挡墙土压力及其分布影响因素的研究_郦能惠
考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分布1课件
参考类似工程实践的经验数据，对 模型参数进行校准和优化。
数值模拟分析
数值模拟方法
采用有限元分析或离散元分析等 方法，对考虑土拱效应的挡土墙 主动土压力分布进行数值模拟。
模拟结果分析
通过分析模拟结果，了解主动土 压力在挡土墙上的分布规律，以 及不同参数变化对主动土压力分
布的影响。
工程应用
将数值模拟分析结果应用于实际 工程中，优化挡土墙的设计和施 工方案，提高工程的安全性和经
填土的性质
填土的性质对土拱效应的影响也较大， 不同密实度、颗粒组成和含水率的填 土会导致不同的压力分布特性。
03 挡土墙主动土压力分布理 论
主动土压力定义
主动土压力
指墙后填土达到极限平衡状态， 沿墙背产生的压力。
极限平衡状态
指墙后填土达到临界状态，此时 填土将发生滑移或流动，但保持 稳定。
主动土压力分布规律
考虑土拱效应的挡土墙主动土压力 分布1课件
目录
• 引言 • 土拱效应基本理论 • 挡土墙主动土压力分布理论 • 考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分析 • 挡土墙设计优化建议 • 结论与展望
01 引言
研究背景
挡土墙是土木工程中常见的结构形式，用于防止土体滑坡、崩塌等灾害，保障工程 安全。
主动土压力是挡土墙所承受的主要荷载之一，其分布规律是挡土墙设计的关键因素。
土的抗压、抗拉和抗剪切性能，增强挡土墙的耐久性和稳定性。
03
加强材料检测
对所选材料进行质量检测，确保其符合相关标准和设计要求，避免因材
料质量问题导致挡土墙出现安全隐患。
挡土墙施工工艺优化
改进施工方法
根据实际情况，采用适当的施工方法和技术，如预制拼装、逆作 法等，以提高施工效率和质量。
挡土墙主动土压力分布研究
土墙 土压力强度 的分布形式 、主动土压力 系数 、 合 力作用点 及其影 响 因素仍 是 当前研 究 的重点 课题 。
ｚ
事实上 ，挡墙土压力分布不仅仅受墙 背填土 ｆ Ｊ ｐｄ ＋ｐ 性质 、 挡墙形状 、 墙体位移 、 破裂 面形态等因素影 响 ，而 且 挡 墙 墙 后 填 土 工 况 也 是 一 个 重要 因 素 。 Ｂ 例 如 ， 砌 片 石 的 重 力 式 挡 墙 施 工 时 ， 往 先 将 浆 往 图 １ 挡 土墙分 析模型 示意 图 墙后老土挖 去一楔 体 ， 待挡墙 砌筑 完毕后 ， 回 再 填砂 土或 性 质 较 好 的 粘性 土 。由于 墙 后 回填 砂 土 １１ 第 一 种工 况 ： 后 无 开挖 回填 ． 墙 未 完 成 自重 固结 ， 缩 性 较 大 ， 致 回填 土 与 原 压 导 在基坑工程 中， 泥土搅拌桩 、 水 地下连续墙等 状 土 在 开 挖 面 上 的 质 点 速 度 、位 移 不 能 保 持 一 围护挡墙施工时无需先开挖后回填 ， 墙后土体都为 致， 必然影 响土体水 平应 力传 递 的连续性 ， 这种 连续介质 ， 这与公路中浆砌片石的重力式挡墙先开 情况下滑动楔 体的滑裂面往往 就为开挖面 ； 而在 挖 后 回填 有所 区别 。图 １ 的滑裂 面Ｂ 为假 想 滑裂 中 Ｃ 基 坑 工 程 中 ， 泥 土 搅 拌 桩 、 下 连 续 墙 等 桩 墙 面 ， 水 地 滑动锲体Ａ Ｃ Ｂ 与原状土体 ｃ 面下半部分土体） 围护 结 构 则 与 上 述 工 况 截 然 不 同 ， 后 土 体 一 般 在滑裂面上质点的速度 、 墙 位移保持一致 ， 土体水平 无开挖 回填 ， 可看作地表 水平 的半空 间。 由此可 应力 的传递保持连续性 。 因此 ， 微元体上下边界压 见 ， 挡 墙 土 压 力 分 析 时 ， 必 要 区分 开 上 述 两 力Ｐ ＋ 对 有 和ｐ 咖可直接用ｇ 和ｇ ＋ 代替 。 ＋ ＋ 种 不 同工 况 ： １墙 后 无 开 挖 回 填 ； ２ 墙 后 有 开 （） （） 单元 体 水平 力 ∑Ｆ ＝ ：Ｐ ・ ＋ ｘＤ ｓ０ ｉ一 ｎ
南京水利科学研究院岩土工程研究所度科研项目
南京水利科学研究院
中型离心机数据图像采集系统（）应用研究
顾行文
南京水利科学研究院
高混凝土面板堆石坝地震破坏机理及极限抗震能力研究
方绪顺 霍家平
南京水利科学研究院
句容二圣桥、墓东、句容水库除险加固防渗墙工程雷达检测
周荣官
江苏省水利建设工程质量检测站
盱眙县桂五、龙王山水库除险加固防渗墙工程雷达检测
河海大学
阿曼马斯喀特污水收集工程.中心泵
站区质量检测试验
黄惠芳
中国水电建设集团阿曼项目部
羊曲水电站砼面板堆石坝填筑料动力试验
傅华 凌华
中国水电顾问集团西北勘测设计研究院
江苏项目接收站配套码头及栈桥工程
钢管桩试桩试验
李景林 施健
中国石油天然气股份有限公司江苏省
液化天然气项目经理部
沙河水库西副坝塑性砼防渗墙质量检测
南京水利科学研究院岩土工程研究所年度科研项目
项目名称
负责人
委托方
湖北恩施罗坡坝水电站工程蓄水安全鉴定
陈生水 霍家平
湖北省恩施市开发电力有限责任公司
梨园水电站面板堆石坝坝料动力特性试验与三维有限
元静动力分析
李国英
中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院
扬东河电站砼面板堆石坝剖面优化及静力分析研究
李国英
利川扬东河水电开发有限公司
熊国文
温洲市泽雅水库管理站
滁河防洪治理工程土工试验
王芳
长江岩土工程总公司
安徽奇瑞公司多用途码头一期工程地质勘察土工试验
王芳
长江岩土工程总公司
大坝渗流监测系统研制
熊国文
浙江广川工程咨询有限公司
粱辉水库蜀山大闸原观资料分析
周荣官
关于挡土墙主动土压力计算问题
1 3
+
ΑtbK - 1 3 (ΑtbK + 1)
H
3q+ btbΧ∋ 2q+ btbΧ∋
(20)
如果地面超载 q= 0, 土压力合力作用点高度变为
H = p tb
1 3
+
ΑtbK - 1 3 (ΑtbK + 1)
H
(21)
图 3 给出了墙体绕地基转动变位模式下, 对于
不同的外摩擦角 ∆, 土压力合力作用高度随土体内
采用库仑土压力理论挡土墙的主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生的假设建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程并求得精确解分别给出了墙体水平变位墙体绕地基转动墙体绕墙顶转动三种变位模式下土压力强度土压力舍力和土压力舍力作用点的理论公式并与库仑土压力公式和有关实验结果进行了比较分析
·22·
(23)
由竖向力平衡条件可得以下方程:
dp y dy
=
Χ+
H
1 -
y [py-
r-
(Σ1+ Σ2) tanΗ]
(24)
在极限条件下, 假设作用于土层间的水平剪切
力 Σ为土层间的摩擦力, 可由下式表示:
Σ= p y tanΥ′
py=
q-
btbΧ∋ ΑtbK - 2
H- y H
ΑtbK - 1
+
btbΧ∋ H ΑtbK - 2 H
y
(14) 由 p x = Kp y , 得作用于挡土墙上的水平土压力为:
p x tb=
K
q-
btbΧ∋ Αtb∗ 22
H- y H
3. 3 土压力合力
ΑtbK - 1
挡土墙上主动土压力的一般计算法
挡土墙上主动土压力的一般计算法
伍荣官
【期刊名称】《港工技术与管理》
【年(卷),期】2004(000)002
【摘要】目前,挡土墙上主动土压力的计算方法是建立在库伦的极限平衡理论基础上的,为简化计算,并采用破裂面为平面的假定.根据库伦的这一理论,很多学者提出了简化计算的方法,如楔体试算法、雷明汉作图法、应力圆法和摩擦圆法等.但是对于复杂的挡土墙墙背形状、复杂的地面轮廓、多种的地面活载以及成层土等情况,现有的方法进行计算还是有困难的;对于破裂面为平面的假定,计算结果与实际情况和试验结果并不相符.为此,本文在极限平衡理论的基础上提出了适用于各种情况的图解-数解试算法,这一方法的破裂面可以采用平面的假定,也可以采用圆弧形的假定,如果读者愿意,还可以采用其它曲面的假定,不过计算工作量将急剧增加.
【总页数】5页(P31-34,47)
【作者】伍荣官
【作者单位】三航局本部
【正文语种】中文
【中图分类】U6
【相关文献】
1.重力式挡土墙主动土压力平面与空间算法的对比分析 [J], 贾涛
2.考虑回填黏土抗拉强度截断及渗流效应的路基挡土墙主动土压力计算 [J], 傅鹤
林;王成洋;李寰
3.考虑Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力 [J], 孙望成;张道兵;蒋瑾;蔚彪;尹华东
4.考虑Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力 [J], 孙望成;张道兵;蒋瑾;蔚彪;尹华东
5.挡土墙主动土压力的逐层计算法 [J], 章瑞文;徐日庆;郭印
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《挡土墙上的土压力 》课件
土压力的计算
1 应力原理
土压力的计算基于土体的应力分布原理，考虑土体的力学性质和挡土墙的几何形状。
2 克尔森公式
克尔森公式是一种常用的计算土压力的公式，结合土体参数和挡土墙几何形状。
3 土压力系数
土压力系数是用于简化土压力计算的参数，根据土体类型和墙体形状进行选择。
挡土墙的设计
挡土墙的类型
挡土墙可以根据材料和结构形 式的不同分为多种类型，如重 力式挡土墙、悬臂式挡土墙等。
结语
总结
挡土墙上的土压力是挡土墙工程设计中需要重点考虑的因素，通过合理的计算和设计，可以 确保工程的安全和可靠性。
展望未来
随着科技的进步和工程需求的变化，挡土墙设计领域仍有许多创新和发展的机会。
墙体结构的设计
挡土墙的墙体结构设计需考虑 力学性能、稳定性和使用寿命 等因素，确保工程安全可靠。
挡土墙的基础设计
挡土墙的基础设计是保证挡土 墙稳定性的关键，需考虑基础 类型和土体力学参数。源自挡土墙的稳定性分析1
滑动稳定性分析
滑动稳定性分析考虑挡土墙的平面内滑动，以确保墙体不会产生水平位移。
2
翻倒稳定性分析
挡土墙上的土压力
土压力是指挡土墙所承受的来自土体的压力，本课件将介绍挡土墙的基本概 念、计算方法、设计原则、稳定性分析以及加固方法。让我们一起探索挡土 墙工程中土压力所扮演的重要角色。
简介
什么是挡土墙
挡土墙是一种结构，用于抵抗土体的侧向压力，常用于土地开发和道路建设等工程中。
土压力的概念
土压力是指土体对挡土墙施加的垂直于墙面方向的力，是挡土墙设计中的关键参数。
翻倒稳定性分析考虑挡土墙的翻倒问题，以确保墙体不会倒塌。
3
坍塌稳定性分析
土压力与挡土墙
土压力与挡土墙在我们的日常生活和工程建设中，土压力与挡土墙是两个常常被提及但又不太为大众所熟知的概念。
土压力，简单来说，就是土体作用在挡土结构上的力；而挡土墙，则是为了抵挡土压力、防止土体坍塌而建造的构筑物。
这两者之间有着密切的关系，相互影响，共同保障着工程的稳定和安全。
想象一下，在一个斜坡上，如果没有任何阻挡，土体很可能会因为自身的重力和外界的因素而下滑。
这时，为了保持土体的稳定，我们就需要建造一堵挡土墙。
当土墙建成后，土体就会对它施加压力，这就是土压力。
土压力的大小和方向受到多种因素的影响。
首先是土体的性质，比如土的类型（是砂土、黏土还是壤土）、土的密度、含水量等。
砂土相对松散，产生的土压力可能会较小；而黏土由于黏性较大，其土压力的情况就会较为复杂。
其次，挡土墙的形状和高度也起着关键作用。
常见的挡土墙形状有直立式、倾斜式等。
一般来说，挡土墙越高，所受到的土压力也就越大。
此外，土体的倾斜角度、地面的荷载以及地下水的情况等，都会对土压力产生影响。
为了更准确地计算土压力，工程师们运用了各种理论和方法。
其中，比较常见的有库仑土压力理论和朗肯土压力理论。
库仑土压力理论基于滑动楔体的静力平衡条件，适用于各种形状的挡土墙和填土表面。
朗肯土压力理论则是从土体中的应力状态出发，对于墙背垂直、光滑，填土表面水平的情况计算较为简便。
了解了土压力，再来看看挡土墙。
挡土墙的类型多种多样，按照结构形式可以分为重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙等。
重力式挡土墙主要依靠自身的重量来抵抗土压力，通常由块石或混凝土砌筑而成，结构简单，施工方便，但需要较大的体积和重量。
悬臂式挡土墙则由立壁和底板组成，依靠墙身的悬臂部分和底板上的填土重量来维持稳定。
扶壁式挡土墙是在悬臂式挡土墙的基础上，增设了扶壁，以增强其稳定性，适用于更高的挡土要求。
在实际工程中，选择合适的挡土墙类型至关重要。
这需要综合考虑工程的地质条件、土压力的大小和方向、工程造价以及施工条件等因素。
垂直墙背挡土墙土压力分布研究
垂直墙背挡土墙土压力分布研究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0=45° +4>/2的夹角[3],这就使两墙之间的大主应力迹线成为一条对称的下凸曲线，称为大主应力拱，如图2所示，其中0为土体的内摩擦角。
大主应力拱上E点和A、C点的应力状态可用莫尔应力圆表示。
根据图1,由A点微分单元水平力及垂直力的平衡条件可得(2)将式⑴两端同除以小主应力。
3,并认为土体处于朗金被动状态，即al/a3等于朗金被动土压力系数Kp,式(1)变为⑶由图2可知：oh=a 1+a 3-0 v,将其代入式(3),得式(3)除以式(4),得到理论被动土压力系数(5)式中：oh、ov、T分别为A点的水平应力、垂直应力和剪应力。
试论述影响土压力的有关因素及其作用规律
试论述影响土压力的有关因素及其作用规律要讨论影响土压力的有关因素及其作用规律就要先了解什么是土压力，土压力的种类有哪些，如何正确计算土压力的大小等。
在《岩土支挡与锚固工程》之前，我们已在《土力学》中学到了很多关于土压力的知识。
下面我们就简要讨论一下土压力的相关知识。
土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙壁产生的侧压力。
根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可以分为静止土压力，主动土压力和被动土压力。
主动土压力最小，被动土压力最大。
当挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力。
当挡土墙受墙后填土作用离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力。
当挡土墙受外力作用使墙身发生向土体方向的偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力。
关于土压力的计算，我们常用到两种理论，分别为朗肯土压力理论和库伦土压力理论。
朗肯土压力理论是利用应力的极限平衡来求解的，它的基本假设是：挡土墙墙背直立，墙后填土面水平，墙背光滑。
而库伦土压力理论是根据墙后所形成的滑动契体静力平衡条件建立的土压力计算方法。
它的基本假设是：挡土墙和滑动土契体视为刚体，墙后填土为无粘性砂土，当墙身向前或向后偏移时，墙后滑动土契体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动。
了解了这些基础知识后，我们就来对影响土压力的有关因素及其作用规律进行讨论。
作用在挡土支护结构上的土压力会受到很多因素的制约，例如如挡墙的高度、墙背的形状、倾斜度以及填料大物理力学性质，填土面的坡度及荷载情况，挡土墙的位移大小和方向，支撑的位置，填土的施工方法等。
下面就结合《岩土支挡与锚固工程》,《土力学》以及一些其他相关资料来对影响土压力的因素做一个分类讨论：1.不同土类中的侧向土压力差异很大。
挡土墙动土压力的评述及对策
挡土墙动土压力的评述及对策
挡土墙是为了防止地面坍塌和减少山体滑坡对城市建设的影响
而设计建造的建筑设施。
它能够增加地表下方土体的硬度，以抵御外力，减轻地面坍塌和地表下方土体的滑坡变形。
这种工程虽然能够有效地减少地面坍塌和滑坡的危害，但它也存在一些问题，比如在挡土墙的土体动力学过程中，会出现施工后挡土墙内土体压力不均衡的问题。
挡土墙的结构取决于其动土压力分布状况，而其分布状况又受到挡土墙外部环境、结构尺寸、承重特性以及施工方式等外部因素的影响。
当挡土墙外部环境发生变化或者挡土墙内部存在结构性缺陷时，就会出现动土压力不均衡，这将导致挡土墙的结构变形，甚至出现坍塌现象。
因此，为了确保挡土墙的稳定，必须考虑挡土墙动土压力的变化和分布情况，提出有效的调节措施。
首先，在施工时应加强施工质量管理，采取合理的施工工艺，确保挡土墙每一层施工完成后，挡土墙内部土体压力均衡。
另外，应注意水文条件的变化，及时处理山体滑坡易发区及基础处理。
此外，还需要采用科学的工程设计方法，适当放宽挡土墙的尺寸，并应考虑施工时可能出现的压力，以便采取相应的抗压措施，以防止挡土墙动土压力的变化造成挡土墙结构变形。
另外，应依据挡土墙动土压力的变化情况，不断进行检测和调整，确保挡土墙结构的稳定。
最后，应定期巡视挡土墙，检查挡土墙的稳定性，及时发现变形或压力变化，及时采取措施，防止挡土墙坍塌。
总之，挡土墙动土压力不均衡出现的原因多种多样，因此在施工前应进行科学的设计和合理的施工，并定期巡视挡土墙，以确保建筑挡土墙的稳定性，以及减少地面坍塌和滑坡引起的安全隐患。
《挡土墙上的土压力》课件
墙背的粗糙度与形状、填土的物理性质、地下水的影响、地震作用等都会对土压力的分布和大小产生影响。
影响因素
通过改变墙背的形状，使其更符合土的应力分布，或者采用轻质、高强度的新型材料，可以有效地减小土压力。
改变墙背形状和材料
通过在墙后设置排水系统，改善填土的排水条件，或者采取预压等固结措施，减小填土中的孔隙水压力，从而减小有效应力，降低土压力。
《挡土墙上的土压力》PPT课件
目录
挡土墙概述土压力理论挡土墙上的土压力分析挡土墙的稳定性分析工程实例分析
01
CHAPTER
挡土墙概述
一种建筑物，用于防止土体滑坡、崩塌或移动，保持土体的稳定。
挡土墙
保护坡脚、岸坡、填方等免受侵蚀和破坏，防止水土流失，美化环境。
作用
类型
重力式、悬臂式、扶壁式、加筋土等。
排水和固结措施
在挡土墙中加入加筋材料，或者设置锚杆或锚索，通过提高墙体的整体性和抗剪强度，减小土压力。
加筋和锚固措施
04
CHAPTER
挡土墙的稳定性分析
01
02
挡土墙的稳定性与其设计、施工、材料、环境等因素密切相关，是评价挡土墙性能的重要指标之一。
挡土墙是一种用于防止土体滑移或坍塌的建筑物，其稳定性是指在各种外力作用下，保持其整体稳定不发生破坏的能力。
计算公式
Ea为主动土压力；Ka为主动土压力系数，与填土的摩擦角和粘聚力有关。
公式中
计算公式
Ep=1/2γH2Kp
公式中
Ep为被动土压力；Kp为被动土压力系数，与填土的摩擦角和粘聚力有关。
03
CHAPTER
挡土墙上的土压力分析
土压力在挡土墙上的分布情况受到多种因素的影响，包括土的性质、挡土墙的几何形状和尺寸、以及墙后填土的密实度和排水条件等。
挡土墙被动土压力分布特性研究
挡土墙被动土压力分布特性研究梁浩然【摘要】比较了两种均以经典库仑土压力为基础的被动土压力计算方法,通过算例分析发现,两种方法在考虑墙后填土黏聚力和填土与墙背之间黏聚力的情况下,均能给出相同的破裂角,但是当计算被动土压力大小和分布的时候,两者在分布特性和数值大小上均有一定的差距,最后给出了产生这种结果的原因.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】2页(P51-52)【关键词】挡土墙;被动土压力;破裂角;分布特性【作者】梁浩然【作者单位】国防科学技术大学信息系统与管理学院,湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TU476.4挡土墙墙背作用土压力大小的计算和分析是土力学中一个经典的课题。
早在1773年和1857年库仑和朗肯根据各自的假设给出了经典的库仑土压力理论计算公式和朗肯土压力计算公式，它们是分别以土体整体极限平衡和土体为单元平衡为条件推导出来的。
经典库仑土压力理论无法考虑土体自身的黏聚力，且因为其推导过程中取滑动土体进行整体受力分析通常获得的是土压力合力，难以求得土压力的分布情况和土压力合力作用点的位置。
考虑到上述情况，以库仑土压力为基础，给出了能考虑土体黏聚力和土体与墙背之间黏聚力等因素影响的计算公式，较大的拓展了库仑土压力理论的应用范围。
在这些计算公式的推导中，比较常见的是两种，一种[1,2]仍然是采用整体分析，计算单元的底边平行于破裂面，在滑动面上考虑了因为土体黏聚力产生的阻止土体运动的力，在本文称此法为方法1；一种[3,4]是采用微分层单元法进行分析，微分层的划分是平行于填土倾角的，在本文称此法为方法2；本文试图根据已有文献中的研究成果，通过具体的算例比较这两种计算方法给出结果的异同。
方法1的整体思路仍然是整体分析方法，只是在受力分析时相比经典的库仑土压力理论多考虑了填土本身的黏聚力以及土体与墙背之间的黏聚力，然后利用两个方向合力的平衡求解得到墙背对土体的反力和土体破裂面上对滑动土体的反力。
挡墙上作用土压力和水土压力的测试研究
第24卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.122005年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2005收稿日期：2004–06–10；修回日期：2004–10–18作者简介：李兴高(1971–)，男，博士，1995年毕业于山东矿业学院采矿系采矿工程专业，现为北京交通大学在站博士后，主要从事地铁工程施工邻挡墙上作用土压力和水土压力的测试研究李兴高，刘维宁(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044)摘要：利用自制试验箱进行了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动三种墙体主动变位模式情况下，挡墙上作用的土压力和水土压力的测试研究。
测试结果表明，挡墙上作用的土压力和水土压力的大小及作用点位置都随挡墙不同的变位模式而改变，由此提出了土压力和水土压力作用的区间估计问题。
关键词：土力学；刚性挡墙；主动变位模式；土压力和水土压力；测试研究中图分类号：TU 473 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)12–2149–06STUDY ON MEASUREMENTS OF EARTH PRESSURE AND WATER-SOILPRESSURE ACTING ON RETAINING WALLLI Xing-gao ，LIU Wei-ning(School of Civil Engineering and Architecture ，Beijing Jiaotong University ，Beijing 100044，China )Abstract ：Using homemade test box ，the study on measurements of the earth pressure and the water-soil pressure acting on rigid retaining wall in modes of active wall translation ，rotation around its top and rotation around its bottom ，is performed. The measured results show that the value and the position of action point of the earth pressure and that of the water-soil pressure vary with different wall movement modes ，so the interval estimation of the earth pressure and the water-soil pressure is presented.Key words ：soil mechanics ；rigid retaining wall ；active movement mode ；earth pressure and water-soil pressure ；measurement study1 引 言挡墙上作用的土压力随墙体位移变化而改变的现象最早是由Darwin(1883)观察到的，在这以后Donath(1891)对这种现象进行了较为全面的研究，但是直到Terzaghi(1934)的大型挡土墙试验，土压力的大小与墙体的位移形式及位移量都有关的现象才得到完全证实[1]。
挡土墙土压力分布与位移的关系
挡土墙土压力分布与位移之间存在着紧密的关系。
随着挡土墙的位移增加，土体对挡土墙的作用也会发生变化，从而影响土压力的分布。
在挡土墙初始状态下，土压力分布一般呈三角形或梯形分布，即土压力随深度逐渐增加。
当挡土墙开始位移时，土体会发生变形，土压力分布也会发生相应的变化。
通常情况下，挡土墙位移较小时，土压力分布的变化不明显，土压力仍然主要集中在挡土墙顶部，并随深度逐渐减小。
这是因为土体的强度较高，土体的刚性和稳定性仍然能够保持土压力的分布形态。
然而，当挡土墙位移增大到一定程度时，土体开始产生塑性变形，土压力分布发生明显变化。
土压力逐渐向挡土墙的下部转移，底部土压力逐渐增加，顶部土压力逐渐减小。
这是因为土体的塑性变形导致土体在挡土墙顶部的支撑力减小，底部土体承受更大的水平力，导致土压力向底部集中。
随着位移的进一步增大，土压力分布会趋于均匀化，土压力在整个土体高度上变得相对均匀。
这是因为土体的大规模塑性变形导致土体的内摩擦角度减小，土体的强度变得较弱，土压力开始更加均匀地分布在整个土体高度上。
因此，挡土墙位移的增大会导致土压力分布的变化，从而影响挡土墙的稳定性和变形行为。
这也是在挡土墙设计和分析中需要考虑土压力分布与位移关系的重要因素。
挡土墙土压力理论研究与数值分析的开题报告
挡土墙土压力理论研究与数值分析的开题报告
1、研究背景及意义
在土工工程中，挡土墙常用于控制土体变形，并承受土体对其产生的作用力。
挡土墙结构复杂，其力学行为和性能受到多种因素的影响，如土壤类型、土壤水分状况、挡土墙几何形状和建造方法等。
因此，挡土墙土压力理论研究和数值分析是土工工程
领域的一个重要研究方向。
在工程实践中，正确估计挡土墙土压力的大小和分布，对于设计和施工至关重要。
挡土墙土压力具有不均匀性和非线性特性，其计算不容易通过经验公式得出准确的结果。
因此，需要通过数值模拟等手段深入研究挡土墙土压力的力学本质和行为规律。
2、研究内容和方法
研究内容主要分为两个方面：
（1）挡土墙土压力的理论分析：基于土力学和结构力学原理，分析挡土墙土压
力的产生机理和力学本质，推导挡土墙土压力的理论计算公式。
（2）挡土墙土压力的数值模拟：借助有限元数值方法，建立挡土墙土压力的数
值模型，验证理论计算结果，并研究挡土墙土压力与土壤参数、挡土墙结构参数之间
的关系。
研究方法主要包括：文献综述、理论分析、有限元数值模拟等。
3、预期研究结果和意义
（1）通过理论分析，深入掌握挡土墙土压力的本质机理和力学规律，为挡土墙
的设计和施工提供科学依据。
（2）通过数值模拟，验证挡土墙土压力的理论计算公式的准确性和适用范围，
同时研究挡土墙结构参数与土壤参数对土压力大小和分布的影响，为挡土墙的优化设
计提供参考。
（3）为挡土墙结构的安全稳定提供理论支持，同时提高土工工程设计水平和施
工质量。
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摘
要：利用依托工程完整的挡墙温度、位移和土压力观测资料研究了挡墙土压力及其分布的影响因素，首先利用实
测资料反演分析确定了计算参数，继而进行挡墙温度应力仿真分析，研究了挡墙所支挡的堆石体高度、挡墙位移和气 温对挡墙土压力及其分布的影响，指出在挡墙所支挡的土石体作用基本不变的情况下，气温是影响挡墙土压力分布的 重要因素，进一步揭示了挡墙的工作机理和挡墙土压力周期性变化的原因。 关键词：挡墙；土压力；分布；位移；气温；堆石体；影响因素 中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2013)08–1381–06 作者简介：郦能惠（1940– ），浙江诸暨人，教授级高级工程师，博士生导师，长期从事水利水电工程和电力建设中 岩土力学和水工结构研究工作。E-mail: nhli@。
表 2 筑坝材料修正剑桥模型计算参数 Table 2 Calculation parameters of modified Cambridge model for ..dam fill materials 参数 参数说明 重度 泊松比 对数塑性体积模量 对数弹性体积模量 临界状态线的斜率 初始超固结参数 初始孔隙比 修正临界状态屈服面 形状的系数 数值 22.2 kN/m3 0.35 0.194 0.050 1.812 60 kN/m2 0.25 1
Abstract: The influencing factors for earth pressure and its distribution on retaining wall are studied by analyzing comprehensive observed data of temperature, displacement and earth pressure of retaining wall of Yixing Pumped Storage Hydropower Station. The calculated parameters are determined through back analysis of the observed data. An imitative analysis of temperature stress on retaining wall is performed. The effects of the height of rockfill, displacement of retaining wall and air temperature on the earth pressure on retaining wall and its distribution are studied by means of the FEM numerical calculation. It is indicated that the air temperature is an important influencing factor for the distribution of earth pressure on retaining wall when the rockfill has no change. The earth pressure mechanism and the reason of periodic change of earth pressure on retaining wall during operation are further revealed. Key words: retaining wall; earth pressure; distribution; displacement; air temperature; rockfill; influencing factor
2
2.1
数值分析
计算分析方法 堆石体为弹塑性体，其本构模型采用修正剑桥模
型，面板和挡墙为混凝土，其本构模型均采用线弹性 模型，根据坝基岩石、筑坝材料的试验结果并参照相 近工程经验[4-5]，计算中采用的坝基岩石、挡墙和面板 混凝土以及筑坝材料的计算参数如表 1， 2 所示。 计算 程序采用 ABAQUS Version6.5[4]。
Influencing factors for earth pressure and its distribution on retaining wall
LI Neng-hui1, WU Qing-xi2, LU Jun2 3, JIANG Song-sheng4
，
(1. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China; 2. Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Jiangsu Transportation Research Institute, Nanjing 211112, China; 4. East China Yixing Pumped Storage Power Co., Ltd., Yixing 214205, China)
挡墙承受堆石坝体形成的土压力，土压力的大小 对挡墙的稳定安全至关重要， 因而设置了挡墙土压力、 [4-6] 温度和变形观测 ， 挡墙原型观测典型断面如图 1 所 示。墙后堆石体填筑时的挡墙土压力测值过程线如图 2 所示。堆石体填筑完成后，挡墙土压力测值过程线 如图 3 所示。
图 1 挡墙原型监测布置 Fig. 1 Layout of prototype observation for retaining wall
移观测值，通过有限元计算，不断修改调整计算参数 的取值，直到计算值与实测值吻合较好。反演分析得 到的挡墙混凝土的参数[4]：弹性模量 E=22.0 GPa，泊 松比 =0.160，线膨胀系数 =6.2×10 6。 2.3 挡墙温度应力仿真分析
-
根据热传导理论、弹性体材料的热学性质以及初 始条件和边界条件，计算弹性体內各点在各瞬时的温 度。对于各向同性材料，不稳定温度场热传导方程为 2T 2T 2T T ， (1) 2 2 2 y z x 式中， 为导温系数， 为混凝土绝热温升。 求解方程（1）的初始条件和边界条件为 T T0 ( x, y, z ) ， (2) 初始条件 第一类边界条件 T （） f ( ) ， (3) T 第二类边界条件 f ( ) ， (4) n T 第三类边界条件 (5) T Ta ， n 式中， 为导热系数， n 为表面外法线方向， 为表 面放热系数， Ta 为气温。 为了计算温度应力，需分别计算年平均温度场、 年最高温度场和年最低温度场，然后根据两个温度场 之差得到弹性体的变温，年平均温度场作为基准温度 场，根据年最高温度场和年最低温度场的分析结果， 得到温升温差和温降温差，然后将其转换成为有限元 计算的结点荷载，再按照热弹性力学计算弹性体内各 点的温度应力[4]。 首先利用气温和挡墙墙体温度观测资料，分别模 拟计算了挡墙的年平均温度场、年最高温度场和年最 低温度场。年最高气温选取 2008 年 7 月 29 日气温
λ K M a0 e0 β
挡墙上设置了大量的监测仪器，为更好地反映挡 墙的温度、土压力、位移、应力的变化规律，网格划 分时将结点布置在监测仪器位置。 典型的第 15 墙段 0+294.58 m 断面的网格的剖分 如图 5 所示。
从图 2 和图 3 可以得到下列初步结论： （1） 随着墙后堆石体填筑高度的升高， 挡墙土压 力增加，第 15 墙段 0+294.58 m 断面 362 m 和 370 m 高程 2 个测点土压力值随墙后堆石体填筑顶面高程升 高而增加的情况如图 4 所示。 （2） 墙后堆石体填筑完成后挡墙土压力每年呈周 期性变化， 与气温有较好的相关性。 从图 3 可以看出： 在冬季气温低时挡墙底部（高程 362 m 或 363 m）土 压力值升高，但是挡墙顶部（高程 377 m）土压力值
[1-3]
。
江苏宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市西南郊 约 7 km 的铜官山区，电站总装机容量为 1000 MW， 电站由上水库、 下水库和输水发电系统等建筑物组成。 上水库位于铜官山主峰附近的沟源坳地，由主坝、副
1382
岩
土
工
程
学
报
2013 年
1
原型观测
降低；在夏季气温高时挡墙底部土压力值降低，但是 挡墙顶部土压力值升高。
第8期
郦能惠，等. 挡墙土压力及其分布影响因素的研究
1383
为了考虑坝基岩体变形对混凝土挡墙的变形和应 力的影响， 计算范围除了坝体以外还考虑了坝基岩体。 坝基岩体的计算范围是：上游边界为面板坝上游 50 m，下游边界为挡墙下游 50 m，底部边界为挡墙基础 下 100 m。
表 1 线弹性模型计算参数 Table 1 Calculation parameters of linear elastic model 部位 坝基 挡墙 面板 材料 岩石 混凝土 混凝土 重度 γ/(kN·m 3) 26.0 22.0 22.0 泊松 比 0.300 0.167 0.167 弹性模 量 E/GPa 15.0 20.0 20.0 线膨胀 系数 α 7.0×10-6 7.0×10-6 7.0×10-6
第 35 卷 2013 年
第8期 .8 月
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.35 No.8 Aug. 2013
挡墙土压力及其分布影响因素的研究
郦能惠 ，武清玺 ，陆
1 2
军
2，3
，江松笙
4
（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210024；2. 河海大学，江苏 南京 210098；3. 江苏省交通科学研究院，江苏 南京 211112； 4. 华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏 宜兴 214205）