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粘性填土重力式挡墙土压力计算方法研究

作　者: 钟智勇
导　师: 杨和平
学　校: 长沙理工大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 粘性填土重力式挡墙层分法改进层分法广义库仑理论开裂深度主动土压力倾覆力矩
分类号: TU476.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

准确确定土压力是挡墙设计的关键。朗金、库仑等经典理论所得的土压应力呈线性分布结果与实际不符,对此,苏联学者卡岗首次采用水平微分薄层单元对砂性填土挡墙进行受力分析,从理论上证实墙背土压应力呈非线性分布。后来,国内一些学者对其进行改进,考虑墙、土间摩擦作用和粘着力,使之适合任意墙背倾角及填土面的粘性填土挡墙,形成了较为完备的层分法理论。但用层分法分析粘性填土挡墙土压力时仍存在两个问题:一是墙顶附近土压应力可能为负,致使该处公式推导时受力状态与计算后不一致;二是将墙顶附近土压应力为负的范围定为开裂深度,使该值偏大。针对这些问题,考虑粘性填土开裂过程对土压应力的影响,本文对层分法进行了改进,重新推导出开裂分析及土压力计算公式(改进层分法)。为验证该方法合理性,采用该开裂公式,根据墙后滑裂土楔的受力平衡(力多边形法),推得一土压力合力计算公式,仍假设土压应力呈线性分布,即提出采用改进层分法开裂公式库仑理论。编制相关程序,通过算例分析填土粘聚力、内摩擦角、墙土间粘着力、外摩擦角、填土面倾角、墙背倾角、超载对两种改进方法及现有方法(广义库仑理论、层分法、采用朗金开裂公式库仑理论)计算结果的影响,并对它们进行对比,验证了改进层分法合理性。结果表明:(1)改进层分法消除了墙顶附近土压力出现负值的现象,所得主动土压力、倾覆力矩明显较层分法大,且填土粘聚力、墙土间粘着力越大,外摩擦角、墙背倾角越小,这种差异越显著,而填土内摩擦角、填土面倾角、超载对这种差异影响相对较小;(2)两改进方法所得的主动土压力很接近或相等,所得开裂深度相等,与现有方法相比该值最小;(3)改进层分法所得倾覆力矩最大。综上可知,改进层分法理论上最合理,所得土压应力分布与实际较吻合,用它进行粘性填土挡墙设计最安全,可在工程实际中参考使用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 问题的提出  10-11
  1.2 土压力试验研究现状  11-14
  1.3 土压力计算方法研究现状  14-18
    1.3.1 极限状态法研究现状  14-17
    1.3.2 非极限状态法研究现状  17-18
  1.4 土压力有限元分析方法研究现状  18-20
  1.5 本文的主要研究工作  20-21
第二章现有粘性填土重力式挡墙土压力计算方法  21-38
  2.1 广义库仑理论  21-25
  2.2 采用朗金开裂公式库仑理论  25-28
  2.3 层分法  28-38
    2.3.1 基本假定  28
    2.3.2 土压力沿墙高分布公式及合力公式推导  28-33
    2.3.3 土压力合力  33-34
    2.3.4 破裂角公式推导  34-38
第三章改进土压力计算方法  38-46
  3.1 引言  38
  3.2 改进层分法  38-42
    3.2.1 基本假定  38-39
    3.2.2 粘性填土开裂深度推导  39-40
    3.2.3 考虑开裂影响粘性填土土压力分布公式  40-41
    3.2.4 土压力及倾覆力矩  41-42
    3.2.5 求解方法及过程  42
  3.3 采用改进层分法开裂公式库仑理论  42-46
第四章改进方法与现有方法结果对比及影响因素分析  46-75
  4.1 粘聚力的影响  46-50
  4.2 内摩擦角的影响  50-54
  4.3 粘着力的影响  54-58
  4.4 外摩擦角的影响  58-62
  4.5 填土面倾角的影响  62-66
  4.6 墙背倾角的影响  66-70
  4.7 填土面超载的影响  70-75
第五章结语与展望  75-77
  5.1 主要结论  75-76
  5.2 不足与进一步工作  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
附录1（研究生阶段发表论文及参与课题）  82-83
附录2  83-86
附录3  86-88
附录4  88-95
附录5  95-103
附录6  103-105

粘性填土重力式挡墙土压力计算方法研究

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