地震作用下挡墙土压力非线性分布的计算理论与方法

第1章绪论1

1.1研究背景1

1.2国内外研究现状2

1.2.1极限平衡状态下的挡墙地震动土压力2

1.2.2不同位移模式下的挡墙地震动土压力4

1.2.3地震动土压力的其他计算方法5

1.2.4地震动土压力的数值分析方法6

1.2.5地震动土压力的试验研究7

1.3主要研究工作8

第2章地震作用下挡墙主动土压力解答10

2.1概述10

2.2地震主动土压力公式推导11

2.2.1地震主动土压力极限平衡方程11

2.2.2地震主动土压力分布强度14

2.2.3地震主动土压力合力和作用点位置19

2.2.4地震主动土压力临界破裂角21

2.3考虑裂缝深度的地震主动土压力27

2.3.1考虑裂缝深度的主动土压力分布强度27

2.3.2考虑裂缝深度的主动土压力合力和作用点位置28

2.3.3考虑裂缝深度的主动土压力临界破裂角29

2.4地震主动土压力公式与已有公式的比较34

2.4.1与王云球主动土压力计算结果的比较34

2.4.2与王渭漳和吴亚中的主动土压力计算结果的比较35

2.4.3与Mononobe-Okabe主动土压力公式的比较37

2.4.4与Coulomb主动土压力公式的比较38

2.4.5与Rankine主动土压力公式的比较39

2.5地震主动土压力算例对比40

2.6地震主动土压力参数分析47

2.6.1水平和垂直地震系数对地震主动土压力的影响48

2.6.2墙背倾角对地震主动土压力的影响49

2.6.3填土面倾角对地震主动土压力的影响51

2.6.4填土内摩擦角和墙背外摩擦角对地震主动土压力的影响54

2.6.5填土黏聚力和墙土黏结力对地震主动土压力的影响56

2.6.6均布超载对地震主动土压力的影响58

2.6.7挡墙墙高和填土重度对地震主动土压力的影响59

2.7本章小结61

第3章地震作用下挡墙被动土压力解答62

3.1概述62

3.2地震被动土压力公式推导63

3.2.1地震被动土压力极限平衡方程63

3.2.2地震被动土压力分布强度65

3.2.3地震被动土压力合力和作用点位置70

3.2.4地震被动土压力临界破裂角71

3.3地震被动土压力公式与已有公式的比较77

3.3.1与王云球被动土压力计算结果的比较77

3.3.2与Mononobe-Okabe被动土压力公式的比较78

3.3.3与Coulomb被动土压力公式的比较80

3.3.4与Rankine被动土压力公式的比较81

3.4地震被动土压力算例对比81

3.5地震被动土压力结果与分析83

3.5.1水平和垂直地震系数对地震被动土压力的影响83

3.5.2墙背倾角对地震被动土压力的影响85

3.5.3填土面倾角对地震被动土压力的影响86

3.5.4填土内摩擦角和墙背外摩擦角对地震被动土压力的影响87

3.5.5填土黏聚力和墙土黏结力对地震被动土压力的影响88

3.5.6均布超载对地震被动土压力的影响89

3.5.7挡墙墙高和填土重度对地震被动土压力的影响90

3.6本章小结91

第4章地震土压力计算软件开发92

4.1概述92

4.2软件设计内容92

4.2.1主窗口界面设计94

4.2.2主动土压力计算窗口界面设计94

4.2.3被动土压力计算窗口界面设计96

4.3软件使用说明98

4.3.1文件的启动与运用98

4.3.2主界面窗口使用说明99

4.3.3主动土压力计算窗口使用说明99

4.3.4被动土压力计算窗口使用说明103

4.4软件计算算例105

4.4.1地震主动土压力计算算例105

4.4.2地震被动土压力计算算例109

4.5本章小结111

第5章结论与展望112

5.1研究工作总结112

5.2研究工作展望113

参考文献114

附录地震土压力计算软件源程序代码123 2100433B

本书在已有研究成果之上，基于Mononobe-Okabe理论的基本假设，综合多种因素推导粘性土地震主动和被动土压力非线性分布的通用公式。求解地震主动和被动土压力临界破裂角的显式解，研究粘性土主动土压力裂缝深度的计算方法，获得地震土压力及其非线性分布较完备的理论解答。通过参数简化，验证Mononobe-Okabe、Coulomb、Rankine等经典土压力公式为本书公式的特例。通过与已有试验结果的对比，验证公式的正确性和有效性。对地震主动和被动土压力进行参数分析。为便于理论成果的推广应用，开发地震土压力计算软件，完成土压力计算软件的参数输入模块、计算结果输出模块，以及土压力非线性分布的绘图模块，实现土压力计算结果的界面输出和文件输出。研究成果是对抗震规范地震土压力计算理论的补充和拓展，具有显著的工程意义和广泛的应用前景。

确定土压力还有图解分析法和图解法。图解分析法是用作图确定近似于滑动线的精确曲线，然后确定滑落棱体各部分的重量，借助力的三角形，求出土压力的数值。图解法是以库仑假设为基础，即假设滑动线为直线，此法一般仅适用于确定主动土压力，结果同精确解相近。确定被动土压力则必须采用图解分析法。图解法和图解分析法的优点在于能自行核对，避免较大误差，可以用简便的作图方法计算复杂条件下的土压力。

有地下水位时土压力的计算

地下水位对土压力的影响，具体表现在：

(1) 地下水位以下填土重量将因受到水的浮力而减小．计算土压力时应用浮容重γ；

(2) 地下水对填土的强度指标c、j的影响。一般认为对砂性土的影响可以忽略；但对粘性填土，地下水将使c、j值减小．从而使土压力增大；

(3) 地下水对墙背产生静水压力作用。

水土合算→粘性土

水土分算→无粘性土

连续均布荷载作用下土压力计算

地表连续均布荷作用下，作用在墙背面的土压力强度sa由两部分组成：一部分由均布荷载q引起（常数），其分布与深度z无关; 另一部分由土重引起，与深度z成正比。总土压力E_a即为梯形分布图的面积。

地表局部荷载作用下土压力计算

填土表面有局部荷载q作用下，则q对墙背产生的附加土压力强度值仍可用朗肯公式计算，即sa=qKa ，但其分布范围缺乏在理论上的严格分析。一种近似方法认为，地面局部荷载产生的土压力是沿平行于破裂面的方向传递至墙背上的。

墙背设置卸荷平台时土压力计算

为了减少作用在墙背上的主动土压力．有时采用在场背中部加设卸荷平台的办法。此时，平台以上Hl高度内，可按朗肯理论，计算作用在AB面上的土压力分布。由于平台以上土重W已由卸荷台BCD承担，故乎台下C点处土压力变为零，从而起到减少平台下H2段内土压力的作用。减压范围，一般认为至滑裂面与墙背交点E处为止。连接图中相应的C和E，则图中阴影部分即为减压后的土压力分布。显然卸荷平台伸出越长，则减压作用越大。