二级新型悬臂式挡土墙有限元分析
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。
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。
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。
悬臂式挡土墙解析PPT课件
悬臂式挡土墙的设计 悬臂式挡土墙的构造 3.凸榫 •为提高挡土墙抗滑稳定的能力，底 板可设置凸榫，厚度除了满足混凝 土的直剪和抗弯的要求以外，为了 便于施工，还不应小于30cm。
悬臂式挡土墙的设计 悬臂式挡土墙的构造 4.其他 •伸缩缝的间距不应大于20m。 •沉降缝、泄水孔的设置应符合重力式挡土墙的相关 要求。 •墙身混凝土强度等级不宜低于C30，受力钢筋直径 不应小于12mm。墙后填土应在墙身混凝土强度达到 设计强度的70%时方可进行。
H La
②底板配筋设计
墙踵板受力钢筋，设置在墙踵板的顶面。受力筋一端插入立臂与底板连 接 处以左不小于一个锚固长度；另一端按材料图切断，在理论切断点向外伸出一个 锚固长度。 墙趾板的受力钢筋，应设置于墙趾板的底面，该筋一端伸人墙趾板与 立臂 连接处以右不小于一个锚固长度；另一端一半延伸到墙趾，另一半在B1/2处再加 一个锚固长度处切断。
250 150 600
3000
总竖向力：
G1k G2k
1600
max
B
D
(6)结构设计 立臂与底板均采用 C20 混凝土和Ⅱ级钢筋， fck=13.4N/mm2 ， ftk=1.54N/mm2 ， fy=300N/mm2 ， Es=2× 105N/mm2； 1) 立臂设计 底截面设计弯矩：M=10× 1.5× 1.3+25.5× 1× 1.20=50.1kN· m/m； 标准弯矩： Mk=10× 1.5+25.5× 1=40.50 kN· m/m； 强度计算：取 h0=250-40=210mm，b=1000mm；
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2019/4/26
③裂缝宽度验算
悬臂式挡土墙设计实例 已知：设计一无石料地区挡土墙，墙背填土与墙前地面高 差为2.4m，填土表面水平，上有均布标准荷载， pk 10kN / m2 地基承载力设计值为 ，填土的标准重 s 17kN / m3 120kN / m2 度 ，内摩擦力 ,底板与地基摩擦 300 0.45 系数 ，由于采用钢筋混凝土挡土墙，墙背 竖直且光滑，可假定墙背与填土之间的摩擦角 0 方 。
悬臂式挡土墙抗滑稳定性分析
悬臂式挡土墙抗滑稳定性分析施小平【摘要】基于强度折减有限元方法,对悬臂式挡土墙的抗滑稳定性进行了探讨.对比计算表明,悬臂式挡土墙的结构特征导致墙后填土内会出现第二滑裂面,其与坦墙的第二滑裂面有着本质的不同.悬臂式挡土墙的抗滑稳定性随着墙踵板、墙趾板宽度的增加而增加.当填土面倾斜时,土体主应力发生偏转,使挡土墙受到了更多土体的推挤作用,从而降低了挡土墙的稳定性.相同凸榫长度时,凸榫布置在越靠近墙踵板后下方的位置得到的安全系数最大,而布置在墙趾板前下方的安全系数较小.随着凸榫高度的增加,挡土结构物的安全系数也增大.实际工程中应尽量选择重度较小、黏聚力与内摩擦角较大的土体作为填料.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2015(013)001【总页数】5页(P108-112)【关键词】悬臂式挡土墙;稳定性;滑裂面;有限元【作者】施小平【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TU452悬臂式挡土墙是由立臂式面板、墙趾板、墙踵板三部分组成的。
采用钢筋混凝土材料建造的支挡结构。
它依靠墙身自重和墙底板以上填筑土体(包括荷载)的重力维持挡土墙的稳定，具有厚度小、自重轻、高度较大、投资经济等特点，适用于石料缺乏和地基承载力较低的填方路段[1-4]。
一般地，悬臂式挡土墙设计中需验算抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、墙身截面强度、地基承载力等内容[5- 6]。
在此过程中，通常采用郎肯理论或库伦理论进行土压力计算。
郎肯土压力理论假定挡土墙墙背光滑、直立、填土面水平，库伦土压力理论假定墙后填土是理想的散粒体、滑动破坏面为一平面、滑动土体为刚体。
但是这些假定与实际情况不尽相同，因此有时给计算结果带来较大的误差。
特别是对于挡土墙构型多变、地质条件复杂的情况，采用传统方法对挡土墙进行稳定性分析困难更大。
随着有限元技术的发展，利用有限元数值模型分析挡土墙结构的稳定性成为一种有效的途径。
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。
二级新型悬臂式挡土墙主动土压力计算方法_王景环
Active earth pressure calculation method of two level new structure of cantilever retaining wall
2 2 2 2 WANG Jinghuan1， ， LU Yiyu1， ， GUO Jianqiang3 ， DU Peng1， ， HUANG Hui1，
［3 ］ ［1－2 ］
－2］ 采用对数螺旋线及直线组成的复合破坏面分析 挡土墙的地震土压力问题， 但在计算过程中事先假设 3］利用运动学的极 了土压力的作用点位置。 文献［
、 极限
、 特征线法
［4－5 ］
和数值模拟法
［6－7 ］
。 文献［ 1
收稿日期： 2012 － 03 － 29 责任编辑： 王婉洁 基金项目： 中央高校基本科研业务费科研专项自然科学类资助项目（ CDJZR10248801 ） E－mail： wangjinghuan_000@ sina. com 作者简介： 王景环（ 1980 —） ， 男， 江西抚州人， 博士研究生。Tel： 023－65106640 ，
增刊 1
王景环等： 二级新型悬臂式挡土墙主动土压力计算方法
83
限分析结合拟静力分析法得到了静力和动力土压力 系数的上限解， 但分析中也假设了土压力的作用点高 － 。 ［ 4 5 ］ 度 文献 利用滑移线法结合拟静力分析得到 了挡土墙极限状态下的土压力系数 ， 也采用了土压力 6 － 7］ 作用在 1 /3 墙高处的假设。 文献［ 采用有限元 软件分析挡土墙极限主动和被动土压力及周围土体 的变形特性， 但存在模型的选取和假设是否合理等问 题。顾慰慈 胡晓军
［9 ］
基于极限平衡原理推导了黏性土主动 土压力的精确解， 但对超载和开裂的处理比较复杂； 对该精确解进行了改进； 林智勇等
两级垛式悬臂挡土墙结构特性数值分析
第33卷 第5期 2019年9月湖 南 工 业 大 学 学 报Journal of Hunan University of TechnologyV ol.33 No.5 Sep. 2019doi:10.3969/j.issn.1673-9833.2019.05.001收稿日期：2018-07-05基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（2017JJ2087），浙江省交通科技基金资助项目（2016041，2017033）作者简介：刘 泽（1975-），男，湖南攸县人，湖南科技大学教师，博士，硕士生导师，主要从事支挡结构与地基处理方 面的教学与研究，E-mail ：csuzeliu@两级垛式悬臂挡土墙结构特性数值分析刘 泽1, 2，黄天棋1, 2，蒋梅东1, 2，何 矾1, 2（1. 湖南科技大学 土木工程学院，湖南 湘潭 411201；2. 湖南科技大学 岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201）摘 要：采用FLAC 3d 建立两级装配式悬臂挡土墙和相同墙高的扶臂式挡墙分析模型，通过对比两者的应力与变形，研究了两级悬臂式挡墙垛式装配使用的可行性与受力变形特点，并讨论了上、下级墙之间水平距离、上级墙基底埋深以及填土强度指标对挡土墙结构的影响。
研究表明，将两级悬臂式挡墙垛式装配使用是可行的；增大上、下级墙的水平间距有利于减小挡墙侧向变形和基底应力；上级墙基底埋深对挡墙的变形影响较小；随着填土黏聚力和内摩擦角的增加，挡墙侧向变形减小，基底竖向应力稍有增大。
关键词：垛式装配；悬臂式挡土墙；结构特性；FLAC 3d ；数值分析中图分类号：TU476+.4 文献标志码：A 文章编号：1673-9833(2019)05-0001-07引文格式：刘 泽，黄天棋，蒋梅东，等. 两级垛式悬臂挡土墙结构特性数值分析[J]. 湖南工业大学学报，2019，33(5)：1-7.A Numerical Analysis of the Structure Characteristics ofTwo-Stage Stacked Cantilever Retaining WallsLIU Ze 1，2，HUANG Tianqi 1，2，JIANG Meidong 1，2，HE Fan 1，2（1. School of Civil Engineering ，Hunan University of Science and Technology ，Xiangtan Hunan 411201，China ；2. Hunan Province Key Laboratory of Geotechnical Engineering Stability Control and Health Monitoring ，Hunan University ofScience and Technology ，Xiangtan Hunan 411201，China ）Abstract ：FLAC 3d is used to establish the analytical model of two-stage cantilever retaining wall and arm retaining wall with the same wall height. Based on the comparison of the stresses and deformations of the two-stage cantilever retaining walls, a research has been carried out on the feasibility of assembling the two-stage cantilever retaining wall and the characteristics of stress and deformation, followed by a tentative inquiry into the effects of horizontal distance between the upper and lower walls, the depth of the upper wall basement and the strength index of the filling on the structure of the retaining wall. The results verifies the feasibility of the assembly of the two-stage stacked cantilever retaining walls. An increase of the horizontal spacing between the upper and lower walls helps to reduce the lateral deformation and stress of the retaining wall; the depth of the upper wall basement has little effect on the deformation of the retaining wall; with the increase of cohesion and internal friction angle of the filling soil, the lateral deformation of the retaining wall decreases while the vertical stress of the basement increases slightly.Keywords ：stacking assembly ；cantilever retaining wall ；structural characteristics ；FLAC 3d ；numerical analysis2湖 南 工 业 大 学 学 报2019年1 研究背景挡土墙是公路、铁路、水利、市政等工程领域常见的构筑物。
二级新型悬臂式挡土墙有限元分析
二级新型悬臂式挡土墙有限元分析王景环;傅绍娟【摘要】通过采用ADINA软件进行有限元分析,分析了二级新型悬臂式挡墙实际墙背土压力分布特点,并与解析计算结果进行对比分析,探讨了二级新型悬臂式挡墙独有的优越性,为今后类似工程的修建提出了一些有益的施工建议.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)013【总页数】2页(P79-80)【关键词】二级悬臂式挡土墙;有限元;土压力【作者】王景环;傅绍娟【作者单位】江西省水利科学研究院,江西南昌,330029;新千县黄泥埠水库管理局,江西新千,331306【正文语种】中文【中图分类】TU476.4随着经济的发展,铁路、公路、水利等工程上支挡结构大量出现,对支挡结构的要求越来越高,综合考虑的因素也较多,因此在挡墙的发展方向上,将更多的考虑结构的轻型化、机械化,充分发挥建筑材料的强度性能等特点,而悬臂(扶壁)式挡墙能满足以上要求,同时还能依靠墙后填土来维持稳定,适用一定的交替变形,种种特点说明了二级悬臂式挡墙必然得到更广泛的发展。
同时,为了进一步扩大这种支挡结构应用范围,本文将探讨二级新型悬臂式挡墙这一新形式,为今后的实际工程提供一定的理论基础。
1 计算模型选用采用平面应变的有限元进行分析,同时考虑挡墙与土之间的接触,在挡墙实际墙背与填土之间设置接触对,选用单元类型的原则是:用最少数目的单元达到最高的计算精度且使运算时间最少,本分析中采用4节点四边形等参数单元将分析范围进行有限元剖分。
悬臂式挡墙模型底面长度为40 m,约为挡墙墙底板长度的10倍,不考虑挡墙墙踵前土的作用,墙前距离为9 m,墙顶及填土的总长为31 m,在划分网格时采用映射网格划分方法,在可能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式挡墙模型,在挡墙计算墙面内加密网格。
本文采用ADINA在计算时所用的是平面4节点等参数单元和Gauss积分方式[1]。
2 计算参数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,计算简图见图1。
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。
【精编】悬臂式及锚杆挡土墙分析PPT课件
（6-7） （6-8）
6.3.2.2 柱状剪切法
T u D 2 L 1 1 D 2 L 22
（6-9）
6.4 构件设计
6.4.1 挡土板设计
（1）挡土板的基本构造 （2）板壁式锚杆挡土墙墙面板的基本构造 （3）挡土板内力计算的结构 （4）挡土板上的土压力
6.4.1.1 视挡土板为简支板的内力计算
6.3.1.3 土层锚杆抗拔力 ——取决于地层和砂浆的摩阻力
（1）锚杆的极限抗拔力
Tu DLe
（6-2）
式中， τ为砂浆与孔壁的平均抗剪强度，取决于地层 特性和砂浆质量，宜由现场拉拔试验确定。
（2）平均抗剪强度确定 锚杆孔壁与砂浆接触面的抗剪强度与以下三种破
坏形式有关，即
●砂浆接触面外围的地层剪切破坏； ●沿着砂浆与孔壁的接触面剪切破坏； ●接触面内砂浆的剪切破坏。
（6-12） （6-13）
●隔离体受到的竖直向的力及其引起的弯矩
Pp qRsin
M p q R sin0x q x 22
x R s in 0 R s in
M p q R 2s in 20 s in 2 2
（6-18） （6-17）
（2）内力:
M x M p H R c o s c o s0 （6-14）
●长期强度 ●应力不均匀
6.3.2 括孔型灌浆锚杆的抗拔力
6.3.2.1 压缩桩法
（1）计算公式（土层） Tu FQ
（6-5）
T u D 1Z Z 1 1 L 11 d Z D 2Z Z 2 2 L 22 d Z q d S（6-6）
（2）参数取值
qd 9c qd 6kc
（3）注意事项
W3
W 4 2 E hsin B 3
填土支护中悬臂式挡土墙力学特性的有限元分析
填土支护中悬臂式挡土墙力学特性的有限元分析张康凯;周文娟;郑树军【摘要】基于有限元数值分析方法,采用商用有限元软件Abaqus对悬臂式挡土墙进行建模计算,验证了有限元方法在分析挡土墙问题时的可靠性.另外通过参数分析,研究了不同附加荷载以及不同内摩擦角两种工况下的挡土墙受力特性,可为悬臂式挡土墙的工程设计提供一定的参考意义.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2018(044)036【总页数】2页(P87-88)【关键词】悬臂式挡土墙;支护;力学特性;有限元;Abaqus【作者】张康凯;周文娟;郑树军【作者单位】浙江华东工程咨询有限公司,浙江杭州 311122;华东勘测设计研究院有限公司,浙江杭州 311122;浙江华东工程咨询有限公司,浙江杭州 311122【正文语种】中文【中图分类】TU476.41 概述挡土墙是广泛用于路基填土或山坡土体，以防止填土或土体变形失稳的构造物。
在实际工程中，当悬臂式挡土墙用于支挡不稳定的土体或岩层时，它要承受较大的土壤侧压力，为了避免挡土墙遭受各种形式的破坏，就必须保证挡土墙在设计荷载作用下，具有足够的强度(坚固性、耐久性)和稳定性[1]。
为此国内外学者针对挡土墙的力学特性开展了大量的研究。
Terzaghi.K(1943年)通过一系列的模型试验，分析得到了土体的极限状态和挡土墙变形之间的关系，并指出只有当土体发生剪切破坏的同时挡土墙的水平位移达到一定值，库仑土压力理论和朗肯土压力理论的结果才是正确的[2]。
张勇通过对挡土墙进行数值模拟和模型试验分析了高速铁路挡土墙后土压力的分布规律，认为在动荷载作用下的墙背土压力分布呈现中上部较大的规律[3]。
目前的研究多是基于理论以及模型试验的研究，但是随着计算机技术的发展以及数值计算的普遍使用，避免了模型试验的费事费钱的缺点，同时可从另一方面对理论进行证实。
本文基于大型商用有限元软件Abaqus对悬臂式挡土墙进行建模计算，研究其在填土自重荷载以及附加荷载作用下的受力特性，从而为悬臂式挡土墙的工程设计提供一定的参考意义。
二级悬臂式挡土墙的力学分析
二级悬臂式挡土墙的力学分析苏利亚【摘要】采用ANSYS软件对二级悬臂式挡土墙进行位移和应力分析,确定一阶悬臂式挡土墙重点分析X方向的位移和Y方向的位移,二阶悬臂式挡土墙重点分析其墙背和墙踵面的受力情况;绘制出相应位置的位移和应力的分布曲线图,找到其规律,为以后的设计施工提供一定的参考.【期刊名称】《黑龙江交通科技》【年(卷),期】2017(040)005【总页数】2页(P10-11)【关键词】悬臂式挡土墙;ANSYS;土压力【作者】苏利亚【作者单位】内蒙古科技大学建筑与土木学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】U412在本模型中需要输入以下材料参数，弹性模量、重度、泊松比；内摩擦角与黏聚力是材料抗剪强度的两个力学指标，而在本例中认为挡土墙为弹性体，因此可不设内摩擦角与黏聚力。
如图1所示，第一阶悬臂式挡土墙在上部，基底放置在土体上；第二阶悬臂式挡土墙在下部，基底放置在岩体上。
第一阶挡土墙墙背坡度比为1∶0.05，腋宽0.5 m，腋高0.3 m，基础埋深0.3 m，底部宽度2.5 m，顶宽0.3 m，挡土墙总高4.5 m。
第二阶挡土墙墙背坡度比为1∶0.05，腋宽0.8 m，腋高1.3 m，基础埋深0.5 m，底部宽度3.1 m，顶宽0.6 m，挡土墙总高4.5 m。
Plane82能很好的支持自动网格划分，所以本例采用自动网格划分工具，网格划分的最终结果见图2。
只考虑重力场作用，不考虑其它荷载。
图3是分别在第一阶悬臂式挡土墙和第二阶悬臂式挡土墙墙背上取点，得到的X 方向位移曲线图。
由图3可以看出，挡土墙X方向最大位移发生在第一阶挡土墙距墙底4.5 m处，最大位移为26.32 mm。
最小位移处发生在第二阶挡土墙距墙底处。
第二阶挡土墙最大位移也仅为2.99 mm。
图4是分别在第一阶悬臂式挡土墙和第二阶悬臂式挡土墙墙底取点，得到的Y方向位移曲线图。
由图4可以看出，整体上第一阶挡土墙位移从墙趾端到墙踵端逐渐减小，大体上成线性分布，第二阶挡土墙墙底Y方向位移整体都趋近与零。
悬臂式排桩支挡结构有限元分析示例
ｃａｖｅｓ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｏｆ ｂｒｉｃｋ ａｎｄ ｓｔｏｎｅ ｃａｖｅｓꎬ ｃｏｌｌａｔｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ
7 600
在城市和工厂建设中ꎬ新建或改扩建工程受场地限制
或布置需要经常会紧邻既有结构物ꎮ 对于深度大于 ５ ｍ 的
深基坑ꎬ支护工程在施工过程中是危险性较大的分项工程ꎬ
需要通过可靠的设计计算和施工时实时的监测来控制工程
风险ꎮ 基坑支护方式一般根据基坑的深度和场地地质、水
文等周边条件进行经济性和适用性选择ꎮ 在无法设置支撑
１ １００ ｍｍꎮ 排桩桩顶设置冠梁ꎬ冠梁采用 ８００ ｍｍ × ８００ ｍｍ
矩形冠梁ꎮ 桩间采用喷射 ６０ ｍｍ Ｃ２０ 细石混凝土钢筋网面
层ꎬ起到挡水和挡土的作用ꎮ 支护平面图如图 １ 所示ꎮ
400
新建工程
400 20 喷射 60 mm C20 细石混凝土
12@200×200 钢筋网
1 100
图2
悬臂式排桩支挡结构有限元分析示例
张金明 王 亮
( 中冶京诚工程技术有限公司ꎬ北京 １００１７６)
摘 要:以韶关某厂区悬臂式排桩支挡结构为实例ꎬ采用理正每延米计算模型和 Ａｎｓｙｓ 平面应变模型对其进行分析对比ꎬ分析结
果基本一致ꎬ但存在一定的极值差异ꎬ采用经典方法设计更偏于安全ꎬ悬臂式排桩支护较为适用于粘性土基坑ꎮ
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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
式挡墙模型 ， 在挡墙计算 墙 面 内加 密 网格 。本文 采用 Ａ Ｎ ＤＩ Ａ在 计算时所用 的是平面 ４ 节点等参数单元 和 Ｇ ｕｓ ａｓ 积分方式 ｌ 。 １ Ｊ
二级 新 型 悬臂 式挡 土墙 有 限 元分 析
王景 环
摘
傅 绍娟
要： 通过采用 Ａ Ｎ ＤＩ Ａ软件进行有 限元分析 ， 分析 了二 级新型 悬臂 式挡 墙实 际墙背 土压力分 布特 点， 与解析 计算 并
结果进行 对比分析 ， 探讨 了二级新型悬臂 式挡墙独有 的优越性 ， 为今后类似工程 的修建提 出 了一些有益的施工建议。
第３ ６卷 第 １ ３期 ２０ １ ０ 年 ５ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ 兀 Ｉ ＲＥ
Ｖｏ ＿ ６ Ｎｏ． ３ Ｉ３ １
Ｍａ ． ２ １ ｙ ００
・７ ・ ９
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １—０ ９０ １ ０ —８５ ２ １ ）３０ ７ —２
ｎ ａ ｏｉ ， ｉ ｎ ｓ ｔ ， Ａ ， ９ ６． ｅ ｐ ｌ Ｍ ｎ ｅｏ ａ ＵＳ １ ９ ｓ
［ ］ Ｉｇｉ Ｄ， ｃ ｏ Ｎ ｅｇａｄＥ，ｔａ． ａｅ ｎ ａ ｔ １ ｎｌ Ｍａｌ ｄＧ， ａｓａｒ ｅ １ Ｂ ｓｍｅｔｗ ｌｗｉ ｓ ｅ ｌ ｈ
ｓ ｉ ｃ ｅ ｒ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｏ ｅ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏｙ ｔ ｒ ｎ ｏ ｍ ｅｓ ａ ｔ ｒｓ ｕ ｅ ａ ｄ ｎ ｖ ｌ ｘ ａ ｄ ｄ ｐ ｌ ｓｙ ｅ ｅ ｆａ ｍｉ ｓ
４ 有 限元结 果分析
１ 实际墙背位移 。从上墙立板水平 位移 中可以看 出， ） 上墙墙 顶 的水平位移较 大 ， 达到 ０ ７ｒＩ 朝 填土方 向移 动 ， ． ｎ， ｎ 而墙底 水平 位 移则 较小 ， 基本上 反映 了上墙 水平 位移 的线性 变化 ， 结合 底板
２ 计算 参数
８ ３５ ．
８
２ ０ １ ８
２ ０
３ ５ Ｏ
３ ５
２ ８ ３ ５
２ ８
为 了进一步扩大这种支挡结构应用 范 围， 本文将探 讨二级新 型悬
钢筋混凝土
２ ５∞Ｏ
０２ ．
２ ０
Ｂ
３０ ０
６ ０
臂式挡墙这一新形式 ， 为今后 的实 际工程提供一定 的理论 基础。
Ｇ ｏｅｈ ｉ ｏｉｙＶａｃｕｅ，（ Ｃｎｄ ，９ ６３ ）２ ．５ ｅｔ ｎｃ Ｓ ｃ ｔ， ｎｏｖｒ１２ ａａａ１９ （６ ：２２ ． ｃ ｌ ａ ｅ ３， ｔｅ ｈ—ｈ ａｔｑａ ｅＪ ． ａ ｅｔ ｈＪ２ ０ （０ ：０２ ． ｈ Ｃ ｉ ｉ ｒ ｕｋ ［］Ｃ ｎＧ ｏｅ ，０ ３ ４ ）２ －２ Ｃ ｅ ｈ ｃ
种 种 特 点说 明 了 二级 悬 臂 式 挡 墙 必 然 得 到 更 广 泛 的 发 展 。 同 时 ，
项目
墙背天然土 墙背填土模
Ｅ／ ～ ａ
泊松 比
０２ ５ ０２ ８
０２ ５
容重 ７
ｋ Ｎ，
粘聚力
Ｃ以ｒａ Ｐ
内摩擦角
／。 （）
ｂ ｆ ｒｌ ｅ ［ ］ Ｔ ｎｈ Ａ ｎ ａ Ｓ ｍｐｓ ｍ ｆｔｅＶ ｎｏ ｖｒ ［ ］ Ｆ ｎ ， ａ ｇＹ Ｃ Ｃ ｅ Ｊ Ｒ ｔｉｉ ａｌ ｄｍａ ｅ ｕｆ ｙｒ Ｊ ． ｅｔ ｎ ｕ ｌ ｙ ｏｉ ｏ ｈ ａ ｃｕ ｅ ３ ｅ ａ ｕ ａｇＹ Ｓ Ｙ ｎ ， ｈｎＴ ． ｅ ｎｎ ｗ ｓ ａ ｇｄｉ ａ ｇ ｌ ｎ
１ 计算 模 型选 用
采用平 面应变 的有 限元进 行分析 ， 同时考虑挡墙 与土之 间的 接触 ， 在挡墙 实际墙 背 与填土 之 间设 置接 触对 ， 用单 元类 型 的 选 原则是 ： 用最少数 目的单元达到最高 的计算精度且 使运算 时间最 少 ， 分析中采用 ４节点四边形等参数 单元将分析 范 围进行 有限 本 元剖分 。悬臂式挡墙模 型底 面长度 为 ４ 约为挡墙墙底板长度 ０ｍ， 的 １倍 ， ０ 不考虑挡墙墙踵前土 的作用 ， 墙前距离为 ９ｍ， 墙顶及填