考虑变形的朗肯土压力模型

20620(6)851853200111ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringNov.2001200062020009191975199799122(1210098)(2210009)TU432A1000-6915(2001)06-0851-041pasappsp),(passs∈2[1]()()1(0.0010.003)H(H)sa(0.020.05)Hps15sa()1[2]1Fig.1Variationofearthpressurewiththedisplacementof•852•2001retainingwall1Table1Displacementsaccordingtodifferentearthpressures(0.0010.005)H0.05H(0.0010.005)H0.1H(0.0040.010)H(0.0040.010)HH3[34]0),(24)(e1)(apkkpssb⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=-jjj0p)(jk),(ajsbb0kb0p3),(11sp),(22sp),(33sp3.1(1)s=002pp=(2)(3)+∞→s0p24pkp+=-∞→s0a24pkp-=s[sasp][sa15sa](4)x0s022sp∂∂0s022sp∂∂0s022sp∂∂0s0s0s03.2(1)s0p2p0(1)(2)sspppp(pp)0pp24e1pkkpbs⎟⎠⎞⎜⎝⎛--+=-aebsA-=sp15sa015p241pkAkp⎟⎠⎞⎜⎝⎛--+=-b0sa0bsa0A101-A1015→-A1+015→-A0p24pkp+≈420p-=ppk(3)ssappa(pa)0a24e1apkkpbs⎟⎠⎞⎜⎝⎛--+=-aebsA-=0a241pkAkp⎟⎠⎞⎜⎝⎛--+=12240a-+-=kkkkA206.•853•ka0pap4pppppA+--=00pp2pkkp=00aa2pkkp=k0kakpkA440p-=kkka0pap2kkkkkA+--=alnsAb-=4⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=245tan2ajοk⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=245tan2pjοkjj′-=sin10k4sin1245tan42-′-⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=jjοk⎟⎠⎞⎜⎝⎛-+′--⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟⎠⎞⎜⎝⎛--⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=245tan)sin1(2245tan245tan245tan2222jjjjjοοοοAalnsAb-=2/)sin1(0hpgj′-=gh2)sin1(28sin1)245(tan4e14sin1)245(tan42ln2ahpssAgjjjjj′-⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝⎛-′-+-+-′-+=⋅οο30pkbghj′jsakAj232jkFig.2j-kcurve3jAFig.3j-Acurve5[56]j22.7j′jj′24(•854•2001)22.11424sin127.2245tan42=--⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=οοοk20.127.2245tan)24sin1(227.2245tan27.2245tan27.2245tan2222=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛-+--⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛--⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=οοοοοοοοοAaa18.0lnssAb-=-=[5]p14p11p822(pa/p)(pa/p)5%(pa/p)(pa/p)2Table2Calculatedandmeasuredearthpressureaccordingtodifferentdisplacementsofdifferentpoints1p2p02745.04422.11)2.11(222.1144)1(2)/(a=--+=--+=kAkpp50%(pa/p)(pa/p)(pa/p)6(1)(2)(pa/p)(pa/p)5%(pa/p)(pa/p)50%(1)(pa/p)(pa/p)(pa/p)(2)1.[M].19951391402.[M].19973.[J].200033(5)79824.[J].200019(3)3763795.[J].199214(6)90966.[J].200120(1)11031106p14P11P8sa/mm(pa/p)/kPa(pa/p)/kPasa/mm(pa/p)/kPa(pa/p)/kPasa/mm(pa/p)/kPa(pa/p)/kPa1.60.7620.7451.40.730.7451.30.4710.745s/mmp/kPap/kPas/mmp/kPap/kPas/mmp/kPap/kPa058.558.5040.040.0017.017.00.553.153.80.534.236.30.512.015.31.049.249.21.031.032.71.09.513.61.644.643.61.429.229.81.38.012.6206.•855•RANKINEEARTHPRESSUREMODELCONSIDERINGDEFORMATIONMeiGuoxiong1ZaiJinmin2(1GeotechnicalEngineeringInstituteHohaiUniversityNanjing210098China)(2NanjingArchitecturalandCivilEngineeringInstituteNanjing210009China)AbstractAccordingtothepresentedearthpressuremodelconsideringdeformationRankineearthpressuremodelconsideringdeformationisderived.Thenthemodelisconfirmedbycentrifugalmodeltest.Theresultsshowthereasonabilityofthemodel.Keywordsdeformationearthpressureretainingwall考虑变形的朗肯土压力模型作者：梅国雄，宰金珉作者单位：梅国雄(河海大学岩土工程研究所;南京建筑工程学院岩土工程研究所)，宰金珉(南京建筑工程学院岩土工程研究所,)刊名：岩石力学与工程学报英文刊名：CHINESEJOURNALOFROCKMECHANICSANDENGINEERING年，卷(期)：2001，20(6)被引用次数：36次参考文献(6条)1.钱家欢土力学19952.刘建航.侯学渊基坑工程手册19973.梅国雄.宰金珉现场监测实时分析中的土压力计算公式[期刊论文]-土木工程学报2000(05)4.胡敏云.夏永承.高渠清桩排式支护护壁桩侧土压力计算原理[期刊论文]-岩石力学与工程学报2000(03)5.岳祖润.彭胤宗.张师德压实粘性填土挡土墙土压力离心模型试验[期刊论文]-岩土工程学报1992(06)6.介玉新.揭冠周.李广信二维渗流情况下朗肯与库仑土压力理论的比较分析2001(20)相似文献(10条)1.学位论文程瑶FRP板桩的土压力和变形研究2007在陆地资源日益紧缺的今天，加强港口、码头、海岸工程的开发与利用必将成为实现我国经济和谐发展的战略选择。随着这些工程的开发与利用，板桩墙的应用也会越来越广泛。港口、码头工程所处的环境比陆地环境恶劣得多，钢材、混凝土等传统板桩墙体材料难以适应港口、码头工程所处的环境而使板桩的耐久性大大降低，迫切需要一种新型板桩材料来代替传统材料。玻璃纤维聚合物复合材料(FiberReinforcedPolymer，简称为FRP)能克服传统材料的诸多缺点，具有轻质高强、耐腐蚀、方便设计、弹性性能好等优点，是一种比较理想的新型材料，已在我国土木工程中加固和修复工程中得到了广泛应用。FRP板桩虽然具有良好的抗化学侵蚀以及防止电化学腐蚀性能和较高的强度，较低的吸水率和较强的抗冻融能力和较强的适应恶劣的水下环境，比木材、混凝土和钢材板桩具有更好的耐久性，维修费用低，且施工方便等优点，但由于FRP复合材料制作成本较高和缺乏FRP复合板桩相关理论研究等原因，FRP复合板桩未能得到推广和应用。因此，迫切需要加强FRP复合板桩的土压力及其变形等方面的理论研究，这样才能为FRP复合板桩在海岸工程和滨水地区结构工程中赢得广阔的应用空间。与钢筋混凝土挡墙相比，FRP复合板桩墙有较低的抗弯刚度和抗剪刚度，在墙后土体的压力下，墙体产生挠曲变形，引起土压力重新分布。而且随着墙体柔度增加，作用于墙后的土压力有呈现递减的趋势。而墙体的变形主要由墙后土压力引起，土压力的大小直接影响着墙体的变形。在土压力作用下，较低的抗弯刚度和薄壁结构将导致墙体产生较大的变形，墙体在未达到强度极限状态前就由于较大的变形而导致结构无法正常使用。因此，对FRP复合板桩墙的土压力分布及变形研究是FRP板桩挡墙研究的重点内容。传统朗肯土压力理论和库仑土压力理论假定土体为理想刚塑性体，服从Mohr-Coulomb准则，不考虑墙身的变形，墙后土压力为三角形分布。实际上即使是刚性墙体，在土压力作用下墙体也会产生不同程度和不同形式的变形。墙体变形方式主要有墙体绕上端点背离土体转动，墙体绕底端点向填土方向转动，墙体绕上端点向填土方向转动，墙体背离填土方向平行移动，墙体上下端固定而中部移动等。FRP复合板桩墙的土压力除了与墙体的变形有关外，还与地质条件、土层性质(c、φ值)、支撑锚杆的数量、布置及其变形特性、地下水状况、支护结构各构件的刚度、荷载特性以及施工方法等因素密切相关。运用具有理想弹塑性且遵循Drucker-Prager屈服准则的DP土体材料、古德曼(Goodman)桩土接触面单元，采用ANSYS数值分析方法，对不同刚度模量、不同锚杆刚度、不同锚杆锚固位置、不同的墙面摩擦角、不同地面超载及不同施工方法等对FRP复合板桩土压力分布、弯矩及变形的分布规律进行研究。通过数值模拟分析，可得到如下结论：(1)FRP板桩墙后土压力的分布规律明显地不同于经典的土压力分布规律(三角形分布)，表现为显著的非线性分布，在锚固位置与开挖面之间，墙后土压力有明显的降低，而在锚固点附近以及开挖面以下，土压力有所增加，产生土拱效应。且墙体的抗弯刚度越低，即墙体的挠曲度越大，土拱效应越明显。墙前土压力仅在靠近开挖面的区域墙前土压力达到或超过朗肯被动土压力值。在距离开挖面1.5m范围内，随着深度增加，墙前被动土压力增大，以下部分则随着深度增加，墙前被动土压力减小。在开挖面附近，抗弯刚度较大的墙体上作用的被动土压力值较大，而在开挖面1.5m以下，抗弯刚度较大的墙体上作用的被动土压力值小于抗弯刚度较小的墙体，刚度较大的墙体土压力重心较抗弯刚度较小的墙体高。墙体刚度越小，作用在墙体上的弯矩越小。当板桩的刚度较大时，弯矩的变化值较显著。板桩刚度较小时，弯矩的变化值较小。(2)随着锚杆刚度的减小，墙后土压力在锚固点附近位置逐渐减小，土拱效应也就越小。随着锚杆刚度减小，墙前被动土压力值增加，土压力重心上移。板桩变形随锚杆刚度的增大而减小，且当锚杆刚度较小时，变形受其影响较大，当锚杆刚度较大时，对变形的影响不大。增大刚度会造成支护成本提高，因此，锚杆刚度应结合变形控制需要来选择。(3)当墙体抗弯刚度相同时，锚杆位置的不同将使墙体的挠曲度不同，从而导致士压力分布的变化。随着锚杆点的下移(锚杆刚度不变)，墙体的挠曲度减小，土拱效应降低，墙后锚固点附近的土压力有所降低。锚杆布置高度对支护变形影响较大。当锚杆离地面较近(β较小)时，变形随β的增大而减小，到一定程度后，呈现递增趋势；当β=0.3时变形达到最小，即锚杆布置具有最佳高度。(4)考虑墙面摩擦时，光滑墙面的墙后土压力值要大于粗糙墙面的土压力值。且摩擦角δ值较小时，随δ值增大，土压力的减小率较大。在基坑开挖面以下1m左右范围内墙前土压力大于朗肯被动土压力值，以下部分土压力均小于朗肯被动土压力值。随着墙面摩擦角越大，墙前土压力值越小，且被动土压力重心降低。墙面光滑时，墙