一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，采集挡土墙背后不同类型的非饱和土样；基于常规试验获得土样的干密度及含水率以及土样饱和时的有效内摩擦角、有效粘聚力；采用常规应力板仪得到采集土样含水率与基质吸力，基于土水特征曲线获得采集土样初始含水率的基质吸力和黏聚力；基于非饱和土体单元考虑孔隙压力影响的应力状态以及主动极限状态，得到考虑基质吸力的非饱和土体的主动土压力；由非饱和土体主动土压力作用点与倾覆点的距离，得到非饱和土体产生的倾覆力矩；由挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩，得到非饱和土体挡土墙的安全系数。本发明专利技术能够考虑挡土墙后为非饱和土时的基质吸力，从而设计上更为合理。从而设计上更为合理。从而设计上更为合理。

An anti overturning checking method of unsaturated soil retaining wall based on soil water characteristic curve

【技术实现步骤摘要】
一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法


[0001]本专利技术属于挡土墙支护
，尤其涉及一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法。

技术介绍

[0002]非饱和土与饱和土的最大的区别在于孔隙中不但含有水相还含有气相，因此使得非饱和土的性状不同于饱和土，因此造成非饱和土与饱和土在力学特性上有很大的差别。挡土墙是防止填土或土体变形失稳的构造物。由于挡土墙后的填土大多都处于非饱和状态，甚至在有效防雨水等措施的情况下，背后的填土长期完全处于非饱和状态。现有挡土墙的抗倾覆验算仍然采用饱和土的Mohr
‑
Coulomb(M
‑
C)强度准则进行计算，没有考虑非饱和土的特性；甚至将不能量测基质吸力的工程常规试验方法得到的非饱和土基质吸力引起的不稳定吸附强度当做饱和土的稳定黏聚力，造成挡土墙设计不合理。基于非饱和土压力理论和郎肯土压力理论得到的适用于非饱和土的扩展郎肯主动土压力表达式中由于存在着不易确定的与基质吸力有关的摩擦角φ
b
，因此扩展朗肯土压力理论难以实际应用于实际工程中。目前有关非饱和土挡土墙的抗倾覆稳定性研究现有报道。基于适用于非饱和土的土水特征曲线理论，应用常规应力板仪得到非饱和土样的重量含水率与基质吸力的试验数据，可以得到任意含水率情况下非饱和土的基质吸力大小。基于极限状态条件下单元体考虑基质吸力的受力分析，利用扩展类比方法得出考虑基质吸力的非饱和土的主动土压力的表达式，进而得到了非饱和土考虑基质吸力影响的挡土墙抗倾覆验算方法，具有重要的工程应用价值。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法。与现有方法相比，本专利技术提出的针对挡土墙后为非饱和土的抗倾覆验算方法，能够考虑挡土墙后为非饱和土时的基质吸力，从而设计上更为合理。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，包括如下步骤：
[0005]采集挡土墙背后不同类型的非饱和土样；
[0006]基于常规三轴试验，获得非饱和土样饱和状态时的有效内摩擦角、有效粘聚力；
[0007]基于常规室内试验方法得到非饱和土样的干密度及含水率；
[0008]用常规应力板仪方法得到不同类型非饱和土样含水率与基质吸力的关系曲线，应用最小二乘法对曲线进行拟合，得到描述非饱和土样土水特征曲线方程中的相关参数，进而得到采集的不同类型非饱和土样初始含水率的基质吸力以及进一步得到采集的不同类型非饱和土样包含基质吸力影响的黏聚力；
[0009]基于非饱和土体单元的考虑孔隙压力影响的应力状态、主动极限状态、非饱和土样的黏聚力，获得非饱和土体主动土压力表达式；
[0010]基于非饱和土体主动土压力作用点与倾覆点的距离，获得非饱和土体产生的倾覆力矩和挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩；
[0011]基于非饱和土体产生的倾覆力矩和挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩，获得非饱和土体挡土墙的安全系数，完成非饱和土挡土墙抗倾覆的稳定性验算。
[0012]可选地，获得非饱和土样土水特征曲线方程中的参数的方法为：
[0013]采用常规应力板仪，获得非饱和土样的重量含水率和基质吸力的试验数据；
[0014]基于Van Genuchten土水特征曲线、体积含水率与重量含水率之间的换算关系，获得非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式；
[0015]基于非饱和土样的重量含水率和基质吸力的试验数据、非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式，应用最小二乘法，获得非饱和土样土水特征曲线的参数。
[0016]可选地，所述非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式为：
[0017][0018]式中：θ
r
表示残余体积含水率；θ
s
表示饱和体积含水率；ψ表示基质吸力；ρ
w
表示水的密度；ρ
d
表示土样的干密度；α、m、表示非饱和土样土水特征曲线的拟合参数。
[0019]可选地，非饱和土样的黏聚力c
g
的表达式为：
[0020][0021]式中，c、表示采用常规三轴试验得到的非饱和土饱和状态时的有效黏聚力和有效内摩擦角。
[0022]可选地，非饱和土体的主动土压力σ
a
表达式为：
[0023][0024]式中，γ
i
为非饱和土的重度(i＝1,2,3,
……
)，z
i
为非饱和土层的厚度。
[0025]可选地，非饱和土体产生的倾覆力矩M1为：
[0026]M1＝E1.d1+E2.d2+...+E
i
.d
i
[0027]式中，E
i
＝E
ai
＝(σ
ai0
+σ
ai1
)/2)，
[0028][0029]分别为填土墙背后第i层非饱和填土在顶处和层底处的主动土压力表达式。
[0030]可选地，挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩M2为：M2＝自重
×
重力作用线到挡土墙倾覆点的水平距离。
[0031]可选地，非饱和土体挡土墙的安全系数n为：n＝非饱和土体产生的倾覆力矩/挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0033]本专利技术能够考虑到非饱和土中的基质吸力对主动土压力的明显的减小作用，同时
本专利技术中各参数物理意义明确，并且能够通过室内常规试验方法得到各参数的数值。由本专利技术得到的非饱和土填土的挡土墙的抗倾覆验算方法由于考虑了非饱和土基质吸力的影响，能够符合填土的实际情况。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本专利技术实施例中刚性挡土墙模型示意图；
[0036]图2为本专利技术实施例中非饱和土体单元示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例中非饱和土的莫尔圆示意图；
[0038]图4为本专利技术实施例中刚性挡土墙背后非饱和填土的物理力学性能参数示意图；
[0039]图5为本专利技术实施例中采用最小二乘法基于土水特征曲线方程得到的非饱和黏质粉土土水特征曲线方程中参数θ
r
，θ
s
，α、，m、大小示意图；
[0040]图6为本专利技术实施例中采用最小二乘法基于土水特征曲线方程得到的非饱和黏土土水特征曲线方程表达式中参数θ
r
，θ
s
，α，m、大小示意图。
具体实施方式
[0041]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，其特征在于，包括以下步骤：采集挡土墙背后不同类型的非饱和土样；基于常规三轴试验，获得非饱和土样饱和状态时的有效内摩擦角、有效粘聚力；基于常规室内试验方法得到非饱和土样的干密度及含水率；用常规应力板仪方法得到不同类型非饱和土样含水率与基质吸力的关系曲线，应用最小二乘法对曲线进行拟合，得到描述非饱和土样土水特征曲线方程中的相关参数，进而得到采集的不同类型非饱和土样初始含水率的基质吸力以及进一步得到采集的不同类型非饱和土样包含基质吸力影响的黏聚力；基于非饱和土体单元的考虑孔隙压力影响的应力状态、主动极限状态、非饱和土样的黏聚力，获得非饱和土体主动土压力表达式；基于非饱和土体主动土压力作用点与倾覆点的距离，获得非饱和土体产生的倾覆力矩和挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩；基于非饱和土体产生的倾覆力矩和挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩，获得非饱和土体挡土墙的安全系数，完成非饱和土挡土墙抗倾覆的稳定性验算。2.根据权利要求1所述的基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，其特征在于，获得非饱和土样土水特征曲线方程中的参数的方法为：采用常规应力板仪，获得非饱和土样的重量含水率和基质吸力的试验数据；基于Van Genuchten土水特征曲线、体积含水率与重量含水率之间的换算关系，获得非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式；基于非饱和土样的重量含水率和基质吸力的试验数据、非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式，采用最小二乘拟合法，获得非饱和土样土水特征曲线方程中的参数。3.根据权利要求2所述的基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，其特征在于，所述非饱和土样基质吸力和重量含水率之间的数学表达式为：式中：θ
r
表示残余体积含水率；θ
s
表示饱和体积含...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢国起，张立君，玄伟，曹玉鹏，迟焕正，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：