土墙上土压力的大小，因此，采用有限元计算模拟填土内摩擦角和墙土接触面上摩擦角发挥与位移之间的关系，以此反映土压力随位移的发展。同时，根据不同位移模式下墙后填土渐进破坏的特点，对库仑土压力计算方法计算得出的土压力值、有限元计算得出的土压力值分别与模型实测值进行比较，发现通过有限元得出的土压力值较好的反映

4、了墙后填土土压力的实际情况，而通过库仑土压力计算方法计算得出的土压力值与实测值有不同程度的缺陷。采用考虑墙体位移模式和位移量的有限元计算方法能较好地反映挡土墙实际工作条件下的位移情况，并且能计算任意墙体位移下挡土墙上的土压力，避免了采用库仑主动土压力理论计算得到土压力偏小而使设计安全度降低的缺点。因此，采用有限元计算方法计算挡土墙墙后土压力能使挡土墙设计更安全合理。关键词：有限元；土压力；墙体位移模式；刚性挡土墙；渐进破坏机理ComparisonandAnalysisofEarthPressureAgainstRigidWa

5、ll·UnderConsiderationofDisplacementEffectsAbstract，nledeterminationofthemagnitudeanddistributionofearthpressureagainstrigidretainingwallisimportantinthedesignofcivilengineering．ClassicalearthpressuretheoriessuchasCoulombandRankineearthpressuretheoryhavebeenwidelyus

6、edtodesigntheretainingstructures，becausetheyaresimpleandCanreflectthemechanicalconceptsclearly．Buttheclassicaltheoriesareonlyvalidforthebackfilloftranslationwallarrivesthelimitingcondition，andassumedtheearthpressuredistributiontobehydrostatic．Buttheretainingstructu

7、resinserviceusuallyacceptsomerestrainsandmaysubjecttomovedifferentfromtranslation．Themeasuredearthpressuresonretainingwallaremostlynon．1inear．So，it’Snecessarytocertificationtheaccuracyofmethodforevaluatingearthpressureconsideringthemodeandthemagnitudeofwallmovement

8、，andit。Simportanttodecidetherationalityandeconomyoftheretainingwalldesign．Thestudyobjectionofthethesisistherigidretainingwallwhosebackisverticala