岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (10): 2895-2907.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0458

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RB模式下刚性挡墙有限土体主动土压力的 离散元模拟与理论研究

张恒志1, 2,徐长节1, 3, 4,梁禄钜1,侯世磊5,范润东6,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. 华东交通大学 土木工程国家实验教学示范中心,江西 南昌 330013;4. 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; 5. 中铁十四局集团第四工程有限公司,山东 济南 250002;6. 浙江杭海城际铁路有限公司,浙江 嘉兴 314400
  • 收稿日期:2021-04-01 修回日期:2021-06-24 出版日期:2021-10-11 发布日期:2021-10-21
  • 作者简介:张恒志,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);国家杰出青年科学基金(No. 51725802);浙江省自然科学基金委员会?华东院联合基金(No. LHZ19E080001)。

Discrete element simulation and theoretical study of active earth pressure against rigid retaining walls under RB mode for finite soils

ZHANG Heng-zhi1, 2, XU Chang-jie1, 3, 4, LIANG Lu-ju1, HOU Shi-lei5, FAN Run-dong6, 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. National Experimental Teaching Demonstration Center of Civil Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 4. Jiangxi Key Laboratory of Infrastructure Safety Control in Geotechnical Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 5. China Railway 14th Bureau Group 4th Engineering Co., Ltd., Jinan, Shandong 250002, China; 6. Zhejiang Hanghai Intercity Railway Co., Ltd., Jiaxing, Zhejiang 314400, China
  • Received:2021-04-01 Revised:2021-06-24 Online:2021-10-11 Published:2021-10-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51878276), the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (51725802) and the Joint Fund of the Natural Science Foundation of Zhejiang Province and Huadong Engineering Corporation Limited (LHZ19E080001).

摘要: 为研究刚性挡墙绕墙底转动(RB)模式下无黏性土主动土压力的分布问题,针对不同墙后填土宽度情况开展了离散元模拟。通过对离散元模拟结果分析发现,RB模式下主动土压力分布不同于平动(T)模式下的抛物线型分布;当墙后土体达主动极限状态时,土体内部形成了多条平行的滑裂线。由此提出了基于滑裂线分层的斜微分单元法,采用该方法将墙后土体划分为多个斜微分单元,并依据静力平衡条件推导了RB模式下有限土体主动土压力的理论计算公式。在无限宽度土体情况时,该理论公式与三角形分布的库仑主动土压力公式一致;在有限宽度土体情况时,该理论公式解得主动土压力沿深度呈分段线性分布;在墙土无摩擦情况时,该理论公式将退化为朗肯主动土压力公式。最后,通过与离散元模拟结果、前人理论方法及模型试验结果的对比,验证了该理论公式的合理性及有效性。

关键词: 离散元模拟, 主动土压力, 有限土体, 绕墙底转动, 斜微分单元法, 无黏性土

Abstract: To determine the distribution of the active earth pressure of the cohesionless soil under the rigid retaining wall rotating around the base (i.e., RB) mode, the discrete element simulations concerning different post-fill widths were carried out. The simulation results show that the active earth pressure distribution in the RB mode is different from the parabolic distribution of the active earth pressure in the translation (T) mode. When the soil behind the wall is in an active limit state, multiple parallel slip lines are formed inside the soil. An oblique differential element method based on slicing of slip line is proposed based on the numerical results. Based on the proposed method, the soil behind the wall is divided into several oblique differential elements, and the theoretical formula of active earth pressure under RB mode is derived according to the static equilibrium condition. In the case of infinite soils, the theoretical formula is consistent with the Coulomb's active earth pressure formula of triangular distribution. In the case of finite soils, the active earth pressure is piecewise linear distribution along with the depth. In the case of wall soil without friction, the theoretical formula will degenerate into Rankine's active earth pressure formula. Finally, the rationality and effectiveness of the theoretical formula are verified by comparing with the results of discrete element simulation, previous theoretical methods, and model tests.

Key words: discrete element simulation, active earth pressure, finite soils, rotating about the base, oblique differential element method, cohesionless soil

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