基于塑性极限分析的主动土压力研究

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土压力是土力学的三大经典问题之一。库仑和朗肯两大经典土压力理论简化条件较多,且假设土压力沿挡墙呈线性分布,这与实验研究结果不符。针对传统理论的不足,本文采用塑性极限分析对主动土压力进行分析,具体如下:(1)本文假设土体的破坏模式分为纯平动及纯转动模式,采用塑性极限分析理论进行分析,土体纯平动破坏模式下破裂面形状为平面,纯转动破坏模式下破裂面形状为对数螺旋面。(2)在纯平动破坏模式下,分均质土体和双层土体两种情况,推导了满足相关联流动法则的主动土压力公式,并对滑裂角及主动土压力进行了影响因素分析。通过算例比较分析,均质土体平动公式计算结果与规范法公式计算结果一致;双层土体公式计算出的结果比传统库伦方法计算的结果略小,分析认为这是由于传统计算方法直接将第一层土按土重作为作用在第二层的顶面上的超载进行计算,没有考虑到挡土墙的边界条件、黏聚力以及主动土压力非线性分布等问题而产生的误差。(3)在纯转动破坏模式下,推导了满足相关联流动法则的主动土压力公式,得到了主动土压力大小与合力作用点位置、转动中心之间的关系。分析了主动土压力的特点,随着滑裂面曲率的增大,主动土压力越大,合力作用点位置越高。基于转动公式,分析了三种基本位移模式中的平动模式(T模式)和绕墙顶转动(RT模式)模式的主动土压力求解方法。当转动中心无限远时求得的主动土压力与纯平动模式推得的结果一致。(4)对主动土压力进行影响因素分析,同时得到平动模式(T模式)下合力作用点位置大致在0.2~0.4倍墙高处,绕墙顶转动模式(RT模式)下大致在0.5~0.7倍墙高处,所以主动土压力的分布形式应是非线性分布。
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