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【6h】

绕墙底转动挡土墙非极限状态主动土压力研究

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摘要

随着经济的快速发展，各种基础设施的建设如火如荼的进行。挡土墙作为一种支护结构，也得到了广泛的应用。然而当前，在挡土墙设计时使用的朗肯和库仑土压力计算方法有很大的缺陷。
　　一是求解土压力时土体必须处于极限状态,实际上墙后土体在大多数情况下处于非极限状态，尤其是主动情况下非极限土压力比极限土压力值大，因此主动时采用极限状态土压力往往会使挡土墙结构偏于危险；二是不能考虑挡土墙的位移量及不同位移模式对土压力的影响；三是经典土压力理论中摩擦角一直被视为一个常数，然而事实上墙土间摩擦及土体内摩擦均是随着土体变形的增加逐渐发挥的；四是经典土压力理论中土压力沿墙高为线性分布，而大量试验和现场实测数据证实了土压力沿墙高为非线性分布。
　　鉴于上面所述，本文运用ANSYS有限元建立挡土墙、地基及墙后回填土体弹塑性有限元模型，用分段位移约束模拟绕墙底转动挡土墙的主动非极限状态，对墙后回填砂土位移场、塑性区、土压力系数及主动土压力的有限元计算结果进行分析，并提出了可以计算非极限状态挡土墙土压力的改进库仑土压力公式，最后将公式解与有限元解进行对比，验证了改进库仑土压力公式的合理性，并得到以下结论：
　　（1）非极限状态墙后回填砂土相对位移区近似为扇形；相对位移区范围随墙体位移比、内摩擦角、泊松比的增大而增大，随墙土摩擦角、弹性模量的增大而减小。随着墙体位移比的增大，紧邻墙背上部的土体竖直位移增大，有坍塌趋势；随着土体内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量和泊松比的增大，紧邻墙背上部的土体竖直位移逐渐减小，发生坍塌的趋势越来越不明显。
　　（2）非极限状态墙后回填砂土塑性区近似为三角形；塑性区范围随着墙体位移比、回填砂土弹性模量的增大而增大，随着回填砂土内摩擦角、墙土摩擦角、泊松比的增大而减小。
　　（3）有限元主动土压力系数，从墙顶到墙底逐渐增大，在墙踵处由于土体与地基的摩擦作用，会有所减小；其随墙体位移比、回填砂土内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量的增大而减小；随泊松比的增大而增大。
　　（4）非极限状态主动土压力呈凹曲线分布；主动土压力及合力随墙体位移比、内摩擦角、墙土摩擦角、弹性模量的增大逐渐减小，随泊松比的增大逐渐增大；合力作用点高度随着墙体位移比、内摩擦角、弹性模量的增大而减小并逐渐趋于稳定，随着墙土摩擦角的减小而减小并逐渐趋于稳定，随着泊松比的增大而减小。
　　（5）用改进库仑土压力公式计算得到非极限状态土压力分布、合力及作用点，并与有限元的结果进行对比，发现两者整体上很一致，从而验证了改进库仑土压力公式的合理性。

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