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水利工程论文-垂直墙背挡土墙土压力分布研究.doc

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水利工程论文-垂直墙背挡土墙土压力分布研究.doc

水利工程论文-垂直墙背挡土墙土压力分布研究摘要:在填土水平且无粘性条件下,分析垂直墙背挡土墙的主、被动土压力分布。通过研究极限状态土体内主应力拱的应力,得到挡土墙的土压力系数。取滑动土楔内水平薄层土体单元进行分析,推求挡土墙土压力的分布及合力的计算公式,并用试验结果验证。研究表明,本文所得土压力合力与库仑解相等,但土压力分布并非直线,主动土压力的合力作用点高度大于三分之一墙高,而被动土压力的合力作用点高度小于三分之一墙高。关键词:挡土墙土压力主应力拱在经典土压力理论中,认为土压力呈线性分布,而工程实测结果和模型试验表明,土压力是曲线分布[1,2]。本文引用主应力拱的概念,利用水平层分析法,对垂直墙背挡土墙后填土水平且无粘性条件下的土压力分布进行研。1主应力拱及侧向土压力系数1.1挡土墙模型为分析方便,取如图1所示的挡土墙模型,假定:①ab、cd是二刚性平行墙背,相距B,墙面粗糙;②两墙之间填土水平且无粘性;③在外力作用下,两墙产生相向(背)运动,土体达到被(主)动极限状态。1.2大主应力拱应力和理论被动土压力系数在挡土墙模型中,因问题的对称性,两墙中点E的大主应力σ1为水平,而靠近边墙的A、C点,因边壁摩擦影响,大主应力发生偏斜并与墙面形成θ=45时,σav/σ3=1.00~1.24。则实用的被动土压力系数为(8)垂直墙背挡土墙后的土体到达被动极限状态时,忽略墙背对土体的影响,土体内破裂面上各点的应力状态与图1中E点的应力状态相同,三角形滑动土楔内的大主应力拱近似为上述曲线之半,挡土墙被动土压力系数可由式(8)计算。表1不同内摩擦角时的拱形参数内摩擦角φ/o拱形参数a0102030401.1351.3111.5321.8202.218(a)拱曲线(b)被动状态时拱内应力比值曲线图3拱曲线及应力比值曲线1.4小主应力拱及主动土压力系数由分析可知,土体模型中的二平行墙产生向背运动,并使土体达到主动极限状态时,小主应力迹线形成的小主应力拱与大主应力拱有完全一样的形状,此时,两平行墙给土体的剪应力向上,图2中的大主应力拱变成了小主应力拱,莫尔应力圆中的σh和σv互换,拱内应力及其关系为(9)(10)(11)(12)理论主动土压力系数为(13)式中:Ka为朗金主动土压力系数;θ为小主应力与铅垂直的夹角;其余符号意义同前。Ka1和Kp1互为倒数。实用主动土压力系数为(14)2土

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