实验研究的主动土压力下窄无黏性对刚性挡土墙回填翻译模式

文摘

在新挡土墙工程,通常构造附近的现有结构由于空间限制。挡土墙是狭窄的,背后的回填造成的过高的主动土压力采用库仑土压力理论。在以前的研究中,实验观察狭窄回填的失效模式仍然是罕见的。确认故障模式的狭窄的回填,实验方法和岩土采用粒子图像测速技术显现的方法观察活动失败的过程下的无粘聚性狭窄的回填与各种宽度的翻译模式。实验结果显示,回填的长度宽度的减少导致滑动表面的夹角的增加。当回填宽度足够小,滑动面由另一堵墙的墙趾的脸,然后另一个滑动面发生反射。此外,狭窄的回填的主动土压力显著低于使用库仑法计算。主动故障计算模型建立了基于实验结果。狭窄的主动土压力下无粘性回填翻译模式推导出利用极限平衡方法。验证了该方法与以前的方法和实验数据进行比较。

1。介绍

能够应对基础设施的发展,新的结构往往不可避免地毗邻现有构造(例如,护坡、山区高速公路和海塘码头,人物1)。经常有一些情况下挡土墙后面的回填的缩小。在这种情况下,基本假设“背后的回填挡土墙是半无限”不再是满足;因此,经典理论(1,2)不能完全预测为狭窄的回填土压力和失败模式。与半无限土壤相比,狭窄的土壤被发现受到另一个边界约束(例如,岩石表面,地下室墙和另一个现有结构)和挡土墙。狭窄的回填的失效模式尚不清楚。

许多研究者认为回填宽度足够小的时候,主应力旋转,一个完整的土拱将开发由于土壁界面摩擦两边。因此,基于土拱理论,横向片极限平衡方法可以用来计算狭窄的回填的土压力。方便(3)第一次引用的影响土拱回填的主动土压力之间的垂直平行墙。·弗莱德曼和Keissar4)测量了狭窄的回填的主动土压力通过控制运动的挡土墙离心机模型试验。根据测试结果,他们增强方便的公式3定义)和侧向土压力系数之间的关系,内部和外部的摩擦。Valsangkar [5)测量狭窄的回填静止土压力的使用离心机模型试验与不同的宽度。因此,狭窄的回填静止土压力明显低于半无限的土壤。此外,减少回填的土压力减少宽度。计算方法考虑土拱效应的同意测试。近年来,狭窄的回填土的破坏机制一直是研究的重点。Khosravi et al。6)观察到的位移场翻译模式下的狭窄的回填利用岩土粒子图像测速技术显现(GeoPIV)。发现的滑动面在狭窄的回填发达挡土墙脚趾到另一边墙的脸和楔形失败是一个直角梯形。杨和唐7)采用分层沙在各种颜色的方法来定位滑动面。他们还调查了活跃的狭窄的回填失效模式与不同的墙位移模式。他们假定滑动面在狭窄的回填是一个平滑的曲线,这是影响回填宽度和墙位移模式。前面提到的研究试验了狭窄的回填和观察到的故障模式的形式失败楔。然而,失败楔的变形和应力状态不能被忽视。希腊(8)认为,多个滑动面发生在狭窄的回填和楔形失败包含几个小滑块。杨et al。9)相比,数值模拟的结果和离心模型试验。他们得出的结论是,回填时失败状态,发生在土壁界面裂缝,导致土壤回填后压力泄漏的再分配。应等。10)模拟活动失败的狭窄回填使用有限元分析软件。他们发现发达在回填的滑动表面交叉反射类型和数量的滑动表面的长宽比与回填。陈等人。11]研究了窄回填的失效模式在不同土壁界面摩擦和回填宽度通过使用OptumG2极限分析软件。他们认为反射滑动表面的数量也与土壁界面的强度有关。土壁界面的强度弱的时候,沿着土壁滑动面将开发接口而不是生成一个新的反思。

总之,狭窄的回填的失效模式是影响回填宽度和土壁界面摩擦。在先前的研究中,对狭窄的回填的失效模式几乎是建立在数值模拟和直观的实验现象。到目前为止,深试验尚未进行阐明狭窄的回填的失效模式。在这项研究中,一个系统的可见挡土墙模型和岩土粒子图像测速技术显现的方法(GeoPIV)是应用于观察活动失败的过程下的无粘聚性狭窄的回填与各种宽度的翻译模式。基于实验结果,提出了一种简单的方法来计算主动土压力的无粘聚性狭窄的回填。

2。实验程序

2.1。实验系统的设计

实验系统由四部分组成:一个视觉模型箱,移动挡土墙,发光二极管(LED)和高清晰度(HD)相机。提出了图2,模型的框架和身体盒与0.8毫米钢板焊接,钢角熨斗,频道。盒子的内尺寸800毫米(l)×400毫米(H)×200毫米(W)。踢脚板是粗糙,防止土壤颗粒的相对位移与护壁板。10毫米厚的透明玻璃板安装在前面的模型箱实现实时的观察期间土壤变形测试。模拟各种回填宽度,右边一组可拆式刚性墙回填的模型箱,可以固定槽。动挡土墙(300毫米(H)×200毫米(W)×80毫米(T)设置回填的左边,这是安装使用螺杆和通过交流电(AC)电机驱动控制的移动墙的翻译。监控的分布沿着挡土墙侧向土压力,五个土压力细胞是安装在不同深度和中央的挡土墙。通过数据采集卡(数据收集),土压力的细胞连接到电脑。此外,利用关节的柔软的羊毛条挡土墙和模型箱,防止砂漏,减少摩擦。一个高清摄像头和一个领导都安装在前面的模型盒子。然后,相机连接到电脑,记录整个过程的土壤变形拍照。

2.2。GeoPIV

捕捉一系列测试后图片使用高清摄像头,使用GeoPIV的图像数据处理分析软件。图3礼物GeoPIV的示意图。

首先需要选择分析区域,应绘制初始网格。然后,分析区域之间的相关性和搜索面积计算,并确定变形点的位置。变形场的土壤可以计算分最高的相关性。

2.3。回填材料

回填材料利用在这个实验中是无黏性土。土壤参数测量通过实验室测试展示在表1。

2.4。实验的设计

在库仑1)土压力理论,假定挡土墙是一种半无限背后的回填土,滑动面开发了从墙上脚趾在地上。滑动表面的倾向可以得到如下:

从先前的研究,可以得出结论,滑动面狭窄的回填的变化与不同的边界条件。此外,临界点之间的“半无限土”和“狭窄的土壤”是模糊的。确定这个临界点的开发过程,观察滑动面以及分析失效模式和主动土压力的狭窄的回填,纵横比B/H回填的测试设置为2.5,0.75,0.5,0.25。

2.5。实验过程

实验过程如下:(1)恢复活动挡土墙到其原始位置。(2)安装槽上的后壁。(3)安装可移动挡土墙上的土压力的细胞,(4)使用沙雨技术(12)来填充模型盒子。(5)设置彩色模型的土壤在前面,以便确定滑动面在测试。填土后,允许坐自重下1天要紧凑。(6)开始采集系统和信号稳定后,记录数据。(7)打开相机的间隔拍摄模式。(8)使用控制箱打开交流电动机驱动动挡土墙回填之前有足够的变形。(9)继续收集数据后3分钟活动挡土墙停止移动。(10)关掉所有的电源,重复以上步骤,为其他工作条件。

3所示。实验结果

上述实验方法可以方便的分析整个变形过程的回填土和观察对挡土墙主动土压力。分析失效模式的狭窄的回填,选择以下5个典型测试组进行讨论。

3.1。近似半无限土壤

图4提出对挡土墙主动土压力和应变等值线与长宽比的土壤B/H= 2.5。从图4可以看出,使用GeoPIV获得的失效模式是符合库仑(1)理论。滑动面是60°的倾斜角度,这是符合价值计算库仑(1)理论。在图4主动土压力,同意库仑的计算值(1)理论。这表明回填(B/H= 2.5)大约是半无限土壤。此外,它证明了GeoPIV可以正确分析土壤变形和显示活跃回填的失效模式。

3.2。纵横比1和0.75

图5介绍了对挡土墙主动土压力和狭窄的回填的应变等值线(B/H= 1和0.75)。从墙上的滑动表面都有发达的脚在地上,楔形失败是三角形。然而,显然滑动面倾角的增加与减少回填宽度,与半无限的土壤。当B/H= 1,滑动表面的夹角 。相反,当B/H= 0.75,滑动表面的夹角 。此外,测量数据的主动土压力仍然非常接近库仑价值。

3.3。高宽比0.5和0.25

图6介绍了对挡土墙主动土压力和狭窄的回填的应变等值线(B/H= 0.5和0.25)。滑动面倾角的长宽比的进一步增加而减少。倾斜的角度和 ,分别。值得注意的是当B/H= 0.25,滑动面发展从墙趾墙的另一边的脸,然后反射滑动面发展。这一现象与仿真结果是一致的陈et al。(11]。此外,当B/H是足够小,测量数据的主动土压力明显低于库仑值。

3.4。简短的总结

在以前的研究中,库仑(1)理论通常被用来预测滑动面倾角的狭窄的回填。滑动面倾角的计算使用库仑[1)的理论 。据马et al。13之间的临界点,“半无限土”和“狭窄的回填”可以确定( )。然而,这个临界点显然不是精度。当 ,滑动表面的夹角 ,这显然比吗 。如果古典的手段都在这里,失败区和主动土压力会高估了。

全面的观察应变轮廓的狭窄的回填比率与各种方面,它可以推断,当 ,滑动面倾角的狭窄的回填与半无限的土壤是一致的。当 ,土壤变形后壁的限制,和滑动面倾角的增加与减少回填的长宽比。因此,临界点之间的“半无限土”和“狭窄的回填”可以确定的长宽比 。回填的比例减少,土壤经历三个州的失效模式:(1)的滑动面倾角和半无限土壤是一致的;(2)滑动面倾角的增加而减少的比例;(3)当宽高比是足够小,滑动面发展从墙上脚趾后墙上的脸,然后反射滑动面发展。

4所示。主动土压力

基于实验结果和分析,简单的计算模型是捏造的主动土压力下的无粘聚性狭窄的回填翻译模式。根据极限平衡方法,主动土压力的计算方法提出了翻译模式下的无粘聚性狭窄的回填。

4.1。首先计算模型

提出了图7,比例超过临界点时,计算模型符合库仑(1)理论,表示楔的重量美国广播公司;反应力作用在滑动面吗交流;的方向之间的角度和正常的飞机交流=回填土的内摩擦角 ;和墙上的合力作用的脸;和的方向之间的夹角和正常的飞机AB=土壁界面摩擦角 。

根据极限平衡,获得的合力可以使用以下方程: 在哪里表示回填的单位重量。

4.2。第二个计算模型

提出了图8,当宽高比是足够小,点的滑动面发展一个对点D,然后点反射滑动面发展G。失败楔之间的接触长度ABCD和正确的墙 : 在哪里表示合力作用于楔CDG,可以通过第一种计算模型。

的外摩擦端接口认为是平等的, 。在楔ABCD由,力平衡W,R,E,E_r(图7(b)),楔形的重量ABCD可以使用以下方程:

根据水平力平衡,

根据垂直力平衡,

结合方程(4)- (6),我们gett

4.3。倾斜角的滑动面和土压力的分布

合成的窄回填的土压力可根据两种类型的计算模型。应该注意的是,依赖于未知角吗,必须最大化的角度。的价值导致最大可以使用以下公式获得:

此外,活跃的合成和滑动面倾斜角度可以确认。

主动土压力分布可以用以下方程: 在哪里表示计算回填深度。然而,方程(9直接)难以解决。因此,采用有限差分法将方程(9):

5。验证该方法的有效性

验证该方法,利用上述实验数据,挡土墙和回填土的参数表1。在图9,该方法之间的比较,以前的方法和实验数据。该方法是一致的,从而提高其适用性。

6。讨论

在本文中,我们展示狭窄的失效模式通过实验方法和GeoPIV分析无黏性回填。与先前的研究相比(4- - - - - -7,14),我们的研究结果证实存在的滑动表面反射在狭窄的回填。这可以解释为什么主动土压力的分布狭窄的回填是非线性的。不同于之前的理论分析,只有一个滑动面被认为,本文的计算模型是由多个滑动块,这是故障模式对应的狭窄回填和提高了计算精度。

7所示。结论

(1)在这项研究中,实验方法和GeoPIV方法开发和用于测量变形和主动土压力的狭窄的回填。这个实验能够有效地记录故障过程和狭窄的回填土压力下翻译模式。通过使用GeoPIV变形分析软件,回填的滑动面位置可以准确定位,和狭窄的回填的失效模式可以确定。(2)基于实验结果,“半无限土壤”之间的临界点和狭窄的回填的可以确定的长宽比 。的长宽比回填减少,土壤经历三个州的滑动面:(1)的滑动面倾角和半无限是一致的土壤;(2)滑动面倾角的增加而减少的比例;(3)当宽高比是足够小,滑动面发展从墙上脚趾后墙上的脸,然后反射滑动面发展。(3)两种类型的计算模型开发基于实验结果。根据极限平衡方法,主动土压力的计算方法,提出了翻译模式下的无粘聚性狭窄的回填。为了验证该方法的适用性,与以前的方法相比,实验数据。

符号

:	回填的宽度(米)
:	回填的深度(米)
:	失败楔和后壁之间的接触长度(米)
:	计算的深度(米)
:	纵横比
:	单位重量的回填(kN / m3)
:	回填土的内摩擦角(°)
:	回填土之间的摩擦角和两个挡土墙(°)
:	倾斜角度和滑动面之间的水平线(°)
:	土壤的重量(kN /米)
:	反作用力作用在滑动面(kN /米)
:	合成作用于土壤(kN /米)
:	合成作用于后壁(kN /米)
:	合成的主动土压力(kN /米)
:	主动土压力(kPa)
:	主动土压力系数。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现文章中是可用的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

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