基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土压力分布研究.pdf

第32卷第5期 企业技术开发 2013年2月 OFENTERPRISE Feb．2013 TECHNOLOGICALDEVELOPMENT V。1．32No．5 基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土 压力分布研究 李勇1，孙小敏2 (1．中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010； 2．中国长江三峡集团公司，湖北宜昌443133) 摘要：挡土墙主动土压力的计算，虽有两大古典土压力理论公式，但是其缺陷与适用性范围也非常明显。文章以挡土 墙为依托，使用非线性有限元数值模拟方法，对两大古典土压力理论及相关研究理论进行探讨，比较一般工况下主动土 压力的计算方法，试图找出优化解答，从而更好的指导工程实践，供同行参考。 关键词：地基承载力；主动土压力；非线性有限元 中图分类号：TU476文献标识码：A 文章编号：1006～8937(2013)05—00125—03 挡土墙土压力分布是土力学的三大经典课题之一， 情况。然而，该理论尚无学者对其进行推导过程进行校核 工程上常采用经典的朗肯土压力和库仑土压力理论计算 和实际试验验证。 土压力，以上两种理论以土体极限平衡理论为基础，计算 本文从数值仿真实验角度来模拟一般情况下挡土墙 简单，力学概念明确，理解较容易，受到工程技术人员的 后土压力分布情况，并与规范公式及彭明祥库仑统一解 普遍欢迎。 理论所算出的结果作对比，从而验证后二者的准确性、安 但是，在诸如填土为粘性土或表面存在不均匀荷载， 全性及适用性。 填土边界形状不连续，墙面与土体之间摩擦力作用影响 1 考虑复杂工况的挡土墙有限元优化求解模型 较大等复杂应力边界条件，经典朗肯、库仑理论遇到了极 10．0分析软件建立有限元 大的挑战。这是因为此二理论的假设，未能充分考虑到土 本文数值仿真采用Ansys 体材料特性以及复杂情况下的应力边界条件。然而，土压 计算模型。挡墙结构单元的本构关系采用线弹性模型，挡 力的大小与分布，受土体特性参数及应力边界等影响较 土墙背及周围土体单元选择采用软件提供的 大。因此，两大经典土压力理论未能给出符合实际的土压 Dmcker—Prager弹塑性本构模型，而土体和挡墙结构之间 力。行业规范为方便工程应用，基于上述经典理论，并总 采用接触单元(ContactPair)来模拟二者的接触，从而充 结工程经验，给出了规范计算公式。即便如此，迄今为止， 分模拟土体与挡墙结构间的相互作用力，以求更准确地 研究挡土墙在复杂材料特性和应力边界条件下的土压力 模拟出墙背土压力在极限平衡状态下的分布。 分布规律，确定符合实际情况下的极限土压力的解析解， 1．1模型及参数 一直是土力学理论中亟待解决的问题之一。 本模型由挡墙结构和墙后填土两部分组成。 许多专家学者及工程技术人员对此问题进行了探索 模型参数取值：挡墙结构：弹模E基础=28．0GPa，泊松 研究，包括模型试验和现场试验等。然而，由于本问题的 kN／m3。 比¨基础=0．2，重度吖基础=25．00 复杂性，其中大多数研究也只是局限于某些特定情况的 墙后填土：弹模E十--30MPa，泊松比¨土=0．3，重度 土压力，而对于一般情况下的土压力统一解析解仍未能 1上=19．00kN／m3。 获得公认的解答。 接触面：渗透系数O．1，粘聚力Cw=10kPa。