岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 697-707.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0582

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于三角形滑移面的地基松动土压力研究

王家全1, 2,陈家明1, 2,林志南1, 2,唐毅1, 2   

  1. 1. 广西科技大学 土木建筑工程学院,广西 柳州 545006;2. 广西壮族自治区岩土灾变与生态治理工程研究中心,广西 柳州 545006
  • 收稿日期:2022-04-22 接受日期:2022-08-13 出版日期:2023-03-21 发布日期:2023-03-24
  • 通讯作者: 林志南,男,1987年生,博士,讲师,主要从事岩土工程方面的研究工作。E-mail: zhinan_lin@gxust.edu.cn E-mail:wjquan1999@163.com
  • 作者简介:王家全,男,1981年生,博士,教授,主要从事加筋土结构、地基基础工程、土木工程灾害防治等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.41962017);广西自然科学基金重点项目(No.2022GXNSFDA035081);广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目(桂教人才[2020]6号);广西研究生教育创新计划项目(No.YCSW2021310)

Study on loose soil pressure based on triangular slip surfaces

WANG Jia-quan1, 2, CHEN Jia-ming1, 2, LIN Zhi-nan1, 2, TANG Yi1, 2   

  1. 1. College of Civil and Architectural Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou, Guangxi 545006, China; 2. Guangxi Zhuang Autonomous Region Engineering Research Center of Geotechnical Disaster and Ecological Control, Liuzhou, Guangxi 545006, China
  • Received:2022-04-22 Accepted:2022-08-13 Online:2023-03-21 Published:2023-03-24
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41962017), the Natural Science Foundation of Guangxi Province of China (2022GXNSFDA035081), the High Level Innovation Team and Outstanding Scholars Program of Guangxi Institutions of Higher Learning of China ([2020]6), and the Innovation Project of Guangxi Graduate Education (YCSW2021310).

摘要:

由岩溶塌陷、隧道开挖等方面引起的土体变形往往会对基础建设和基础结构等造成不均匀沉降、地面塌陷及开裂等危害,确定土体结构顶部松动土压力的分布情况并准确地分析土体变形与土拱效应间关系显得尤为重要。为了揭示土体变形和沉降对结构顶部松动土压力的变化规律,进行了一系列不同H/的活动门试验(为地基高度,为活动门宽度)。基于试验结果,提出以三角形作为力学模型分析不同滑移面时松动土压力的数学模型,考虑了滑移面角度与土体变形及主应力偏转三者之间的关系,分析了滑移面内任意水平微分土条的主应力偏转情况并建立受力平衡微分方程,根据不同滑移面形态下的边界条件求解松动土压力理论公式,与已有试验结果对比验证了理论公式的合理性。通过对滑移面角度、侧向土压力系数和内摩擦角等主要参数进行分析,结果表明:在较小相对位移下(1%~3%)土体应力迅速发生转移和重分布,初始滑移面角度略小于π/4+ φ /2(φ为内摩擦角),随着H/增大土体应力比缓慢增长最终趋于稳定;地基内封闭三角形滑移面的松动土压力与相对位移及内摩擦角相关;内摩擦角的增加使得土拱效应得到充分发挥,加强了应力转移,降低了土拱应力比;内摩擦角的增大减小了水平向应力分量,从而降低了侧向土压力系数。

关键词: 松动土压力, 土拱效应, 三角形滑移面, 应力偏转

Abstract:

Soil deformation caused by karst collapse and tunnel excavation often causes uneven settlement, ground collapse and cracking of foundation construction and foundation structure. Development of approaches to determine the distribution of loose earth pressure at the top of soil structure and analyze the relationship between soil deformation and soil arching effect accurately is of much importance. A series of classical trapdoor tests with different H/B ratios were conducted to reveal the variation law of soil deformation and settlement on the loose earth pressure at the top of the structure. Based on the test results, a mathematical model is proposed to analyze the loose earth pressure with triangle as the mechanical model under different slip surfaces. The relationship among the slip surface angle, soil deformation and principal stress deflection is considered. The principal stress deflection of any horizontal differential soil layer in the slip surface is analyzed and the stress equilibrium differential equation is established. The theoretical formula of loose earth pressure is solved according to the boundary conditions under different slip surfaces. The rationality of the theoretical formula is verified by comparing with the trapdoor tests results. The main parameters (e.g. slip surface angle, coefficient of lateral earth pressure and internal friction angle) were analyzed. The results reveal that when the displacement-width ratio (1%− 3%) is smaller, the stress rapidly transfers and redistributes, and the angle of initial slip surface is slightly smaller than π/4+φ /2. With the increase of H/B, the vertical stress increases slowly and finally tends to be stable; loose earth pressure of closed triangular slip surface in foundation is related to the displacement-width ratio and internal friction angle; the increase of internal friction angle makes full use of soil arching effect, strengthens stress transfer and reduces vertical stress; the increase of internal friction angle brings a remarkable reduction in the horizontal stress component, thereby reducing the lateral earth pressure coefficient.

Key words: loosening earth pressure, soil arching effect, triangular slip surfaces, principal stress rotation

中图分类号: 

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