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作者：

柯才桐

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摘要：

挡土墙作为一种在土木建筑,水利水电,铁道交通等工程中常用的支护结构,能够加固或拦挡不良地质体,有效控制墙前,后结构物的变形与破坏.如何准确计算墙后的土压力合力及其作用点位置,土压力分布是挡墙能否发挥其作用的关键,这涉及到当前土力学和岩土工程领域中的一个基本课题:土压力计算理论.基于极限平衡理论发展而来的经典朗肯和库仑土压力理论因其力学原理明确,计算过程简便,至今仍作为工程中支护结构设计的理论基础.然而,大量工程实践和研究表明:经典土压力理论不仅适用范围相对有限,公式计算结果也未能完全反映挡土墙的实际受力状态,而理论本身也存在诸多争议. 在适用范围方面,朗肯理论只适用于墙背竖直光滑,墙后填土表面水平的情况;而库仑理论则要求填土为理想散粒体,即只适用于非黏性土.但实际工程中挡墙墙背并非直立光滑,墙后填土往往为黏性土,当墙体与黏性填土发生相对位移时,墙背与填土间不仅作用有摩擦力,同时还存在一定的黏着力,这一现象已为一些工程抗拔桩试验所证实. 在理论的计算结果方面,经典土压力理论认为土压力呈线性分布,合力作用点位置距墙底1/3倍墙高处.但工程实测,室内模型试验及数值分析的结果表明:极限状态下朗肯和库仑得到主动土压力合力误差相对较小,但土压力分布为非线性,合力作用点位置高于1/3倍墙高处,而经典土压力理论的分析结果仅在特定情况下才能满足. 在理论本身的不足方面,(1)库仑理论忽略了土体反力的分布情况,仅考虑了滑动楔体的水平与竖向受力平衡,而未能考虑滑动楔体的力矩平衡,但这是获得土压力合力作用点位置解析解的力学前提;(2)朗肯理论忽略了墙背与填土间存在摩擦剪应力,但由摩擦剪应力引起的土拱效应将对土压力分布及合力作用点位置产生重要影响;(3)经典土压力理论仅针对平移模式挡墙提出,而实际工程中,挡土墙受到各种条件约束下,墙体可能发生各种不同变位模式,土体抗剪强度的发挥沿墙高将分布不均;(4)经典土压力理论仅适用于计算极限状态下的土压力,但受到所支护对象的限制,能够使得墙后填土到达极限平衡状态的墙体位移量通常不会发生,土压力将介于主动土压力与被动土压力之间,即非极限状态土压力.因此挡墙的变位模式,墙体的运动位移大小,土拱效应影响等这些因素都必将对土压力产生重要影响. 本文在分析总结了前人研究成果的基础上,对库仑理论的反力分布及土压力合力作用点位置,广义库仑土压力,黏性或非黏性填上条件下'考虑挡墙变位模式及位移影响的非极限土压力等方面的计算理论进行深入研究,并结合已有的现场和室内试验研究成果对所提理论进行对比分析验证.

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关键词：

挡土墙 土压力 合力作用点 黏聚力 条形荷载 非极限状态 变位模式 土拱效应

学位级别：

硕士

学位年度：

2014