挡土墙有限元分析
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究挡土墙是土木工程中常见的一种边坡支护结构，其作用是抵抗土体自重和侧压力，保护边坡的稳定。
在挡土墙的设计中，优化结构是提高结构性能和经济性的关键。
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究旨在通过有限元分析方法，评估挡土墙结构的性能，进而寻求最优的结构方案。
本文将针对挡土墙结构的优化进行详细研究，包括结构参数的选取、有限元模型的建立、分析方法的选择和结果的评估等方面。
首先，结构参数的选取是挡土墙优化设计的基础。
挡土墙结构包括墙体几何参数和材料参数等。
在选取墙体几何参数方面，需要考虑墙体的高度、底宽、顶宽、坡度等因素。
而在选取材料参数方面，需要考虑墙体的抗折强度、抗滑强度、抗倾覆能力等指标。
通过在一定范围内变化这些参数，可以得到不同结构方案的有限元模型。
其次，有限元模型的建立是进行优化研究的关键。
有限元模型应该准确地描述挡土墙的力学行为，并能够反映实际工程中的各种受力和变形情况。
一般来说，有限元模型应包括挡土墙结构、土体、支护设施等各个组成部分。
在建立模型时，还需根据实际情况考虑边界条件，如土体的边界约束和荷载的施加方式等。
第三，选择合适的分析方法进行挡土墙结构的有限元分析是优化研究的关键环节。
有限元分析方法主要包括静力分析和动力分析。
对于挡土墙这种静力结构，一般可以采用静力分析方法，例如采用平衡法、变分原理或有限元法求解结构的受力和变形情况。
在分析过程中，还需考虑土体的非线性特性、构筑物与土体的接触条件等。
最后，通过有限元分析的结果来评估不同结构方案的性能，进而确定最优方案。
评估指标主要包括挡土墙结构的受力性能、变形性能和经济性能等。
通过比较不同结构方案的评估指标，可以得到最优的挡土墙结构设计。
综上所述，基于有限元分析的挡土墙结构优化研究是一个复杂而重要的课题。
在研究中，需要选取合适的结构参数、建立准确的有限元模型、选择适当的分析方法，并通过评估指标确定最优设计方案。
通过这些研究内容的探索和分析，可以得到性能更好、经济性更高的挡土墙结构设计，提高工程的稳定性和安全性。
挡土墙施工过程中的有限元研究
挡土墙施工过程中的有限元研究摘要:文章借助有限元方法对挡土墙的场地土应力进行了研究,通过对边界条件真是的模拟,提取除了开挖过程中的位移变形、各种应力云图等指标,为结构设计和施工管理提供了依据。
关键词:场地;有限元;地应力场;挡土墙地应力场对地质构造研究,对震源、矿藏和地下水分布的研究,以及对工程开挖和地下建筑等均有重要意义。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的近似解,然后推导求解这个域[1]总的满足条件,从而得到问题的解。
这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。
1有限元法的应用①建立模型。
文章以工程中常见的挡土墙施工[2]为模拟对象,地质条件选用模拟单元Plane82,它二维8节点实体,PLANE82是PLANE42的高阶单元,采用3次插值函数。
它为自动网格划分提供了更精确的求解结果,并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。
建立模型具体如图1所示。
②边界条件。
对左端施加横向固定约束;对底部施加横、纵向固定约束用以保证底部嵌固与承载力较高的地基土上;对场地施加Gravity=10,具体如图2所示。
③位移变形。
运用迭代法进行迭代求解,提取出变形图。
在图3中可以看到:虚线为原场地土,实体为在初始应力场作用下的变形后的场地土。
通过变形前后对比,场地土在初始应力场作用下向下产生位移,体积减少,密度增大,上侧产生的变形最为明显。
④应力云图。
提取出的各种应力云图[3]如下所示。
通过云图可以清晰总结出应力变化的趋势:底部应力最大,随着高度的减少,应力渐渐减少直至接近于零。
这一规律通过云图直观的获得,节约了成本和时间,为结构设计找出了受力薄弱部位和施工过程中的安全提供了有力保证。
浅谈有限元计算土工格栅挡墙的稳定性
浅谈有限元计算土工格栅挡墙的稳定性我国目前处于基建大潮当中，随着基建的深入开展，各种复杂地形、诸多受限条件，探索多种实用性挡墙结构较为迫切，加筋式挡土墙是利用加筋技术修建的一种支挡结构物，加筋土是一种在土中加入拉筋的复合土，它利用拉筋与土间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。
加筋土以其技术上的优越性、较为显著的经济性和广泛的实用性，越来越值得工程行业所重视。
本文就此前提，利用有限元法对加筋土挡墙的稳定性进行分析，所采用计算软件为Midas/GTS NX数值分析软件。
1有限元设计方法及原理有限元法是六七十年代发展起来的一种使用的数值分析方法，但当时并未流行使用，伴随数值模拟理论的成熟与计算机的广泛应用而被工程界日益重视与发展。
在实际工程领域中，研究对象的几何形状不规则，材料绝大部分为非均质、非线性。
有限元法把一个结构看成由有限个单元通过节点连接起来的整体，除去边界上被固定的节点外，对可以产生位移的各个节点，利用平衡条件求出它们的位移，然后通过节点位移求解各单元内力，因此有限元法在工程设计和研究中可以使许多复杂的工程分析问题迎刃而解。
1.1、土体本构关系：土体的本构关系即应力-应变的关系，是土体形状与土的物理力学性质的综合反映，通过一定的数学表达式来体现所发现的土体变形特性，关于土体材料强度理论有很多种，不同的理论适用于不同的材料。
通常认为，摩尔-库伦理论最适合土体情况，摩尔-库伦强度理论认为材料破坏是剪切破坏，在破坏面上的剪应力是法向应力的函数：=砂土的抗剪强度与作用在剪切面上的法向压力成正比，比例系数即为内摩擦系数。
粘性土的抗剪强度与砂土的抗剪强度增加一项土的粘聚力。
即：砂土：=粘性土：=由上述所得公式推导其极限平衡状态服从一下破坏准则[1]：1.2、加筋材与土体接触界面模拟土工格栅与土体接触面上，有可能因相对变形而产生滑移，或在接触面附近发生剪切破坏，但脱离周围土体的情况几乎不可能发生故本次采用Goodman接触单元模拟。
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计挡土墙是土木工程中常用的一种结构，用于抵抗土体的侧压力，保持土体的稳定。
挡土墙的稳定性评估与优化设计是一项重要的工作，可以确保挡土墙在正常使用条件下不发生倒塌事故，并能满足建设需求。
在进行挡土墙稳定性评估与优化设计时，有限元分析是一种常用的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将复杂连续介质问题离散化为有限个单元，建立离散的数学模型，并利用计算机进行求解。
通过有限元分析，可以对挡土墙的受力和变形进行准确的模拟和计算，为稳定性评估提供可靠的依据。
在进行稳定性评估时，首先需要确定挡土墙所受力的边界条件。
这包括土体的侧压力、挡土墙的重力、附加荷载等。
通过有限元分析，可以将这些力的作用效果准确地模拟出来，并计算出挡土墙在不同工况下的受力情况。
根据计算结果，可以判断挡土墙的稳定性，并进行相应的优化设计。
在评估挡土墙的稳定性时，主要考虑以下几个方面：1. 滑动稳定性评估：滑动是挡土墙最常见的破坏形式之一。
通过有限元分析，可以计算挡土墙和土体之间的剪应力分布，并评估挡土墙的滑动稳定性。
如果滑动安全系数小于1，即表示滑动破坏的可能性较大，需要进行相应的优化设计。
2. 翻转稳定性评估：翻转是挡土墙另一种常见的破坏形式。
通过有限元分析，可以计算挡土墙的倾覆转矩，并评估挡土墙的翻转稳定性。
如果倾覆转矩大于挡土墙的抗倾覆转矩，即表示翻转破坏的可能性较大，需要进行相应的优化设计。
3. 应力和变形分析：挡土墙的稳定性评估还需要考虑挡土墙和土体的应力和变形情况。
通过有限元分析，可以计算挡土墙和土体的应力和变形分布，并评估挡土墙的变形与破坏情况。
如果挡土墙变形较大或应力超过允许值，需要进行相应的优化设计。
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计是一项复杂而重要的工作。
在进行评估时，需要准确模拟挡土墙及其周围土体的力学行为，并结合结构的受力性能和变形特点进行综合分析。
通过合理的优化设计，可以提高挡土墙的稳定性，确保工程的安全运行。
挡土墙有限元分析
挡土墙有限元分析
十、利用有限元软件对扶壁挡土墙进行的应力和振型分析。
（扶壁间距4m，厚
0.4m）
r=20.2kN/m2
C=0.041MPa
扶壁挡土墙截面尺寸（m）
解：
应力分析
一、建立计算初始地应力模型
1、建立几何模型
2、定义物理条件
定义施加边界条件：。
●施加重力荷载：
●定义材料特性
a) 挡土墙材料特性b)地基土材料特性
●定义单元组
●定义接触
网格划分
保存数据库为diyingli.in或diyingli.idb
3、求解
输入将要生成的求解文件diyingli.dat，ADINA开始求解4、静力分析后处理结果
5、后处理结果中提取地应力
二、建立土压力计算模型
1、增加新的几何模型
2、定义模型的物理条件(略)
3、网格划分
4、求解
●求解控制
●求解过程
输入将要生成的求解文件tuyali.dat，ADINA开始求解5、后处理
挡土墙与地基的有效应力分布挡土墙的有效应力分布
（x=3.9m，z=-0.4m）有效应力曲线（y=-2.1m，z=0.4m）有效应力曲线
（x=3.9m，y=-1.7m）有效应力曲线
模态分析
在tuyali.in的基础上删除墙后填土（保留重力荷载）一、求解
●分析类型设置
在求解类型中选择Frequencies/modes,然后点击，
二、后处理
●模态及频率
一阶模态二阶模态三阶模态
四阶模态五阶模态六阶模态
七阶模态八阶模态九阶模态
十阶模态。
重庆和泓南山道挡土墙弹塑性有限元分析
为 粉 质 粘 土 层 。此挡 土 墙 修 建 于 １８ ９ ５年 ， 现 场调 查 目前 挡 经 墙 结 构 完 整 ，没 有 发 现 变 形 和 裂 缝 ，挡 土 墙 整 体 照 片 如 图 ２
所 示
￣ ． Ｕ Ｏ ｔＵ ｝ １
数 ［ ３ １ 。 利 用 弹 塑 性 有 限 元 强 度 折 减 法 分 析 挡 土 墙 整 体 稳 定 性
图 ２ 挡 土 墙 整 体 照
・２ ・ ５
一 试 验 研 究
巍 姥 琏 前
２（ ０年 １ ）
２ １ 计 算 参 数 的 选 定 ．
在 力 式 高 挡 墙 的整 体 稳 定 性 系数 数 值 计 算 中 ， 川 弹 采 塑 性 有 限元 强 度 折 减 法 进 行 计 算 和 模 拟 。 由 式 （ ） 式 （ ） １ 、 ２ 求 得 挡 ＿ ｔ 墙 后 岩 土 体 综 合抗 剪 强 度 如 表 ｌ 示 ． 后 填 土 － ￣及 Ｅ 所 墙 内摩 擦 角 取 为 ３ 。 粘 聚 力 取 为 ２ Ｐ ． 后 填 土 容 重 为 １ ５． ５ｋ ａ 墙 ９
度 １： ． ， 土墙 结 构 后 土 层 分 布 如 图 ｌ 示 。挡 墙 为 新 鲜 ００ 挡 ５ 所
砂 岩 块 石 砌 筑 ．砂 岩 条 块 大 小 均 匀 。 约 长 ｌ 厚 ０４ ｘ ｍｘ ． 宽 ｅ ｒ ０ ｍ。 挡 土 墙 基 础 为 素 混 凝 土 ， 座 砌 石 高 度 约 ２ 持 力 层 ． ４ 基 ｍ，
∑
∑ｔ￣Ｖ ａ ｊ ｎ ￣
（） ２
其中 ， 为第 ｆ Ａ， 层岩土体的面积 ； ＝ ｙ 为第 ｆ 岩土体 的体 ｆ 块
积 ； 为第 ｆ 岩土体的粘结力 ； 为第 ｆ ｃ 层 层或 块岩 土体的 内
高大扶壁式挡土墙墙后土压力特性有限元分析
高大扶壁式挡土墙墙后土压力特性有限元分析摘要：本文主要对高大扶壁式挡土墙墙后土压力特性进行了有限元的数值分析。
有限元分析结果表明:扶壁式挡土墙的肋板间隔在很大程度上影响着水平向土压力空间分布，在面板的下部，由于肋板的影响，作用在挡墙上的土压力出现中间大，向两侧逐渐减小的趋势，且肋板间隔越大，产生的影响越小。
该类挡墙对填土的水平位移有很好的控制作用，可为扶壁式挡土墙在边坡支护中的大面积推广提供理论支持。
关键词：高大扶壁式；挡土墙；墙后土压力；有限元分析1、工程实例工程位于陕西省商洛市镇安县，地貌单元属于剥蚀丘陵地．该地区设防烈度为６度（0.05ｇ），场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第一组，基本风压为0.35ｋＰａ．本项目为金矿原矿堆场两侧挡土墙，属于重点设防类别；依据GB50011－2010《建筑抗震设计规范》（下文简称《抗规》）规定，其抗震等级为３级．工程左边为单层框架结构配电室，右边为６层框架结构，中间设置100ｍｍ宽的沉降缝，其建筑平面示意图．项目北侧无土，西侧和东侧有逐渐变缓的土坡，南侧土坡较高．左边底层框架计算高度为6.05ｍ；右边底层框架计算高度为6.50ｍ．挡土外墙为250-350ｍｍ厚钢筋混凝土墙，基础埋深范围内无地下水。
2、有限元分析2.1 土结整体分析为了解挡土墙在墙后堆料产生的主动土压力作用下，地基土和挡土墙自身的总变形，采用PLAXIS岩土有限元软件整体建模分析，考虑到挡土墙结构为平面应变问题，采用平面模型，节省计算时间。
1)土体本构模型、挡土墙土体接触面关系、挡土墙墙体模型。
本次计算模型的选取:土体模型采用软件自带的摩尔库仑模型，挡土墙墙体采用线弹性模型，土体与挡土墙之间的接触面采用双线性的摩尔库仑模型来进行模拟。
地基土及墙后堆料采用弹塑性Drucker-Prager准则。
在挡土墙与地基土和堆料之间设置接触面单元。
根据计算结果可以看出:a．由于挡土墙对堆料的约束作用，墙后堆料的最大水平位移发生在墙顶以上一定距离的坡上，而不是坡角处；b．土结整体作用时挡土墙的水平位移顶部最大，底部最小，中间次之，同时顶部水平位移最大值约为60mm，符合挡土墙达到主动土压力时的位移量(0．001～0．005)h，h为挡土墙的高度，即此时挡土墙后的土压力已达主动土压力。
滑坡治理工程中桩基托梁挡土墙有限元模拟与分析
创新视点科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2近些年来，为解决挡土墙地基承载力不足和悬臂桩过长而不经济问题而形成的桩基托梁挡土墙在实践工程中得到广泛应用。
对桩基托梁挡土墙的研究，有些学者通过模型试验进行研究，着重分析墙背所受土压力和垂直位移特性，但是模型试验费时费力，实践中很难得到推广。
也有学者通过理论计算进行研究，需要提出很多假设，无法对众多影响因素全面考虑，由于结构的复杂性和地质条件的不确定性，目前桩基挡土墙这种复合结构还未形成普遍认可的计算方法。
尤其是对桩基托梁挡土墙位移预估尚无可靠方法，该文采用大型岩土有限元软件M I D A S G T S 对某滑坡抢险工程中的桩基托梁挡土墙位移进行研究，预估治理方案的位移以及为设计方案评价提供依据。
研究方法以及所得结论可为后续类似工程结构的设计和评价提供借鉴。
1 滑坡工程概况与地质条件滑坡路段为某三级公路交通干道，原来路面宽度约6.5 m，滑塌长度约20 m。
路基垮塌使部分使路面处于悬空状态，悬空高度约24 m ，影响交通运输。
且滑坡右下方为码头在建工地，给工地的安全施工带来隐患。
为了恢复交通消除不利隐患，对滑坡进行治理。
滑坡场地位于扬子准地台上扬子台坳的四川中坳陷区之川东南褶皱束，黄角堡背斜北东倾没端轴部，地质构造较简单。
区内地表未见区域性断层分布，晚近期地壳活动以大面积抬升为主，构造变形微弱，无发震构造背景，地貌类型为构造侵蚀中低山地貌。
出露基岩为主要为侏罗系上沙溪庙组的泥质粉砂岩和第四系全新统残坡积风化土，风化土厚度1～2 m。
2 滑坡治理方案滑坡治理最重要的是恢复交通路面，所以需要对滑坡区域进行回填处理，工程治理主要保证路基回填土的安全和下部地基的稳定性。
经综合分析下部采用矩形抗滑桩，上部采用挡土墙，桩顶采用矩形拖梁作为抗滑桩与挡土墙的联系部分。
设计方案按照传统解析方法对抗滑桩和挡土墙分别计算，挡土墙按照一般挡土墙理论进行计算，抗滑桩采用现有的抗滑桩理论进行计算，为了考虑挡土墙的作用，在抗滑桩的模型中考虑挡土墙对桩的弯矩和水平力。
基于有限元方法的挡土墙稳定性评估与设计优化
基于有限元方法的挡土墙稳定性评估与设计优化挡土墙是土木工程中常见的结构体系，用于抵抗土壤的压力，以保持土体的稳定和防止滑移、倾覆等不稳定现象的发生。
在挡土墙的设计过程中，稳定性评估与设计优化是非常重要的一环。
本文将基于有限元方法，详细介绍挡土墙的稳定性评估与设计优化的内容。
首先，我们将介绍挡土墙的背景和基本概念。
挡土墙是一种垂直于地面的结构，通常由土体、挡墙、墙脚、排水设施等组成。
其主要功能是抵抗土壤的水平压力，以防止土体的滑移和侧向移动。
挡土墙的稳定性评估是为了确定其是否能承受土壤压力，并确保其在设计寿命内不会发生不稳定现象。
然后，我们将介绍有限元方法在挡土墙稳定性评估中的应用。
有限元方法是一种数值计算方法，通过将挡土墙划分为许多小的有限元单元，来模拟挡土墙在不同荷载条件下的变形和应力分布。
通过对有限元模型进行荷载施加和边界条件设定，可以计算出挡土墙的位移、应力等相关参数，以评估其稳定性。
接着，我们将介绍挡土墙稳定性评估所需考虑的主要因素。
在进行挡土墙稳定性评估时，需要考虑土壤的力学性质、挡土墙的几何形状、荷载条件以及边界条件等因素。
其中，土壤的力学性质是进行有限元分析的基础，包括土壤的抗剪强度、压缩模量等参数。
挡土墙的几何形状对其受力性能和变形特性有很大影响，因此需要合理选择挡墙的高度、倾角等参数。
荷载条件是指外部对挡土墙施加的荷载，例如土壤的水平压力、地震荷载等。
边界条件是指挡土墙与周围环境的相互作用和限制关系，例如土体的支撑条件、排水设施的设置等。
在挡土墙稳定性评估的基础上，我们将介绍挡土墙的设计优化方法。
挡土墙的设计目标是在满足稳定性要求的基础上，尽可能减小工程造价。
在设计优化过程中，可以通过调整挡墙的几何形状、土壤的力学性质、荷载条件等因素，以寻求最优解。
设计优化的主要方法包括参数敏感性分析、多目标优化等，将挡土墙的设计问题转化为数学模型，并通过计算机程序进行求解。
最后，我们将介绍一些基于有限元方法的挡土墙稳定性评估与设计优化的实例和应用。
柱板式挡土墙面板后土压力有限元分析_周世良
条件采用混合边界条件 ,即既有位移边界条件 ,又有力
边界条件 。柱板挡墙底部采用全固定边界 , 即不允许
挡墙产生滑动或沉降 , 挡墙两侧边界在挡墙长度方向
固定 。墙后土体底部边界垂直方向固定 , 两侧边界在
挡墙长度方向固定 ,土体后方边界施加一静止土压力 。
在挡墙和填土接触面设置了接触面单元 , 三维有限元
按空间八结点等参元的等参变换原则 ,取单元内 任一点沿 x 、y 、z 三方向的位移 u 、v 、w 模式为
Ξ 收稿日期 :2004 - 04 - 21 基金项目 :国家自然科学基金 (10172098) 资助课题 作者简介 :周世良 (1972 - ) ,男 ,浙江宁波人 ,讲师 ,重庆大学博士研究生 ,主要从事港口工程 、工程力学的教学与研究 。
见太沙基的《理论土力学》[3] ,在此不作讨论) 而维持稳 定 ,面板只承受土拱内土体的压力 ,荷载明显减小 。鉴 于此 ,首先对柱板式挡土墙面板后土压力进行三维有 限元分析 ,在此基础上 ,提出一个比较接近于工程实 际 ,而又简单实用的面板后土压力计算方法 。
1 有限元分析方法
1. 1 单元的选择 进行有限元分析需将分析问题的求解域离散成有
中图分类号 :O344
文献标识码 :A
柱板式挡土墙由立柱和面板构成 ,具有安全可靠 、 结构简单 、施工方便和经济适用等特点 ,近年来得到了 广泛的应用 ,已成为岩土工程中主要的支挡结构之一 。 柱板式挡土墙施工所需开挖的土石方量少 ,对于建筑 用地宽度小 、场地不允许大开挖或大开挖不经济的工 程 ,尤为适用 。
限个适当的仅在结点处相连的单元 ,等参元是有限元 分析中适用性最广的单元型式 。等参元采用等参变换 来描述单元的几何特性和力学特性 ,即采用相同数目 的结点参数和相同的插值函数来进行单元几何形状和 场函数的变换 。借助于等参元 ,不仅可以对一般的任 意几何形状的工程等问题方便地进行有限元离散 ,而 且可采用标准化的数值积分方法计算有限元方程所含 各矩阵中的元素 ,从而使编制各类工程实际问题的有 限元分析通用化程序成为可能 。根据分析问题属性的 不同 ,可以选择不同的等参元 。本问题为空间问题 ,考 虑到计算模型中无曲面 ,故选用了空间八结点等参元 。 1. 2 有限元基本方程
二级新型悬臂式挡土墙有限元分析
的竖 向位移 ， 以明显 的看 出， 可 上墙 是绕墙 底某 点发 生 了转 动并 挡墙实际墙背与填土之间的摩擦系数为 ０ ３其他参数见表 １ ．， ， 同时伴 随着挡 墙 的下沉 。在底板 的位 移 图中 ， 趾端 处沉降 小 ， 墙 计算简 图见 图 １ 。 而墙踵 端处沉降相对较大 ， 反映出作用在挡墙 底板 的竖 向应 力的
关键词 ： 二级 悬臂 式挡 土墙 ， 限元 ， 有 土压力
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ４ Ｔ ７ ． 文献标识码 ： Ａ
随着经济 的发展 ， 路 、 铁 公路 、 水利等 工程 上支挡结 构大量 出 侧 边界水平约束 ； 底边界 竖向均约束。
现， 对支挡结构 的要求越 来越高 ， 合考虑 的因素也较多 ， 综 因此在 挡墙 的发展方 向上 ， 更多的考虑结构 的轻型化 、 将 机械化 ， 充分发 挥建筑材料 的强度性 能等特点 ， 而悬臂 （ 扶壁 ） 挡墙能满 足 以上 式 要求 ， 同时还能依靠 墙后填土来维持稳定 ， 用一定 的交替变 形 ， 适
３ 边界 条件
不 均衡 性 ， 挡墙 的平 均竖 向位 移为 一６ ５ｉＩ ． ｎｎ左右 。上墙竖 向位 二级悬臂式挡墙有 限元 网格边界约束条件 ： 表面 自由； 顶部 两 移 比水平 位移要 大很 多 ， 映出挡墙基底 的承 载能力对挡墙位移 反
Ｃ ｎｉｕ ， ｅｓ ｎ ３ ３ Ｉ ｓａＣ ｎｕ ｉｇ Ｇ ｏ ｐ Ｉｅ ， ｎ ｏ ｔ ａ ｖｒｉ ． ． ｔ ｃ ｓｌｎ ｒｕ ， ｎ ． Ｍｉ— ｎ ｏ ａ ｏ ｔ
Ｅ ｋ
图 １ 二 级 挡 墙 土 压 力 计 算 简 图
土 的总长为 ３ 在划分网格时 采用映 射网格划 分方 法 ， 可能 １ｍ， 在 的填土范 围网格进行加密处理 ； 二级悬臂 式挡墙模 型大致 同悬臂
新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析
新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析公路路堤挡土墙是公路工程中常见的结构形式，其主要作用是支撑路堤的土体并承受来自路堤土重和交通荷载的作用。
为了保证公路路堤挡土墙的稳定性和安全性，需要对其受力和变形进行有限元分析。
首先，我们需要建立有限元模型。
根据挡土墙的几何形状和材料特性，可以选择合适的有限元单元来建立模型。
挡土墙一般为矩形或梯形，可以使用梁单元或板单元进行建模；土体可以使用弹性或弹塑性材料模型进行建模。
接下来，我们需要确定边界条件。
一般情况下，土体的底部可以视为固定边界，墙体可以视为固定边界或受限位移边界，顶部可以视为自由边界或受限位移边界。
边界条件的选择需要根据具体情况进行合理设定。
然后，我们需要给模型施加外荷载。
外荷载主要包括路堤土重和交通荷载两部分。
路堤土重可以根据土体的密度和体积计算得到；交通荷载可以根据设计标准和交通流量计算得到。
在有限元分析中，我们可以通过施加位移或力来模拟挡土墙的受力和变形。
一般情况下，挡土墙的受力主要包括水平力、竖向力和弯矩三个方向。
水平力来自于侧推土压力和交通荷载；竖向力来自于土重和交通荷载。
通过有限元分析，可以计算出挡土墙在各个方向上的受力情况。
同时，挡土墙在受力过程中会发生变形。
主要变形包括水平位移和竖向位移。
水平位移主要由挡土墙的刚度和支撑条件决定；竖向位移主要由挡土墙的压缩变形和土体的沉降决定。
通过有限元分析，可以计算出挡土墙在各个方向上的变形情况。
最后，我们需要对分析结果进行评估和优化。
根据有限元分析结果，可以评估挡土墙的稳定性和安全性，并进行必要的结构优化。
例如，根据挡土墙的受力情况，可以调整墙体的厚度或增加加筋措施；根据挡土墙的变形情况，可以采取加固措施或调整土压力的施加方式。
综上所述，新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析是保证公路工程稳定性和安全性的重要工作。
通过适当的有限元模型建立、合理的边界条件设定和准确的荷载施加，可以得到挡土墙在受力和变形过程中的详细情况，为工程设计和施工提供依据。
挡土墙稳定安全系数的有限元法分析
样可以较为真实地模拟挡墙与 填土间 的相对位移 对土压力 的影
响情况 。路堤按 ０ ５ 一层 进行填 筑 ， ．ｍ 填筑 速率 ０ ５ １ｄ ． ｍ／ ５ 。填
维普资讯
西
２ ８
部
探
矿
工
程
Ｄ ｃ２ ０ ｅ． ０ ６
Ｎｏ １ ．
在挡墙基础与砂垫层界面 上设置接 触面 ， 接触法 则为 Ｍｏ ｒ ｈ
－
筑完路堤后给予 ２ ０天的预压 期 ， 后铺 筑路 面层 ， ７ 之 面层 厚度为
Ｃ ｕ ｍｂ ｏ ｌ 摩擦 准则， ｏ 挡墙通过 接触作 用来约束 其侧 向变形 ， 这
０ ７ ｍ。计算时间达到工后 １ 。挡 土墙 未定计算 最危险滑裂 ．０ Ｏ年 面 的搜索方法采用 Ｆ ｌ ｎｕ 法Ⅲ ， 算例搜索范 围见 图 ２ 示。 ｅｅｉ ｌ ｓ 本 所
向临空土体内土单元塑性屈服不断发展贯通 而形成滑裂面失去承 载能力的变形过程。因此 ， 可以考虑采用数值方法分析近 挡土墙 土体区域 内的应力位移分布 ， 利用破坏准则判定 濒临极限状态土 单元分布情况 ， 得到实际破坏面与稳定安全系数［ 。 ８ ］ 本文首先用 有限单元法 并通过加 载时步 Ｓ Ｐ来模拟 现实 ＴＥ
根据 材料 的特 性 ， 取 适 当的 本 构 模 型 ， 型 参 数见 表 １ 选 模
～
硬 化 规律 采用 剪切 硬化 曲线 来确 定 。挡 土墙 混凝 土 弹性 模 量
为 ２ ８ ＧＰ ， 松 比为 ０ １ 。砂垫 层 与 路 面沥 青 混凝 土 采 用 ．６ ａ泊 ．５ 线 弹性模 型 。
中图分 类号 ： １ ． １ 文献标 识码 ： Ｕ４ ７ １ Ａ
挡 土 墙 稳 定 安全 系数 的有 限元 法分 析
挡土墙主动土压力理论与有限元理论分析比较_孙超
土顶面处的土压力强度为 91． 57kPa， 粉质粘土底面处的土压力强度为 119． 96kPa． ［4 ］ 2． 2 ABAQUS 弹性模型、 弹塑性模型 主动土压力强度计算结果 粉质粘土底面处的土压力强 通过模型模拟结果， 弹性理论下杂填土顶面处的土压力强度为 17． 24kPa， 148． 79kPa ， 2． 17． 84kPa ， 度为 见图 弹塑性理论下杂填土顶面处的土压力强度为 粉质粘土底面处的土压力强 度为 164． 35kPa， 见图 3．
0.00E+00
0
2.00E+02
4.00E+02
6.00E+02
8.00E+02
1.00E+03
1.20E+03
1.40E+03
1.60E+03
-1 -2 -3 -4 -5 -6
弹塑性应力曲线
应 力 值 /Pa
深 度 /m
弹性应力曲线 朗金应力曲线
-7 -8
图 2 弹性主动土压力应力云图
图 3 弹塑性主动土压力应力云图
e p 将总应变速率分解为弹性应变速率 ｛ ε ｝ 和塑性速率应变｛ ε ｝ 两部分：
｛ ε｝ = ｛ ε e ｝ + ｛ ε p ｝ 其中， 弹性应变速率与塑性应变速率分别由广义 Hook 定律和塑性流动法则确定， 即
收稿日期： 2015 － 01 － 14． 作者简介： 孙 超（ 1978 ～ ） ， 男， 黑龙江省东宁县人， 副教授， 博士．
泊松比 μ 0． 3 0． 3
摩擦角 φ / ° 20 26
粘聚力 c / kPa 12 6
第6 期
孙
原利明： 挡土墙主动土压力理论与有限元理论分析比较 超， 史迪菲，
扶壁椅式挡土墙有限元分析
１０ ｍ、厚度为 ０. ６ ｍ 的承台板ꎬ承台与桩刚性连接可有效提
高支挡结构的整体稳定性ꎮ 在承台的上方设置竖向挡土板
和扶壁ꎬ其中扶壁设计为直角梯形ꎬ上底和下底长度分别为
０. ５ ｍ 和 ７. ４ ｍꎬ挡土板宽度为 １０ ｍꎬ厚度为 ０. ６ ｍꎬ扶壁的
厚度为 ０. ３ ｍꎬ扶壁与挡土板以及扶壁与承台进行刚性连
接ꎮ 在支挡结构以及地基的上方设置宽 １０ ｍꎬ高 １２ ｍ 的填
土ꎮ 结构的详细尺寸如图 １ 所示ꎮ
体的侧面设置单向约束使土体外表面只产生竖向位移ꎮ 扶
壁椅式挡土结构与地基土和填土之间存在着复杂的接触关
系ꎬ在接触分析中选择扶壁椅式挡土结构为主表面ꎬ土体作
单元进行网格划分ꎬ地基和填土网格精度设置为 ２ ｍꎬ扶壁
椅式挡土墙网格精度为 １ ｍꎬ如图 ２ 所示ꎮ
图2
有限元整体网格１. ２ 源自有限元模型的建立２ 有限元结果分析
地基和填土采用摩尔—库仑模型ꎬ扶壁椅式挡土墙采
用 Ｃ４０ 混凝土进行建模ꎬ土体和挡土墙的材料参数如表 １
所示ꎮ 在荷载和约束设置时ꎬ仅考虑重力荷载对结构的影
桩的竖向位移 变 化 趋 势ꎬ由 图 ４ 可 知ꎬ当 桩 深 度 相 同 时ꎬ
主桩的竖向位 移 相 对 于 副 桩 平 均 高 出 约 ０. ８８ ｍｍꎬ且 主
桩和副桩都随着在地基中深度的增加竖向位移有微小的
降低ꎮ
U,U3
-3.420e-02
-3.444e-02
-3.468e-02
-3.491e-02
主
桩
副
桩
1.2
0.60.6 6
地震作用下影响加筋挡土墙性质的有限元分析
地震作用下影响加筋挡土墙性质的有限元分析加筋挡土墙的动力分析是比较复杂，本文通过建立ANSYS有限元模型，对比分析地震区动力和静力作用下加筋挡土墙的填土材料对挡土墙的位移和轴力的影响分析，得出一些有益的结论。
标签：有限元；地震；轴力；位移0 引言土的抗拉强度比较低，如果在土内掺入或铺设适当的一些材料，可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。
早在远古时代，人们已经能够采用这项技术并在实践中加以应用，比如在土中掺入稻草、芦苇等简易的加筋材料可用于砌筑墙体和房屋，自在挡土墙中加筋后且应用于工程实际以来，国内外许多学者从理论、试验及数值模拟分析等诸多方面都做了大量的研究，并得到了大量的研究成果，这很好地促进了加筋土技术的发展和应用。
由于加筋土挡土墙筋土间作用机理的复杂性、结构形式和环境条件多变性，目前加筋土挡墙仍然处于理论滞后于实践阶段，尤其是动力和抗震方面尤为突出。
本文建立有限元模型进行加筋挡土墙的静力和动力学的对比分析。
1 有限元模型的建立在有限元分析中，材料的本构关系选取是非常重要的，它决定了计算分析的正确性和精确性。
本项目采用Drucker-prager弹塑性模型（简称D-P模型）进行分析。
土体采用4节点平面矩形单元（PLANE42），加筋体釆用平面单元Plane82单元。
所建模型如图1（单位为m）：3 加筋挡土墙墙后填料对挡墙的影响分析（1）粘聚力对面板位移和筋带轴力的影响模型填土的粘聚力为30 kPa，固定内摩擦角20 度不变，将模型填土的粘聚力分别设为5 kPa、10 kPa、20 kPa、30kPa。
模型其他参数和模型相同，对这4组模型的结果在静力和7度地震作用下进行比较分析。
由图2可知：加筋土挡墙位移随填土的粘聚力的增大而减小，减小幅度随填土的粘聚力的增大而增大。
静力作用下，填土粘聚力从5 kPa增大为30 kPa，加筋土挡墙最大位移由25mm减小为12mm，减小13mm，最大位移发生在墙体的中部。
扶壁式挡土墙有限元分析
１ 工 程 概 况
某 浙北 山 区公 路 ，为一 级公 路 ，双 向四车 道 ，
图 １ 扶 壁 式 挡 土 墙 尺 寸 图
动 稳定 系数Ｋ ＝ ．，抗 倾覆 稳定 系数 ＝ ．。 ｃ１ ３ １ ５ 挡 土墙 材料要 求 ：墙身 混凝 土强 度 等级 采用 现 浇Ｃ ０ ３ ，主 筋 采 用 ＨＲ ４ ０ Ｂ ０ ，分 布 筋 采 用 ＨＲ ３ ５ Ｂ３，
箍 筋采用 Ｈ Ｂ ３ 。 Ｐ ２ ５
路 基 宽 为２ ．ｍ，设 计 速 度 为 ８ ｋｒｈ ４５ ０ ｒ ，沥 青 混 凝 土 ｄ 路 面 。为 了减少 征地 、拆 迁 、桥梁 配跨 ，经 过方 案
比选 ，认 为 在两 座大 桥梁 问采 用扶 壁式 挡土 墙进 行 路 基 防护是 最经 济 的方案 。 ２ 设 计情 况
ｉｇｗ ｌｉ ｓｉ ｂｅｔ ｂ ｓｄｉ ｉ ｌｓｂ ｒｄ ａｅｃｎｔ ｃ ｏ ｏｔｏ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｒ ｅｔ． ｎ ａｌｓ ｕｔ ｌ ｏ ｅｕ ｅ ｈｇ ｆｌ ｕ ｇａ ｅｔ ｓｖ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎｃｓ ｆｒ ｇ ｅｉ ｏ ｃ ａ ｎ ｈ ｉ ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｎ ｐ ｊ ｓ
全 瑞 江
Ｋｅ ｒ ｓ： ｂ ｔｒ ｓ ｅ ｅ ａｎｉ ｌ；ｄ ｓｇ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｔｅ ｓ ｄ ｒ ｔｉ ｎｇ ｗａ ｌ ｅ ｉｎ；ｆｎｔ ｌ ｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ
伴 随着 Ｔ艺 、材料 、机 械 等 的发 展 ，道路 修 建 越来 越快 速 、便捷 。为使道 路铺 筑达 到经 济 、快 速 的要 求 ，常 采用减 少桥 梁配 跨 、减少 用地 、减 少拆
扶壁式挡土墙受力特性及有限元分析
ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｔ ａ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｉｚ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ，ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ
越大 ， 产生的影响越小 。该类挡墙对填土的水平位移有很好的控制作 用 ， 可 为扶 壁式挡土墙在边坡 支护 中的大 面
积推广提供理论支持。
【 关键词 】扶壁式挡土墙 ； 有 限元 ； 数值分析 ； 肋板 【 中图分 类号】Ｔ Ｕ ４ ７ ２ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ ｛ ２ ０ １ ７ ） １ １ — ０ １ ２ ３ 一 ｏ ２
Ｓ Ｔ ＲＥＳ Ｓ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩ Ｓ Ｔ Ｉ ＣＳ ＡＮＤ Ｆ Ｉ ＮＩ ＴＥ ＥＬＥ Ｍ ＥＮＴ
ＡＮＡＬＹＳＩ Ｓ ｏＦ ＣｏＵＮＴＥＲＦｏＲＴ ＲＥＴＡＩ ＮＩ ＮＧ Ｗ ＡＬＬ
Ｙ Ｕ Ｄ ｅ ｈ ｕ ， Ｌ Ｉ Ｓ ｈ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｏ ， Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｓ ｈ ｕ ｊ ｕ ａ ｎ ， Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｎ ｉ ａ ｎ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ０ ３ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｔ ｈｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｌ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｓ ｔ ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计挡土墙是一种常用于土壤工程中的结构，它主要用于抵抗土壤水平推力和土壤的侧移。
在设计挡土墙结构时，需要考虑多个因素，包括土壤的物理力学性质、挡土墙的材料特性以及结构的稳定性等。
有限元分析是一种常用的工程分析方法，它可以模拟和分析各种结构在应力、变形和稳定性等方面的性能。
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计可以通过对结构进行力学分析和参数调整，以最大限度地提高结构的性能和稳定性。
在进行基于有限元分析的挡土墙结构优化设计时，首先需要根据具体工程情况和设计要求，确定挡土墙的几何形状和材料特性等基本参数。
然后，通过有限元分析软件建立挡土墙的数值模型，并对模型进行合理的网格剖分。
接下来，进行力学分析。
有限元分析软件可以对挡土墙在不同荷载工况下的应力和变形进行计算和分析。
在进行分析时，需要考虑挡土墙受到的土壤水平推力、上部载荷、地震力和温度变化等因素的影响。
通过分析挡土墙的应力分布和变形情况，可以评估结构的安全性和稳定性。
基于有限元分析结果，对挡土墙结构进行优化设计。
优化设计的目标是在满足结构安全性和稳定性要求的前提下，尽可能降低结构的材料成本和施工难度。
可以通过调整挡土墙的截面形状、墙体厚度、背填土的厚度和材料等参数，来优化挡土墙的性能。
例如，可以通过增加挡土墙的截面尺寸和墙体厚度来提高结构的抗倾覆能力和抗滑稳定性。
同时，根据有限元分析结果，可以对墙身和基础的材质进行调整，以满足设计要求并减少材料成本。
另外，挡土墙结构的抗震性能也是设计的重点之一。
可以根据地震设计要求，通过有限元分析模拟挡土墙在地震荷载作用下的应力和变形情况，以评估结构的抗震性能。
根据分析结果，可以对挡土墙的结构形式和材料特性进行优化，提高其抗震性能。
此外，温度变化也会对挡土墙结构的稳定性产生影响。
通过有限元分析，可以分析挡土墙在不同温度下的热力响应，以评估结构的热稳定性。
根据分析结果，可以调整挡土墙的材料特性和结构形式，以提高其热稳定性。
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十、利用有限元软件对扶壁挡土墙进行的应力和振型分析。
（扶壁间距4m，厚
0.4m）
r=20.2kN/m2
C=0.041MPa
扶壁挡土墙截面尺寸（m）
解：
应力分析
一、建立计算初始地应力模型
1、建立几何模型
2、定义物理条件
定义施加边界条件：。
●施加重力荷载：
●定义材料特性
a) 挡土墙材料特性b)地基土材料特性
●定义单元组
●定义接触
网格划分
保存数据库为diyingli.in或diyingli.idb
3、求解
输入将要生成的求解文件diyingli.dat，ADINA开始求解4、静力分析后处理结果
5、后处理结果中提取地应力
二、建立土压力计算模型
1、增加新的几何模型
2、定义模型的物理条件(略)
3、网格划分
4、求解
●求解控制
●求解过程
输入将要生成的求解文件tuyali.dat，ADINA开始求解5、后处理
挡土墙与地基的有效应力分布挡土墙的有效应力分布
（x=3.9m，z=-0.4m）有效应力曲线（y=-2.1m，z=0.4m）有效应力曲线
（x=3.9m，y=-1.7m）有效应力曲线
模态分析
在tuyali.in的基础上删除墙后填土（保留重力荷载）
一、求解
●分析类型设置
在求解类型中选择Frequencies/modes,然后点击，
二、后处理
●模态及频率
一阶模态二阶模态三阶模态
四阶模态五阶模态六阶模态
七阶模态八阶模态九阶模态
十阶模态。