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土压力是土力学的重要分支,库仑(Coulomb)和朗肯(Rankine)土压力理论是求解土压力的经典理论,但面对日益复杂的施工环境和条件,传统理论表现出诸多不足。如本文讨论的不同位移模式下挡土墙的土压力问题,仅用传统理论是无法解决或是结果无法满足要求。因此,有必要根据工程实际,对挡土墙不同位移模式下土压力问题进行深一步研究。本文以不同位移模式下刚性挡土墙为研究对象,基于塑性极限分析的上、下限定理,结合特征线理论,应用不连续线解决一些实际工程中复杂边界条件下刚性挡土墙的土压力问题,并将该方法推广至求解地基的极限承载力问题。考虑墙体两种位移模式:平移(T)、绕墙底转动(RB)。地基则考虑有、无基础埋深两种情况。建立相应的计算模型,利用FORTRAN编制相关计算程序。
按照极限分析理论,结合特征线的性质,利用不连续线,构建模型计算不同位移模式下刚性挡土墙土压力。首先假定不连续线角度(在某一范围内循环),结合特征线性质和已假定的不连续线角度确定墙后土体各分区在奇点(多为不连续速度线起点,不连续荷载分界点)处的角度。为保证特征线一定经过挡土墙的底部,滑移面位置从挡墙底部向上逐渐确定,结合边界条件和分区在奇点的角度确定分区情况(刚性区和变形区大小、位置),这样就确定了一种滑动面的可能位置(不同情况下,一个不连续线角度可能对应多个滑动面,每个滑动面都应求解)。然后,根据极限分析的上、下限原理求解可动、可静土压力或地基的极限承载力值。变动不连续线的角度,重复以上过程,求得每个可能滑动面所对应的可动、可静解。最后比较各滑动面的计算结果,根据极值原理确定最终的滑动面和计算结果。本文为较准确的逼近真实滑动面,假设了滑动面为两条直线夹一段对数螺线的形式,通过程序搜索满足条件的对数螺线极点位置,从而确定滑动面位置。本文为减小可动、可静解间的差距,得到合理的近似解,创造性的采用了在一个近似滑动面下同时求解可动、可静解的方法。本文为便于编制计算程序改进了传统的对数螺线面上的反力位置的确定方法。
将本文模型结果和特征线解结果、其它近似计算模型结果比较。在挡土墙土压力方面:模型计算结果略小于特征线解结果,符合极限分析原理。滑动面位置和特征线解吻合良好,说明该简化方法可以得到较为准确的近似滑动面位置,且计算较为简单,思路概念清晰。作为计算结果的可动、可静解差距较小,这说明模型建立思路正确,达到了有效控制和减小可动、可静解之间差距的目的。同其它近似计算模型相比,本文模型在提高可静解方面效果明显,优于其它模型。沈老师提供的具有较高精度的可动解,同本文结果吻合良好,再次证明模型建立与计算思路的正确性。在地基的极限承载力方面,和其它近似计算方法或公式比较:本法有效的提高了可静解的精度,计算结果和近似公式吻合较好。对成熟的近似计算公式结果很好吻合也证明了该模型的可行性。当考虑压密土核时,计算滑动面和特征线解滑动面吻合良好,结果同已有计算公式相比具有较高计算精度。
综上所述:本模型成功的达到了减小和有效控制可动解和可静解差距的目的;能较精确的确定墙后土体在不同位移模式下或地基两侧有无超荷土体作用影响下的滑动面形状及位置;能较准确的确定刚性挡墙的土压力值和地基的极限承载力值。指出简单的利用水平不连续线将土体分为简单的朗肯主动或被动区的近似方法结果准确度不高,对主动土压力偏高,对被动土压力偏低。在分段荷载作用的挡墙转动状态下简单的假设如图4.6的计算模型也是不严密的,挡墙较高时计算结果出现较大偏差。考虑压密土核的计算模型在浅埋时具有较高精度,但其随埋深变化显著,当埋深超过一定范围(h / b>05)时结果偏于不安全。本文方法可以位其它近似方法的模型建立,为相关工程结构设计提供一定的参考。