路堑式土工格室柔性挡墙变形性状研究

论文摘要

土工格室柔性挡墙以既满足结构安全、施工简便和造价低廉的基本要求,又符合生态保护、墙面绿化和美化景观的和谐需求之特色,成为适合在工程建设中广泛推广的新型支挡结构。目前工程实践的缺乏与理论研究的有限使柔性挡墙的设计施工尚未形成系统的体系,在施工实践中暴露出来的问题尤其是变形问题亟待研究解决。本文采用有限元数值模拟与结构计算法对柔性挡墙的变形性状作以分析,其结论可为设计施工提供参考。柔性挡墙的变形机理主要基于施工过程的影响、挡墙自重作用及墙背土压力作用等方面的考虑,首先根据问题实际来建立模型并进行有限元计算,考虑模型的建立方法、参数的选取以及模型的适用性讨论。利用所建模型进行数值模拟研究挡墙的变形性状,包括水平位移与沉降。然后分析各影响挡墙变形的计算参数对分析结果的影响特征,以得到各参数与挡墙变形关系的一般性结论。参数包括基础刚度、挡墙几何参数(高度、厚度和坡比)和墙体物理力学参数(弹性模量、泊松比、墙体重度、粘聚力和内摩擦角)等。采用数值模拟与结构计算的方法研究具体的工程问题,对京昆高速陕西段某路堑式土工格室柔性挡墙竣工后墙身挠曲变形较大之现象进行分析。数值分析结果与解析解接近,并得到实际观测情况验证。结果表明挡墙出现较大变形缘于施工期间墙后土坡的塌方形成的破裂体。最后根据实际施工经验总结了柔性挡墙的施工工艺流程并提出柔性挡墙的稳定性与变形控制措施,用于指导设计与施工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究现状综述
• 1.2.1 土工格室研究与应用
• 1.2.2 土工格室柔性挡墙研究现状
• 1.3 课题的提出
• 1.4 本文研究思路与内容
• 第二章 数值模拟理论与技术
• 2.1 有限元法理论
• 2.1.1 有限元法的基本原理
• 2.1.2 有限元法的分类
• 2.1.3 有限元法分析过程
• 2.2 有限元模拟技术
• 2.2.1 本构关系的选择
• 2.2.2 接触处理技术
• 2.2.3 非线性增量方程组求解
• 2.2.4 增量步长的选择
• 2.2.5 有限元法的MARC 实现
• 2.3 模型的建立方法
• 2.3.1 问题概述与基本假设
• 2.3.2 计算模型与计算参数
• 2.4 模型适用性验证
• 2.4.1 静止土压力计算
• 2.4.2 与实测结果对比
• 2.5 数值模拟内容
• 2.5.1 变形机理分析
• 2.5.2 参数影响分析模拟
• 2.5.3 工程实例模拟
• 第三章 柔性挡墙变形性状数值模拟
• 3.1 概述
• 3.2 变形机理分析
• 3.2.1 施工过程模拟
• 3.2.2 墙身自重作用
• 3.2.3 土压力与位移分析
• 3.2.4 破裂土楔分析
• 3.3 参数影响分析
• 3.3.1 几何参数影响分析
• 3.3.2 物理力学参数影响分析
• 3.4 工程实例模拟
• 3.5 本章小结
• 第四章 柔性挡墙位移计算
• 4.1 计算方法
• 4.2 各部受力分析
• 4.2.1 二级挡墙部分（a 部分）
• 4.2.2 土楔部分（b 部分）
• 4.2.3 一级挡墙部分（c 部分）
• 4.3 悬臂梁挠度计算
• 2 的弯矩方程与挠曲线方程'>4.3.1 N₂的弯矩方程与挠曲线方程
• 2 的弯矩方程与挠曲线方程'>4.3.2 T₂的弯矩方程与挠曲线方程
• N 的挠曲线方程'>4.3.3 G_N的挠曲线方程
• 3 的弯矩方程与挠曲线方程'>4.3.4 N₃的弯矩方程与挠曲线方程
• 3 的弯矩方程与挠曲线方程'>4.3.5 T₃的弯矩方程与挠曲线方程
• 4.3.6 挠度叠加
• 4.4 压缩杆件变形量计算
• 4.5 位移计算结果
• 4.5.1 参数取值
• 4.5.2 结果分析
• 第五章 施工工艺与变形控制
• 5.1 概述
• 5.2 施工工艺流程
• 5.3 稳定性及变形控制措施
• 5.3.1 边坡开挖阶段
• 5.3.2 挡墙修筑阶段
• 5.3.3 防排水措施
• 5.4 本章小结
• 结论与建议
• 主要结论
• 进一步研究建议
• 主要参考文献
• 攻读学位期间发表论文与参与课题
• 致谢