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在现代土力学中,挡土墙后土压力的计算问题一直是困扰岩土工程界的传统课题。经典的库伦和朗肯土压力理论,因其具有计算模型简单易用、力学概念清晰明确的优点,一直为工程设计人员所使用。土钉式挡土结构是近些年才开始广泛使用的新式挡土形式,它在支护机理、变形模式以及破坏形式等方面都与传统档土墙相差甚远,但是工程设计人员依然沿用经典土压力理论来确定土钉式挡土结构的土压力分布情况。从大量实测数据的反馈情况来看,以经典土压力计算得到的土钉式挡土结构侧土压力的理论计算值与实测值之间的差距非常大,这就意味着使用经典土压力理论来计算土钉式挡土结构的土压力会产生很大误差,并不合理。本文所做研究意旨通过试验分析和数值模拟确定土钉式挡土结构的土压力分布形式,进而设计其简化计算模型。 本文对黄土地区土钉式挡土结构侧向土压力问题展开了相关的室内试验、数值分析以及理论研究。主要工作如下:首先,本文分别进行了黄土浸水压缩试验、标准压缩试验和三轴压缩试验。之后,本文采用ABAQUS有限元软件对黄土地区土钉式挡土结构侧向土压力进行了数值模拟。最后,本文根据数值模拟得到的土压力分布情况,并结合试验过程中得到的相关结论,提出了适合黄土地区侧土压力分布简化计算模型。 通过上述研究,本文获得一定的研究成果。通过压缩试验和三轴剪切试验取得了原状黄土的压缩性随含水量的增加而增加的结论,确定了土体割线模量与含水量之间的定量关系。数值模拟的研究结果表明,随着弹性模量E越大,坑底位置的侧向土压力变化越大,而土压力的最大值基本不随E的改变而改变,且最大土压力分布在3/5~2/3基坑深度范围内。根据数值模拟得到的土压力分布情况,并结合试验过程中得到的相关结论,提出了适合黄土地区的基于弹性模量的侧土压力简化分布模型。结合了静泊松比与含水量之间的关系以及割线模量与变形模量之间的转化关系,建立了土体在水平方向的应力一应变本构方程。