一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法技术

本申请涉及土木建筑工程技术领域，提供了一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，该方法包括：确定挡墙与墙后土体的基本参数；将墙后潜在滑移区划分成朗肯区和过渡区；分别将整个潜在滑移区和朗肯区划分成若干个三角条块；分别任选一三角条块进行受力分析，建立条间力递推公式；取不同的土压力值，迭代执行如下步骤：计算朗肯区各三角条块线上的侧压力系数及条间力倾角；由墙面开始，依次计算潜在滑移区各三角条块对应的条块线侧压力系数及条间力倾角，当条间力倾角等于内摩擦角时停止，称已完成计算的区域为过渡区；根据过渡区与朗肯区分别在交线上计算的侧压力系数与条间力倾角相等这一条件，确定该交线为应力间断线。间断线。间断线。

【技术实现步骤摘要】
一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法


[0001]本申请涉及土木建筑工程
，特别涉及一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法。

技术介绍

[0002]滑移线场是土压力计算过程中重点关注的问题。
[0003]目前，土压力计算方法主要包括：极限平衡法、极限分析法、滑移线法以及数值分析方法。其中，极限平衡法通过假定滑面形状计算土压力的大小；极限分析法是通过构造机动许可的位移场与静力许可的应力场，进而得到土压力的上、下限解；滑移线法在不考虑重力的情况下可以准确得到滑移线场解析解，在考虑土体自重、墙面摩擦等工况时，可以计算得到近似数值解，是一种计算完整滑移线场的有效方法。
[0004]在滑移线场求解过程中，会出现一种应力间断的现象，应力间断处滑移线方向发生偏转，进而影响土压力的计算结果。目前大部分研究成果中忽略了应力间断的影响，尽管也有部分研究中提出了滑移线场应力间断出现的极限条件，但对如何确定应力间断线的具体位置并未做出详细论述。
[0005]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，通过该方法计算主动土压力滑移线场中应力间断线的位置，进而获得应力间断条件下的滑移线场，完善土压力计算理论，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0008]本申请提供了一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，包括：
[0009]步骤一：确定挡土墙与墙后土体的基本参数；
[0010]步骤二：将墙后土体的潜在滑移区划分成朗肯区和过渡区；
[0011]步骤三：将朗肯区划分成m个三角条块，并计算朗肯区每个条块线的侧压力系数K
Ri
及其条间推力倾角δ
Ri
；其中，条块线为三角条块中的滑动面以外的两条边；
[0012]步骤四：将整个潜在滑移区划分成n个三角条块，并任取一个三角条块进行受力分析，以建立力与力矩平衡方程，并推导得到条间力递推公式；
[0013]步骤五：假定挡土墙墙面处的主动土压力大小为P
a
，根据条间力递推公式，自墙面开始，依次求出潜在滑移区每个条块线对应的条间推力P
k
与其条间推力倾角δ
k
，以及侧压力系数K
k
，当潜在滑移区第k条块线上的推力倾角δ
k
等于墙后土体的内摩擦角时，停止计算，此时称已计算的区域为过渡区；
[0014]步骤六：根据步骤五与步骤三的计算结果，绘制侧压力系数(K
k
、K
Ri
)与条间推力倾角(δ
k
、δ
Ri
)随条块线倾角θ变化的曲线；
[0015]步骤七：根据侧压力系数(K
k
、K
Ri
)与条间推力倾角(δ
k
、δ
Ri
)随条块线倾角θ变化的
曲线，判断朗肯区和过渡区是否存在一条相交线，且该相交线上的受力满足K
k
＝K
Ri
，δ
k
＝δ
Ri
；
[0016]其中，当小于预设阈值时，即判断朗肯区和过渡区中存在所述相交线；
[0017]式中，Δδ为倾角相同的条块线所对应的过渡区条间推力倾角δ
k
与朗肯区条间推力倾角δ
Ri
的差值，为同一条块线所对应的过渡区条间推力倾角δ
k
与朗肯区条间推力倾角δ
Ri
的平均值，ΔK为倾角相同的条块线所对应的过渡区侧压力系数K
k
与朗肯区侧压力系数K
Ri
的差值，为同一条块线所对应的过渡区侧压力系数K
k
与朗肯区侧压力系数K
Ri
的平均值；
[0018]步骤八：当不存在满足步骤七的相交线时，改变假设的主动土压力Pa的大小，重新执行步骤五至步骤七，直到存在满足步骤七的相交线；
[0019]步骤九：当存在所述相交线时，确定所述相交线对应的位置，若所述相交线为朗肯区的边界线，且所述相交线上的条间推力倾角满足则判断所述相交线为一条滑移线，不是应力间断线；若所述相交线倾角小于朗肯区边界线的倾角θ
R
，且同时满足K
k
＝K
Ri
，则判断所述相交线为应力间断线，从而确定了应力间断线的位置。
[0020]本专利技术进一步的技术方案，步骤一中，所述挡土墙与墙后土体的基本参数包括：
[0021]挡土墙高度H；
[0022]墙背倾角ε；其中，倾向墙后土体的墙背倾角的角度值为正数；
[0023]墙背摩擦角δ0；其中，远离墙后土体的墙背摩擦角的角度值为正数；
[0024]墙后土体容重γ；
[0025]墙后土体内摩擦角
[0026]墙后填土倾角β；其中，高于水平面的墙后填土倾角的角度值为正数；
[0027]主动土压力P
a
，其中，其初始值取为库仑主动土压力大小。
[0028]本专利技术进一步的技术方案，步骤二中，当不存在应力间断时，所述过渡区的位置由挡土墙的墙背倾角ε与朗肯区边界线的倾角θ
R
确定；当存在应力间断时，过渡区的位置通过步骤五计算确定。
[0029]本专利技术进一步的技术方案，当挡土墙与墙后土体的基本参数确定后，所述朗肯区边界线的倾角θ
R
和朗肯区滑面倾角α
R
的计算公式如下：
[0030][0031][0032]式中，为墙后土体内摩擦角；β为墙后填土倾角。
[0033]本专利技术进一步的技术方案，步骤三中，所述将朗肯区划分成m个三角条块，具体为：
[0034]根据预先设定的三角条块夹角d，确定朗肯区所划分三角条块的个数m；
[0035]其中，朗肯区第i条块线的倾角为θ
Ri
，i＝1时，θ
R1
＝θ
R
，i＝m+1时，θ
Rm+1
＝
‑
β。其中，沿水平方向的条块线倾角为0
°
，条块线的倾角以沿水平方向顺时针旋转为正，逆时针旋转为负。
[0036]本专利技术进一步的技术方案，所述朗肯区第i条块线的侧压力系数K
Ri
的计算过程如下：
[0037]以倾角为θ
Ri
的条块线OA
i
、滑面线A
i
B以及坡面线OB组成的区域BOA
i
为计算区域，分析其受力状态，分别建立沿x方向和y方向的受力平衡方程：
[0038][0039][0040]其中，W
Ri
为BOA
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，其特征在于，包括：步骤一：确定挡土墙与墙后土体的基本参数；步骤二：将墙后土体的潜在滑移区划分成朗肯区和过渡区；步骤三：将朗肯区划分成m个三角条块，并计算朗肯区每个条块线的侧压力系数K
Ri
及其条间推力倾角δ
Ri
；其中，条块线为三角条块中的滑动面以外的两条边；步骤四：将整个潜在滑移区划分成n个三角条块，并任取一个三角条块进行受力分析，以建立力与力矩平衡方程，并推导得到条间力递推公式；步骤五：假定挡土墙墙面处的主动土压力大小为P
a
，根据条间力递推公式，自挡土墙墙面开始，依次求出潜在滑移区每个条块线对应的条间推力P
k
与其条间推力倾角δ
k
，以及侧压力系数K
k
，当潜在滑移区第k条块线上的推力倾角δ
k
等于墙后土体的内摩擦角时，停止计算，此时称已计算的区域为过渡区；步骤六：根据步骤五与步骤三的计算结果，绘制侧压力系数(K
k
、K
Ri
)与条间推力倾角(δ
k
、δ
Ri
)随条块线倾角θ变化的曲线；步骤七：根据侧压力系数(K
k
、K
Ri
)与条间推力倾角(δ
k
、δ
Ri
)随条块线倾角θ变化的曲线，判断朗肯区和过渡区是否存在一条相交线，且该相交线上的受力满足K
k
＝K
Ri
，δ
k
＝δ
Ri
；其中，当小于预设阈值时，即判断朗肯区和过渡区中存在所述相交线；式中，Δδ为倾角相同的条块线所对应的过渡区条间推力倾角δ
k
与朗肯区条间推力倾角δ
Ri
的差值，为同一条块线所对应的过渡区条间推力倾角δ
k
与朗肯区条间推力倾角δ
Ri
的平均值，ΔK为倾角相同的条块线所对应的过渡区侧压力系数K
k
与朗肯区侧压力系数K
Ri
的差值，为同一条块线所对应的过渡区侧压力系数K
k
与朗肯区侧压力系数K
Ri
的平均值；步骤八：当不存在满足步骤七的相交线时，改变假设的主动土压力Pa的大小，重新执行步骤五至步骤七，直到存在满足步骤七的相交线；步骤九：当存在所述相交线时，确定所述相交线对应的位置，若所述相交线为朗肯区的边界线，且所述相交线上的条间推力倾角满足则判断所述相交线为一条滑移线，不是应力间断线；若所述相交线倾角小于朗肯区边界线的倾角θ
R
，且同时满足K
k
＝K
Ri
，则判断所述相交线为应力间断线，从而确定了应力间断线的位置。2.根据权利要求1所述的主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，其特征在于，步骤一中，所述挡土墙与墙后土体的基本参数包括：挡土墙高度H；墙背倾角ε；其中，倾向墙后土体的墙背倾角的角度值为正数；墙背摩擦角δ0；其中，远离墙后土体的墙背摩擦角的角度值为正数；墙后土体容重γ；墙后土体内摩擦角墙后填土倾角β；其中，高于水平面的墙后填土倾角的角度值为正数；主动土压力P
a
，其中，其初始值取为库仑主动土压力大小。
3.根据权利要求2所述的主动土压力滑移线场应力间断线位置的计算方法，其特征在于，步骤二中，当不存在应力间断时，所述过渡区的位置由挡土墙的墙背倾角ε与朗肯区边界线的倾角θ
R
确定；当存在应力间断时，过渡区的位置通过步骤五计算确定。4.根据权利要求3所述的主动土压力滑移线场应力间断线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕焕，朱大勇，孟志刚，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：