台阶式挡土墙土压力分布特征的研究

论文摘要

地下结构中,作用在挡土墙上的土压力是一个古老且重要的课题。长期以来人们对挡土墙上土压力分布特征进行了大量的研究。但研究对象一般为直线墙背的挡土墙,而对于阶梯状墙背挡土墙的土压力分布特征少有研究。某核电站主厂房地下室周边的挡土墙包括如下两种结构形式:阶梯状直墙结构和阶梯状连拱结构。为了优化这两种结构挡土墙的设计,这就要研究此类挡土墙在各种工况作用下墙背土压力的分布特征。在总结目前挡土墙研究成果的基础上,本文通过模型试验和有限元数值分析相结合的方法,研究了这两种结构形式的挡土墙在不同坡度边坡限制下,分层回填施工时的土压力分布特征。本文首先提出相似理论的概念,并通过量纲分析,得到试验的模型规律与相似系数。在结合现场原型尺寸、荷载工况和实验室场地条件的基础上,设计出了一套1:10的缩尺模型试验方案。然后通过1:10的阶梯状直墙结构挡土墙的缩尺模型试验,比较了三种不同坡度边坡限制下,分层回填施工的土压力大小和分布规律,并研究了不同荷载幅值、不同荷载作用距离下直墙结构挡土墙墙背土压力大小及分布。对于阶梯状连拱结构挡土墙的土压力分布特性,亦通过1:10的缩尺模型做了相同工况下的试验研究。接着通过相同工况下的数值计算与模型试验结果的研究和比较,得出了这两种结构挡土墙的土压力分布规律和数值大小。并通比较不同长高比的数值计算结果,讨论了缩尺模型所带来的空间尺寸效应。最后,通过相似理论准则将缩尺模型试验值还原为足尺模型的试验值,并和足尺模型的数值计算结果作对比分析,得出了阶梯状直墙结构和阶梯状连拱结构挡墙的土压力分布规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 直墙结构挡墙
• 1.2.2 连拱结构挡墙
• 1.2.3 目前研究的局限性
• 1.3 本文的研究方法和研究内容
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 挡墙土压力分布特征理论
• 2.1 经典土压力理论
• 2.1.1 库伦土压力理论
• 2.1.2 朗肯土压力理论
• 2.1.3 按极限平衡理论计算土压力（库伦修正值）
• 2.1.4 局部荷载下的土压力弹性理论
• 2.2 不同位移模式下的土压力分布规律
• 2.3 本章小结
• 第三章 土压力模型试验
• 3.1 模型试验的相似理论准则
• 3.2 模型试验箱的设计
• 3.3 试验工况
• 3.4 分层回填材料及边坡模拟
• 3.5 加载系统设计
• 3.6 测试系统设计
• 3.6.1 土压力和水压力测试
• 3.6.2 位移测试
• 3.6.3 施工荷载的测试
• 3.6.4 回填土密实度测试
• 3.6.5 试验用仪器
• 3.7 本章小结
• 第四章 土压力模型试验结果分析
• 4.1 阶梯状直墙结构挡土墙模型试验结果
• 4.1.1 工况一（无边坡限制）试验结果
• 4.1.2 工况二（45°边坡限制）试验结果
• 4.1.3 工况三（76°边坡限制）试验结果
• 4.1.4 阶梯状直墙结构挡土墙模型试验结果小结
• 4.2 阶梯状连拱结构挡土墙模型试验结果
• 4.2.1 工况一（无边坡限制）试验结果
• 4.2.2 工况二（45°边坡限制）试验结果
• 4.2.3 工况三（76°边坡限制）试验结果
• 4.2.4 阶梯形连拱结构挡土墙模型试验结果小结
• 4.3 阶梯状直墙结构与连拱结构挡墙模型试验结果对比分析
• 4.3.1 工况一（无边坡限制）试验结果对比分析
• 4.3.2 工况二（45°边坡限制）试验结果对比分析
• 4.3.3 工况三（76°边坡限制）试验结果对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 模型试验有限元数值分析
• 5.1 有限元分析方法及其相关软件简介
• 5.1.1 有限元分析数值分析方法
• 5.1.2 GTS 数值分析软件
• 5.1.3 数值模拟过程
• 5.1.4 有限元模型及边界条件
• 5.1.5 模型参数的选取
• 5.2 阶梯状直墙结构挡土墙有限元分析结果
• 5.2.1 工况一（无边坡限制）有限元分析结果
• 5.2.2 工况二（45°边坡限制）有限元分析结果
• 5.2.3 工况三（76°边坡限制）有限元分析结果
• 5.3 阶梯状直墙结构挡土墙试验值与计算值对比分析
• 5.3.1 工况一（无边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.3.2 工况二（45°边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.3.3 工况三（76°边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.3.4 各工况下有限元结果与试验结果小结
• 5.4 阶梯状连拱结构挡土墙有限元分析结果
• 5.4.1 工况一（无边坡限制）有限元分析结果
• 5.4.2 工况二（45°边坡限制）有限元分析结果
• 5.4.3 工况三（76°边坡限制）有限元分析结果
• 5.5 阶梯状连拱结构挡土墙试验值与计算值对比分析
• 5.5.1 工况一（无边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.5.2 工况二（45°边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.5.3 工况三（76°边坡限制）试验值与计算值对比分析
• 5.5.4 各工况有限元结果与试验结果对比分析
• 5.6 模型的尺寸效应分析
• 5.6.1 直墙结构挡墙尺寸效应分析
• 5.6.2 连拱结构挡墙尺寸效应分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 足尺模型有限元数值分析
• 6.1 足尺结构有限元模型
• 6.2 阶梯状直墙结构挡土墙有限元分析结果
• 6.2.1 工况一（无边坡限制）有限元分析结果
• 6.2.2 工况二（45°边坡限制）有限元分析结果
• 6.2.3 工况三（76°边坡限制）有限元分析结果
• 6.2.4 各工况下有限元结果与试验结果小结
• 6.3 阶梯状连拱结构挡土墙有限元分析结果
• 6.3.1 工况一（无边坡限制）有限元分析结果
• 6.3.2 工况二（45°边坡限制）有限元分析结果
• 6.3.3 工况三（76°边坡限制）有限元分析结果
• 6.3.4 各工况下有限元结果与试验结果小结
• 6.4 本章小结
• 结论
• 本文主要结论
• 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件