基于钢棒相似土的刚性挡土墙非极限土压力研究

论文摘要

挡土墙在实际运营过程中受各类荷载及环境因素影响,经常处于非极限位移状态,但工程设计大多采用基于极限平衡理论的Coulomb及Rankine线性土压力理论进行设计计算,造成工程设计结果与挡墙实际受力特征不匹配。目前关于该方面研究大多采用室内模型试验,填料多为砂土,但由于实际加载过程中砂土压实度难控制、易变形,实验结果可靠性难以保证。为了克服试验缺陷,钢棒相似土由于试验条件可控、不存在压缩变形等特点,在研究中逐渐得到了应用。因此,本文在进行充分文献调研的基础上,采用钢棒相似工作为墙后填料,考虑平动(T)、绕墙顶转动(RT)及绕墙顶上某一点转动(RTT)三种位移模式,针对非极限位移状态下刚性挡土墙土压力分布规律开展了模型试验,并引入了粒子图像测速技术(PIV)用于捕捉墙后填土位移变形及破裂面的演化过程,建立了非极限位移模式下的土压力计算模型。根据论文研究,得到如下主要结论:1)通过钢棒相似土直剪试验,得到了不同粒径组合下钢棒相似土的内摩擦角,建立了内摩擦角与钢棒平均粒径的函数关系式,并采用颗粒离散元软件pFC2D进行了试验数据的验证,为理论分析提供了基础数据。2)开展了刚性挡墙平动(T)位移模式的模型试验,揭示了非极限位移模式下墙背土压力分布规律,验证了钢棒相似土作为挡墙模型试验填料的可行性。3)开展了刚性挡墙绕墙顶转动(RT)、绕墙顶上某一点转动(RTT)非极限位移模式下的室内模型试验,分析了不同位移量下墙背土压力分布特征、合力与合力作用点及填土破裂面变化规律,建立了两种非极限位移模式下的土压力实用计算模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 不同变位模式下刚性挡墙土压力分布特性研究现状
•     1.2.2 相似土研究现状
•     1.2.3 颗粒离散元模拟直剪试验研究现状
•     1.2.4 研究现状的不足
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 研究技术路线
•   1.5 主要创新点
• 第二章 钢棒相似土剪切特性试验研究
•   2.1 引言
•   2.2 钢棒相似土试验模拟原理
•   2.3 钢棒相似土剪切试验
•     2.3.1 试验目的
•     2.3.2 试验方法
•     2.3.3 试验方案
•       2.3.3.1 装置
•       2.3.3.2 材料
•       2.3.3.3 试验步骤
•       2.3.3.4 工况
•     2.3.4 试验结果
•       2.3.4.1 剪应力-应变曲线
•       2.3.4.2 内摩擦角确定
•   2.4 钢棒相似土颗粒离散元模拟
•     2.4.1 颗粒离散元计算方法
•       2.4.1.1 颗粒离散元软件简介
•       2.4.1.2 颗粒流方法的特点
•       2.4.1.3 颗粒流方法的计算流程
•     2.4.2 数值模型建立
•       2.4.2.1 基本参数
•       2.4.2.2 接触本构模型
•       2.4.2.3 加载方式
•       2.4.2.4 分析工况
•     2.4.3 数值模拟结果
•       2.4.3.1 剪应力-应变曲线
•       2.4.3.2 内摩擦角
•   2.5 本章小结
• 第三章 平动位移模式下刚性挡土墙非极限土压力模型试验研究
•   3.1 引言
•   3.2 现有土压力计算理论
•     3.2.1 静止土压力
•     3.2.2 主动土压力
•     3.2.3 非极限主动土压力
•     3.2.4 被动土压力
•     3.2.5 非极限被动土压力
•   3.3 刚性挡土墙土压力模型试验设计
•     3.3.1 试验目的
•     3.3.2 试验装置
•     3.3.3 试验材料
•     3.3.4 试验工况
•     3.3.5 加载方案
•     3.3.6 量测方案
•     3.3.7 试验流程
•   3.4 试验可行性分析
•     3.4.1 墙背土压力
•       3.4.1.1 静止土压力
•       3.4.1.2 主动土压力
•       3.4.1.3 被动土压力
•       3.4.1.4 填土面均布荷载土压力
•     3.4.2 填土破裂面
•       3.4.2.1 分布型式
•       3.4.2.2 钢棒粒径的影响
•   3.5 非极限土压力分布特性研究
•     3.5.1 非极限主动土压力
•     3.5.2 非极限被动土压力
•   3.6 本章小结
• 第四章 绕顶转动位移模式下刚性挡土墙非极限土压力模型试验研究
•   4.1 引言
•   4.2 现有土压力计算理论
•     4.2.1 RT主动土压力
•     4.2.2 RT被动土压力
•     4.2.3 RTT主动土压力
•     4.2.4 RTT被动土压力
•   4.3 RT位移模式下土压力研究
•     4.3.1 主动土压力
•       4.3.1.1 水平土压力
•       4.3.1.2 竖向土压力
•       4.3.1.3 合力与合力作用点
•       4.3.1.4 填土破裂面
•       4.3.1.5 土压力计算模型
•     4.3.2 被动土压力
•       4.3.2.1 水平土压力
•       4.3.2.2 竖向土压力
•       4.3.2.3 合力与合力作用点
•       4.3.2.4 填土破裂面
•       4.3.2.5 土压力计算模型
•   4.4 RTT位移模式下土压力研究
•     4.4.1 主动土压力
•     4.4.2 被动土压力
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈奇

导师: 张宏博,宋修广

关键词: 刚性挡土墙,钢棒相似土,变位模式,非极限位移,土压力

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 山东大学

分类号: TU476.4;TU432

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