扶壁式挡墙前墙土压力及其内力分布探析（论文）.pdf

·3 · 相较于悬臂式挡墙前墙上明确的土压力分布规律，扶壁 式挡墙无论是土压力还是内力的分布都更为复杂。如果简单 照搬悬臂式挡墙前墙的计算方法，则会使计算结果和实际情 况偏差过于悬殊，造成不必要的浪费。因此，研究扶壁式挡 墙上前墙受力情况具有很强的现实意义。 1 前墙土压力及其内力计算 目前学术界计算前墙土压力的方法主要分为以下几类 ： 极限平衡理论（比如库伦理论、朗金理论等）、变形协调计算 法（考虑土体中压力与变形的协调关系，建立土压力随墙体 变化而变化的内在联系）、有限元法（主要体现在所使用的本 构模型必须能合理准确地反映土体内部的应力 –应变关系）。 其中，第 1类方法较为传统，在极限状态下联立平衡方程， 求解土体结构的极限承载力 ；虽然精度略显不足，但胜在简 单方便，因此在工程界仍被广泛使用。第 2类方法可算是第 1 类方法的改进版，理论上更为精确，但如何建立正确的变形 协调关系是其核心难点，操作非常复杂，一般仅用于理论研究。 第 3类方法计算结果相对最为准确，且实现难度适中，因此比 较适合在工程可行性的基础上做进一步探讨。需注意，有限 元法计算精度受土体特征参数影响较大 [2]，因此需要合理确定 这些变量，并进行一定的试算。以下介绍几种常见的扶壁式 挡墙前墙计算方法。 1.1 ??? 早期工程界在计算扶壁式挡墙前墙土压力分布时，出于 简单、保守的目的，直接参考薄壁式挡墙，认为“墙背土压 力呈三角形线性分布，其合力作用点位于三角形形心位置”。 并增加了“肋板末端垂直投影面上的土压力完全传递到前墙” 这一基本假定，同时不考虑肋板与土体间的摩擦效应。 得到土压力分布后，根据前墙高度 H 与扶壁间距 l 0之比 确定墙内弯矩的计算方法。当 H /l 0≤ 3时，可按双向板计算 ； 反之，则按照单向板计算。 该方法简单且相对保守。但是后来被越来越多的国内外 研究成果及试验结果证明 ：作用在前墙上的土压力在墙高范 围内竖向和肋板间横向呈非线性分布，其合力作用点也并不 一定处于三分点处，该方法计算出的前墙内力误差较大，且 墙内纵横向弯矩受肋板间距影响非常大。 1.2 ??? 我国现行的 JTG-D 30—2015《公路路基设计规范》、《公 路挡土墙设计与施工技术细则》吸收借鉴了近年来的研究成 果，对上述理论进行了改进。 规范假设前墙侧向土压力自上而下呈梯形分布，其 H /2 范 围内的平直段等代土压力取顶底位置处按经典土压力公式计 算得到的平均值。 在求解面板内力时，规范中将前墙看做是支承于底板与 扶肋上的三向固定板，首先将前墙沿高度或长度方向分成若 干窄条，并假定每个窄条上土压力均匀分布，其大小等于该 位置处的平均值。然后按照支承于肋板上的连续梁或固结于 底板上的刚架梁分别计算横向与竖向内力。 文献 [1]中指出，前墙承受的横向最大正弯矩发生在任意 两肋板间跨中 1/2墙高处 ；而横向最大负弯矩发生在肋板处大 约 1/2~3/4 墙高之间。 竖向弯矩则类似于悬臂梁，其中负弯矩仅出现在墙背一 侧约 1/8墙高范围内。 考虑到肋板的约束摩擦作用，竖向弯矩沿墙长方向呈抛 物线分布。因此，规范中认为两肋板中间 2/3l 0间距范围内的 设计弯矩按上式给出的 M max 和M min 计算，而靠近两侧肋板的 1/6 l 0范围，设计弯矩取上述最大、最小值的 1/2计入是偏于保 守的（呈台阶形分布）。 2 有限元计算 本文主要目的是研究填土与挡土结构间的摩擦作用，不 涉及渗流、排水固结等固 –液耦合相关的土力学问题。因此 采用通用有限元程序 ANSYS对该问题进行数值分析，通过建 立接触单元准确模拟不同材料间的力学关系。 2.1 ?r f?0??y? 土是碎散颗粒的集合体，其本构模型（应力 –应变路径） 非常复杂，为准确反映土的力学性质，选择合适的本构关系 和屈服准则对于结果的可信度至关重要。 ANSYS采用理想弹 塑性本构模型和 DP准则（广义米塞斯准则中的一种）对岩土 问题进行模拟。该准则的屈服面不随材料屈服而改变，没有 ［摘 要］ ???# H ，化 ANSYS ? K? ? f? ，}i?? ?r0垢 ???仕?坤? ，?堵促??????垢 B O仕?NP??c ? O??， ??s?????，天N? ? *P?os?圈?仕??。 ［关键词］????? ；垢B O?? ；垢i?? ；乘?M ［中图分类号］TU 417.11bbbbb ［文献标志码］Abbbbb［文章编号］1001–523X（2020）08–0003–02 Analysis of Earth Pressure and Internal Force Distribution of Front Wall of Buttress Retaining Wall Zhu Tian-ning ［ Abstract ］This article combines actual cases and uses ANSYS to establish a solid model. On the premise of fully considering the structure-soil interaction， the cause of the earth pressure on the retaining wall and its internal force distribution are analyzed， meanwhile ，the standard methods are compared to study the effect of different rib spacing on th