锚杆挡土墙在边坡防护中力学机理的研究

论文摘要

挡土墙是公路工程中广泛采用的一种构造物。由于我国整体上地形复杂,特别是西部多为山区,地形地质地貌极为复杂,在此修建公路一般都存在着有高填挖边坡路段、特殊地基路段、靠近地震断裂带等危险路段,沿线边坡易发生岩石崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,易对公路造成严重损害。随着我国高等级公路建设的飞速发展,特别是高等级公路建设向中西部地区的推进,路基挡土墙愈来愈显得重要,应用愈来愈多,而且其结构形式日新月异,设计理论也在不断发展。传统公路路堤挡土墙如重力式、半重力式、悬臂式、扶壁式等形式的挡土墙在这些地方使用常常受到一定条件的限制,后来发展了锚杆式、加筋土、柱板式等轻型支挡结构。这些支挡工程施工简便且节省工程造价,突破了一些传统挡土墙的应用限制。但由于其应用时间不长,相关研究还不够深入,设计计算理论不完善,有待于进一步研究。锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉杆件,它的一端与工程结构物联接,另一端通过钻孔,插入锚杆,灌浆,养护等工序锚固在稳定的地层中,以承受土压力对结构物所施加的推力,从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。挡土墙侧向压力的大小与岩土力学性质、墙高、支护结构形式及位移方向和大小等因素有关。由于锚杆挡土墙构造特殊,侧向压力的影响因素更为复杂。锚杆式挡土墙作为一种柔性结构,它可以允许微量的变形,可使沿墙的侧向上压力进行重新分布,从而使得这种结构的侧向上压力有很大的不确定性。从理论上分析和从实测结果来看,影响锚杆式挡土墙后土压力的分布因素非常复杂。其影响因素有墙后填土的特性,墙土接触面的性质,锚杆挡土墙结构刚度、变形的大小、锚杆的层数及弹性大小、锚杆是否施加预应力、锚杆挡土墙是否采用逆作法的施工方法等都直接影响土压力的大小和分布。不同条件下分布图形可能是三角形、梯形或矩形,仅用侧向压力随深度成线性增加的三角形应力图形已不能反映许多锚杆挡土墙侧向压力的实际情况。有鉴于此,本文将开展如下研究工作：(1).分析考虑锚杆挡土墙在非极限位移模式下墙后填土主动土压力的分布情况；(2).利用通用有限元程序ANSYS建立了有挡土板的边坡模型,并分析了三种不同挡墙位移模式下的土压力分布及变化；(3).应用MathCAD编制改进计算程序,在改进计算墙后土压力情况下,根据三弯矩方程理论,计算分析挡墙本身肋柱结构内力的实际分布情况,为实际工程设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 挡土墙有关理论国内外发展历史现状及趋势
• 1.2.1 挡土墙发展历史
• 1.2.2 挡土墙发展现状
• 1.2.3 挡土墙的未来发展趋势
• 1.3 目前常用的挡土支挡结构的介绍
• 1.4 锚杆挡土墙
• 1.4.1 锚杆挡土墙的主要结构形式
• 1.4.2 锚杆挡土墙的锚杆作用机理
• 1.4.3 锚杆挡土墙墙后填土对墙背的侧向土压力研究
• 1.4.4 MathCAD数学软件的介绍
• 1.5 目前锚杆挡土墙设计理论中存在的问题
• 1.6 本课题研究的主要内容及目的
• 第2章 支挡结构土压力理论的发展历史与现状
• 2.1 经典土压力理论的发展历史
• 2.1.1 库伦土压力理论
• 2.1.2 朗肯土压力理论
• 2.1.3 条带极限平衡分析法
• 2.1.4 现代极限平衡分析法
• 2.2 刚性挡土墙土压力研究现状
• 2.2.1 土压力模型试验研究现状
• 2.2.2 土压力理论研究现状
• 2.2.3 土压力数值方法研究现状
• 2.3 柔性挡土墙土压力研究现状
• 2.3.1 土压力模型试验研究现状
• 2.3.2 土压力理论研究现状
• 2.3.3 土压力数值方法研究现状
• 2.4 考虑位移效应的非极限主动土压力计算
• 2.5 锚杆挡墙的非极限土压力计算方法
• 第3章 挡墙后土压力分布的有限元仿真
• 3.1 有限元方法概述
• 3.2 ANSYS简介
• 3.2.1 岩土体理想弹塑性本构模型
• 3.2.2 有限元中的非线性
• 3.2.3 边界接触问题
• 3.2.4 初始重力场的模拟
• 3.3 算例
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 实际参数的选取
• 3.3.3 单元类型选择
• 3.3.4 模型边界条件建立
• 3.3.5 接触面设置
• 3.3.6 网格划分
• 3.3.7 模型屈服准则的选择
• 3.3.8 计算结果分析
• 3.3.9 土压力分布比较
• 3.4 MathCAD计算非极限状态挡墙结构内力
• 3.4.1 非极限理论公式
• 3.4.2 三弯矩方程
• 3.5 本章小结
• 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 参加的科研项目