高路堤新型支挡结构的原形观测及数值分析

论文摘要

双面直立互锚式薄壁挡土墙是加筋土挡土墙的一种特殊形式，它具有良好的技术和经济性能。但有关此结构的理论研究和计算分析仍然处于初级阶段。本文通过原形试验和数值分析，对作用于挡土墙墙背的侧向土压力大小及其分布规律、对拉钢筋拉应力的大小及分布规律、地基土压力的大小及分布规律、路堤内部竖向土压力大小及分布规律、各种参数对结构力学性能的影响等进行了研究。主要工作和结论如下： 1、全面阐述了支挡结构的发展和研究现状； 2、通过分析原形观测的结果和数值分析的结果得到以下结论： (1)墙背侧向土压力呈曲线形分布，且由上至下逐渐增大，并在距墙顶大于等于4m时，实测土压力值大于理论方法的计算值。同时，填土的不均匀性不仅影响到墙背侧向土压力的大小，而且也影响到土压力沿墙面的分布。 (2)钢筋拉应力呈曲线形分布，且由上至下逐渐增大。钢筋拉力沿钢筋长度方向出现双峰值现象。 (3)各点地基土压力随着上覆土厚度增加而增大，且其值小于由公式σ=γH计算的地基土压力值。 (4)路堤内部竖向土压力呈近似线性分布，且由上至下逐渐增大，仅在墙高1m～3m的范围内出现一个较大的非线性分布。路堤内部竖向土压力在墙高大于3m的范围内与用公式σ=γh计算的理论值较为接近，而在墙高小于3m范围内小于用公式σ=γh计算的理论值。 (5)提高路堤主填料或基础填料的弹性模量能明显改善挡土墙结构的受力性能。提高基础填料的粘聚力C值对结构的受力性能有一定的改善作用，但当C值大于15KPa时这种改善作用就不明显了。 (6)存在预拉应力的对拉钢筋拉应力会明显增大，但这种影响是局部的。 (7)增加或减小钢筋直径会使相应对拉钢筋的拉应力和对应的墙背侧向土压力减小或增大，且相应钢筋临近的几根钢筋的拉应力及对应的墙背侧向土压力也会减小或增大。 (8)全墙高范围内布置对拉钢筋对对拉钢筋拉应力和墙背侧向土压力的影响不大，且对拉钢筋拉应力和墙背侧向土压力的最大值也不会增加。 原形观测和理论分析取得了较为一致的结果，从而相互验证了各自的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 双面直立互锚式薄壁挡土墙简介
• 1.3 国内外公路高路堤支挡结构应用与研究现状
• 1.3.1 公路高路堤支挡结构的结构形式
• 1.3.2 公路高路堤新型支挡结构的研究现状
• 1.3.2.1 新型支挡结构的设计原理及计算方法
• 1.3.2.2 新型支挡结构的加筋土技术
• 1.3.2.2.1 实验研究现状、水平
• 1.3.2.2.2 理论研究现状、水平
• 1.3.2.2.3 存在的问题
• 1.4 本文研究的目的、意义
• 第2章 高路堤双面直立互锚式薄壁挡土墙试验路段原型观测
• 2.1 引言
• 2.2 仪器布置及观察的实施
• 2.2.1 土压力盒
• 2.2.2 钢弦计
• 2.2.3 应变片
• 2.3 观测结果分析
• 2.3.1 对拉钢筋
• 2.3.1.1 对拉筋拉力沿路堤高度方向的分布
• 2.3.1.2 对拉筋拉应力沿筋长度的分布
• 2.3.2 墙背侧向土压力
• 2.3.2.1 土压力盒量测的墙背侧向土压力
• 2.3.2.2 钢弦计换算的墙背侧向土压力
• 2.3.2.3 实测墙背侧向土压力与理论计算值的比较
• 2.3.3 基础土压力
• 2.3.4 路堤内部竖向土压力
• 2.3.5 观测结果总结
• 第3章 高路堤双面直立互锚式薄壁挡土墙有限元计算方法
• 3.1 引言
• 3.2 有限元分析中土体的本构模型
• 3.2.1 Drucker-Pager模型
• 3.2.2 Mohr-Coulomb模型
• 3.3 土体材料的ANSYS程序实现
• 3.3.1 Drucker-Prager（DP）材料介绍
• 3.3.1.1 DP材料介绍
• 3.3.1.2 DP材料的输入常数
• 3.3.1.3 DP材料的屈服准则
• 3.4 模型的选择与边界约束的假定
• 3.4.1 物理模型
• 3.4.2 材料力学模型的选取
• 3.4.3 位移边界条件
• 3.4.4 单元的选取
• 3.4.4.1 对拉钢筋
• 3.4.4.2 路堤填土、地基填土、面板和条形基础
• 3.4.5 主要材料参数的选取
• 3.5 有限元网格划分
• 第4章 有限元计算结果与分析
• 4.1 钢筋拉力
• 4.2 墙背侧向土压力
• 4.3 基础土压力
• 4.4 路堤内部竖向土压力
• 4.5 参数影响性分析
• 4.5.1 路堤填料
• 4.5.1.1 路堤填料C值的影响
• 4.5.1.2 路堤填料φ值的影响
• 4.5.1.3 路堤填料弹性模量的影响
• 4.5.2 基础填土
• 4.5.2.1 基础填土C值的影响
• 4.5.2.2 基础填土φ值的影响
• 4.5.2.3 基础填土弹性模量的影响
• 4.5.3 对拉钢筋
• 4.5.3.1 对拉钢筋预拉应力的影响
• 4.5.3.2 对拉钢筋直径的影响
• 4.5.3.3 对拉钢筋沿墙高布置的影响
• 4.6 有限元计算结果总结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 读硕士期间发表的论文