《考虑位移影响的土压力研究综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《考虑位移影响的土压力研究综述.docx（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、考虑位移影响的土压力研究综述【摘要】经典的土压力理论如库仑理论、朗肯理论计算的是土体在极限平衡状态的土压力值，且土压力随深度为线性分布的，这与实际不符。本文对考虑位移影响的土压力计算研究方法现状进行了介绍，并作了总结和分类，分析了现有的方法的不足之处，对进一步的研究作了展望。 【关键词】土压力 位移 研究综述1 引言土压力是作用在基坑围护结构上的主要荷载，若能较正确地估计或计算土压力，对于确保基坑工程的顺利进行具有十分重要的意义，目前工程中应用最广法的还是经典土压力理论。经典的土压力理论如库仑理论（1776）、朗肯理论（1857）计算的土压力基于以下基本假设：土体是理想刚塑性体；服从Mohr-
2、Coulomb准则；挡土结构为理想刚性；且前提是：挡墙背后的土体处于极限平衡状态。依照经典土压力理论，得到的是土体在极限平衡状态的土压力值，且土压力随深度为线性分布的。然而大量试验及理论研究表明：（1）作用于挡墙上的土压力是一个渐变的屈服过程，只有当墙后土体剪切破坏，形成滑动破坏面时，土体才达到极限状态。（2）作用于挡墙上的土压力分布与墙体的变位模式有关，且土压力分布是非线性的。（3）墙后土压力系数与挡墙位移有关。由此可见，经典土压力理论在实际工程应用中还存在着两个方面的不足：一是要求土体变形达到极限状态的临界条件，而试验表明，土压力达到主动（或被动）土压力时的墙体变形在实际工程中是不允许的，
3、在实际工程中需要的是得到土体变形但未达到极限时的土压力值。二是没有考虑挡墙的位移对土压力的影响。在实际工程中，随着基坑开挖的进展和支护结构的变形，土压力的分布和大小将不断地调整，并不是不变的。2 研究进展考虑墙体位移对墙后土压力的影响的共同变形理论按考虑线性与非线性可以分为两类：在早期，日本学者森重龙马1提出考虑土压力与位移是线性关系的共同变形理论。近年来国内外不少学者对共同变形理论进行了研究，提出了不少新的方法，可以将这些研究方法可以分为模型试验研究和理论研究两大类：2.1模型试验研究即通过室内模型试验研究位移对土压力的影响，主要为定性的研究，研究成果一般难以直接应用于实际工程。早在二十世纪
4、三十年代， Terzaghi就对刚性挡土墙六种不同位移方式下的主动土压力分布作了定性研究。此外Fang and Ishibashi2，Fang，Chen and Wu3等对此问题也进行了试验研究。国内这方面的试验研究也很多，如周应英，任美龙（1990）对砂土填料在刚性挡土墙平移情况，以及对粘性土填料在挡墙平移、绕墙底转动和绕墙顶转动情况进行了主动侧的土压力试验。徐日庆，陈页开（2002），进行了（砂土、刚性挡墙）被动土压力的模型试验，模型试验所采用的挡墙变位方式主要是墙体的平移，绕墙底下某点转动模式和绕墙顶上某点转动的模式。模型试验结果分析表明，土压力随位移变化的基本规律与Terzaghi等人
5、的试验结论是基本相同的。2.2理论研究很多学者也从理论上分析探讨了土压力与位移之间的非线性关系，提出了各种不同的方法，总结起来可分为三类如下：（1）考虑土体应力-应变的有限元数值分析法。（2）数学函数拟合法，即探寻土压力与位移函数关系，直接计算非极限 状态土压力。这类方法又可分为：sigmoid函数拟合法、双曲线拟合法、正弦函数和幂函数拟合法等。（3）其他的理论研究方法，如虚功原理推导公式等。2.2.1有限元数值分析法数值分析的目的与模型实验研究相同，是对作用于挡墙的土压力的大小和分布规律进行定性研究，目前一般用有限单元法进行数值分析。Clough，Duncan采用非线弹性的土本构关系来分析挡
6、墙上的土压力问题；Simpson，Wroth采用临界状态土本构模型对被动土压力进行了研究。国内在这方面进行了比较全面研究的是陈页开，汪益敏（2002）等，他们进行了刚性挡土墙的被动土压力数值分析，挡墙变位模式分别为前述三种模式所得结论可与模型试验结果进行对比发现，两者所得结果相当接近，这从试验和理论上说明，目前对土压力随位移变化的基本规律的认识是可信的。2.2.2数学函数拟合法该法认为土压力是位移和深度的非线性函数，可以用一个公式来表达它们之间的关系，这方面主要是国内的一些学者在进行研究，这些方法如： sigmoid函数拟合法、双曲线拟合法和正弦函数和幂函数拟合法等2.2.3其他研究方法对位移
7、对土压力影响的理论研究除了上述的有限单元法数值分析和数学函数拟合法外，还有许多学者从不同的角度进行了理论研究，有些还给出了理论计算公式并进行了一些计算实例或工程验证，如：李蓓，赵锡宏（2004）根据墙后主动区土体应力-应变关系，建立考虑挡土墙变形的非线性土压力的计算公式，并用算例验证。3 结语与展望（一）关于模型试验研究模型研究定性地得出了土压力分布同位移之间的非线性关系的基本规律，这些规律是进一步进行定量研究的基础。由于为定性研究，并未精确给出土压力与位移之间的函数关系，不能用于实际工程中的土压力计算。目前缺乏对柔性挡土墙土压力随位移变化的模型试验研究也是不足。（二）关于理论分析研究数值分析
8、与模型试验研究是相辅相成的，相比较而言，数值分析省时省力，但缺点很明显就是理想化的模型与实际情况还是有比较大的差别。数学函数拟合法主要考虑到如何在工程中实用，各种方法有待更多工程实例的验证。考虑位移的土压力计算方法，用以计算非极限状态下的土压力，并应用到基坑工程设计计算中，与传统方法相比，将更为经济，对此进行研究具有非常大的工程实际意义，以下是对进一步研究的几点展望：1.开展完善系统的模型试验。目前的模型试验研究大多只是研究某一方面，如刚性墙体情况下主动土压力、被动土压力，对柔性挡土墙情况下的研究还是远远不够的，但在实际施工中地下连续墙的内力计算等都要涉及到柔性挡土墙下土压力随位移变化的问题，
9、因此在这方面还有待完善。2.完善数学函数模型以用于实际工程实际计算。目前数学函数模型计算土压力并不是很完善，离用于实际工程还有较大的差距，如何完善模型，减少复杂性以用于工程中应是今后的方向。3.结合模型试验和数学模型进行有限元数值分析。有限元数值分析与模型试验相结合这方面的研究做的还不多，结合两者的优点才能更加清晰、全面地揭示出土压力随位移变化的规律。4.加强原位测试方面的工作。参考文献【1】钱家欢.土力学M.南京：河海大学出版社，1995.139-140。【2】Fang Y S，Ishibashi I.Static earth pressures with various wall movementJ.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE，1986，112（317）-333.【3】Fang Y S，Chen T J，Wu B F.Passive earth pressure with various wall movementsJ.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE.1994.120（8）：1307-1323.
