挡土结构附加土压力与位移关系的试验研究与数值分析

作     者：伍露露 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王成华

授予年度：2016年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：附加土压力 模型试验 数值分析 应力路径 土压力与位移关系 

摘      要：挡土结构土压力大小和分布与墙土变形有关。挡土结构尤其是基坑工程支护结构设计理论的发展关键在于正确认识挡土结构土压力与墙土变形的内在联系并准确计算作用在支护结构上的土压力。现有理论表明土压力越大,挡土结构位移越大,然而大量的工程测试及数值分析表明,对于基坑某一边,中部位移大,实际土压力小,而角部挡土结构位移很小,实际土压力却很大。由此,目前基坑变形采用实有土压力的计算理论的合理性是值得商榷的,而采用附加土压力分析水平荷载作用下挡土结构和土体变形可能更为合理。本文采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法对挡土结构土压力与位移进行了研究,探讨了挡土结构实有土压力、附加土压力与位移之间的关系。主要进行了如下工作:1.对挡土结构土压力与位移的现有研究成果进行综述,提出导致土体和挡土结构产生侧向变形的是附加土压力而非实有土压力,应采用附加土压力计算挡土结构与土体位移。2.进行了挡土结构土压力与位移关系的室内模型试验。根据启明星软件分析结果确定挡土板的厚度以及基坑开挖深度,进行多次干砂填料的基坑开挖试验,量测挡土结构的土压力与位移,计算挡土结构弯矩,研究挡土结构土压力、位移、弯矩的大小和分布,探讨土压力随位移的变化规律。3.开展了柔性挡土结构土压力与位移关系的有限元数值分析。利用非线性有限元软件ABAQUS建立平面有限元模型,模拟填土为砂土的基坑开挖过程,对平面应变情况下的柔性挡土结构土压力与位移进行数值分析。探讨基坑应力场与位移场随开挖进度的变化,分析土压力随位移的变化规律。4.对比试验实测值与数值计算结果,得到挡土结构位移与土体位移一致,满足变形协调原理。绘制附加土压力与位移的关系曲线,提取不同区域不同测点处的应力路径,通过函数拟合得到考虑位移的土压力计算公式,深入分析挡土结构实有土压力、附加土压力与位移之间的关系。5.建立有限元模型,对不同位移模式下刚性挡土结构进行数值模拟,分析不同位移模式下刚性挡土结构土压力大小和分布以及土压力随位移的变化,探讨实有土压力、附加土压力与位移之间的关系,进一步论证本文提出的考虑位移的土压力公式的合理性。