岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 603-614.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0406

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RB模式下砂土非极限主动土压力的 离散元模拟与理论研究

孙佳政1, 2,傅翼3,仇雅诗1,徐长节1, 4, 5,张恒志1,冯国辉1   

  1. 1. 浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学 平衡建筑研究中心,浙江 杭州 310028; 3. 杭州市钱江新城建设开发有限公司,浙江 杭州 310020;4. 华东交通大学 轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室,江西 南昌 330013;5. 华东交通大学 江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室,江西 南昌 330013
  • 收稿日期:2022-03-31 接受日期:2022-06-13 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-02-17
  • 作者简介:孙佳政,男,1997年生,硕士研究生,主要从事土压力理论与离散元模拟等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51878276,No. U1934208);国家杰出青年科学基金(No. 51725802);浙江省自然科学基金(No. LHZ19E080001);南昌轨道交通集团科研项目(No. 2020HGKYB008)

Discrete element simulation and theoretical study on non-limit active earth pressure of sand under RB mode

SUN Jia-zheng1, 2, FU Yi3, QIU Ya-shi1, XU Chang-jie1, 4, 5, ZHANG Heng-zhi1, FENG Guo-hui1   

  1. 1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058,China; 2. Center for Balance Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310028, China; 3. Hangzhou CBD Construction Development Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310020, China; 4. State Key Laboratory of Performance Monitoring Protecting of Rail Transit Infrastructure, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 5. Jiangxi Key Laboratory of Infrastructure Safety Control in Geotechnical Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China
  • Received:2022-03-31 Accepted:2022-06-13 Online:2023-02-10 Published:2023-02-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51878276, U1934208), the National Science Foundation for Distinguished Young Scholars (51725802), the Natural Science Foundation of Zhejiang Province(LHZ19E080001) and the Scientific Research Project of Nanchang Rail Transit Group(2020HGKYB008).

摘要: 针对刚性挡土墙绕墙底向外位移(RB)模式下砂土非极限主动土压力分布问题,采用离散元数值模拟对砂土的主动破坏过程进行分析。研究结果表明,非极限主动状态下,不同深度处土体内摩擦角变成极限值时,该点所需的水平位移近似相同,约为0.03%H,墙-土摩擦角至极限值时该点所需的水平位移Sδ 近似与深度z呈线性关系,即Sδ =0.12%z;挡墙位移过程中,墙后土体中存在多个相互平行的“准滑动面。根据模拟结果,在Liu提出的摩擦角调动值计算公式基础上进行了修正,并利用斜微分单元法,取墙后土楔体中平行于滑动面的薄层作为斜微分单元,建立了非极限主动状态下单元体静力平衡方程,得到了 RB 模式下挡墙不同位移量时非极限主动土压力计算公式。将计算结果与模拟结果和模型试验实测数据进行对比,验证了理论公式的合理性。

关键词: 非极限主动状态, 离散元模拟, 绕墙底转动, 砂土, 土压力, 斜微分单元法, 墙-土摩擦角

Abstract:

Aiming at the non-limit active earth pressure distribution of sand under the rotating about the base (RB) mode of rigid retaining wall around the bottom of the wall, the active failure process of sand is analyzed by discrete element numerical simulation. The results show that in the non-limit active state, when the friction angle of the soil at different depths becomes the limit value, the horizontal displacement required at this point is approximately the same, which is about 0.03%H. When the soil-wall friction angle reaches the limit value, the horizontal displacement required at this point is approximately linear with the depth z, that is Sδ =0.12%z; and there are many parallel "quasi sliding surfaces" in the soil behind the wall in the process of retaining wall moving. According to the simulation results, this paper modifies the calculation formula of friction angle mobilization value proposed by Liu, takes the thin layer parallel to the sliding surface in the soil wedge behind the wall as the oblique differential element by using the oblique differential element method, establishes the static equilibrium equation of the element in the non-limit active state, and obtains the calculation formula of non-limit active earth pressure against different displacements of the retaining wall under RB mode. Finally, the calculation results are compared with the simulation results and the measured data of model test, which verifies the rationality of the theoretical formula proposed in this paper.

Key words: non-limit active state, discrete element simulation, rotating about the base, sand, earth pressure, oblique differential element method, soil-wall friction angle

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