绕墙底转动挡土墙非极限状态被动土压力研究

发布时间：2017-04-18 08:12

  本文关键词：绕墙底转动挡土墙非极限状态被动土压力研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：挡土墙土压力的计算是一古老却又不乏新意的课题。经典的库伦、朗肯土压力理论,因其力学概念明确在挡土墙设计上广泛应用。但在实际情况下,经典理论的计算结果往往与挡土墙实际受力情况相差较大,使得挡墙主动受力状态时的计算结果偏小(不安全),被动受力状态时的计算结果偏大(不经济)。因此,有必要寻求合理的方法计算挡土墙土压力。现有的文献表明,挡土墙土压力沿墙高呈非线性分布,其大小与位移模式、墙土间的摩擦等等有关,并得出许多重要结论。然而,土压力分布、大小及作用点位置与其影响因素的关系的系统研究不够充分。本文以绕墙底转动非极限被动受力状态的挡土墙为研究对象,通过大型有限元软件ANSYS模拟其受力情况,分析墙后土体相对位移区;采用单因素分析法讨论土压力大小、分布、作用点及侧压力系数与墙体转角(墙顶位移比)、墙土间摩擦角(外摩擦角)、土体内摩擦角、土体弹性模量和泊松比五个因素的具体关系;并改进了朗肯土压力计算方法,将改进后的公式与ANSYS模拟结果做了土压力合力的对比。得出以下主要结论:(1)墙后土体相对位移区面积随墙顶水平位移、内摩擦角、泊松比的增加而增大;随外摩擦角、弹性模量的增加而减小。(2)挡土墙侧压力系数、土压力合力大小随墙顶水平位移、内摩擦角、外摩擦角、弹性模量、泊松比五个因素的增加而增大。(3)土压力合力作用点位置的高度随墙顶位移比、内摩擦角、弹性模量的增加而升高,与外摩擦角几乎无关,随泊松比增加而微微降低。挡土墙墙后土体开始出现破坏时的被动土压力大小约为静止时的5倍,此时合力作用点位置约为0.55倍的墙高。(4)改进的朗肯土压力计算公式,在计算挡土墙非极限状态被动土压力合力时与ANSYS模拟结果吻合较好。
【关键词】：挡土墙 非极限状态 被动土压力 RB模式 ANSYS 相对位移区
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476.4;TU432
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 概述11
• 1.2 挡土墙土压力研究现状11-19
• 1.2.1 计算理论分析现状11-17
• 1.2.2 试验研究现状17-18
• 1.2.3 数值模拟分析现状18-19
• 1.3 本文主要工作内容19-21
• 第二章 有限元理论及挡土墙ANSYS模型的建立21-32
• 2.1 有限元法21-24
• 2.1.1 有限元发展与基本思想21-22
• 2.1.2 有限元法分析的基本过程22-24
• 2.2 单元选择24-27
• 2.2.1 PLANE42单元24-25
• 2.2.2 TARGE169单元25-26
• 2.2.3 CONTAC172单元26-27
• 2.3 挡土墙模型的建立27-32
• 2.3.1 模型结构参数27
• 2.3.2 模型材料参数27
• 2.3.3 模型网格划分及接触摩擦27-30
• 2.3.4 模型边界条件、荷载施加、求解设置30-32
• 第三章 墙后土体相对位移区及挡墙侧压力系数分布32-45
• 3.1 挡土墙后砂土相对位移区32-39
• 3.1.1 墙顶位移比对相对位移区的影响32-35
• 3.1.2 内摩擦角对相对位移区的影响35-36
• 3.1.3 外摩擦角对相对位移区的影响36-37
• 3.1.4 弹性模量对相对位移区的影响37-38
• 3.1.5 泊松比对相对位移区的影响38-39
• 3.2 挡土墙侧压力系数分布39-44
• 3.2.1 墙顶位移比与侧压力系数关系39-40
• 3.2.2 内摩擦角与侧压力系数关系40-41
• 3.2.3 外摩擦角与侧压力系数关系41-42
• 3.2.4 弹性模量与侧压力系数关系42-43
• 3.2.5 泊松比与侧压力系数关系43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 挡土墙非极限被动受力影响因素分析45-58
• 4.1 墙顶位移比与土压力关系45-47
• 4.1.1 被动土压力分布45-46
• 4.1.2 土压力合力、总侧压力系数46-47
• 4.1.3 土压力合力作用点高度47
• 4.2 内摩擦角与土压力关系47-50
• 4.2.1 被动土压力分布47-48
• 4.2.2 土压力合力、总侧压力系数48-49
• 4.2.3 土压力合力作用点高度49-50
• 4.3 外摩擦角与土压力关系50-52
• 4.3.1 被动土压力分布50-51
• 4.3.2 土压力合力、总侧压力系数51-52
• 4.3.3 土压力合力作用点高度52
• 4.4 弹性模量与土压力关系52-55
• 4.4.1 被动土压力分布52-53
• 4.4.2 土压力合力、总侧压力系数53-54
• 4.4.3 土压力合力作用点高度54-55
• 4.5 泊松比与土压力关系55-57
• 4.5.1 被动土压力分布55-56
• 4.5.2 土压力合力、总侧压力系数56-57
• 4.5.3 土压力合力作用点高度57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 绕墙底转动挡土墙非极限状态下被动土压力公式58-65
• 5.1 墙体位移对摩擦角的影响58
• 5.2 挡土墙被动土压力系数及分布公式58-60
• 5.3 算例分析及对比60-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文71

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