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挡板式护岸结构的稳定性分析
彭宣茂,任青文,钱向东
(河海大学土木工程学院,江苏南京 210098)
摘要:挡板式护岸结构是河道护岸工程中一种新型的重要结构形式。其上部一般为浆砌块石重力式挡土墙,下
部为混凝土底板,底板靠河一侧设垂直挡板,可防止流水冲刷并增加挡土墙的稳定性。本文用有限元法确定作用在挡板式护岸结构上的土压力,用刚体极限平衡法进行整体结构的稳定性分析
关键词:护岸结构;稳定分析;有限元法;刚体极限平衡法
中图分类号: TV861 ; TU31112
文章编号:1001 - 408 X(2004) 01 - 0056 - 04
文献标识码:A
数。为
1
引言
挡板式护岸结构是河道护岸工程结构的一种新
1
N i = ( 1 +ξξi ) ( 1 + ηηi
(2)
)
4
对于混凝土底板和挡板,一般采用线弹性模型。
其材料的应力—应变关系服从虎克定律,
型的重要结构形式。其上部一般为浆砌块石重力式
挡土墙,下部为混凝土底板。底板靠河一侧设垂直挡板,可防止流水冲刷并增加挡土墙的稳定性。由
于底板近河一侧具有深入土体的齿坎形挡板,其稳
定性较不带挡板的结构更好。因此,很受设计人员的欢迎。但是对于此种结构,目前还没有十分合适
的规范,因此研究和探讨合理的应力应变和稳定性
分析方法是挡板式护岸结构设计中的一项十分重要的内容,具有很重要的理论意义和工程应用价值。
本文对挡板式护岸结构的稳定性分析方法进行研究和探讨。
dσ= D dε
( 3)
其中 dσ为应力增量, dε为应变增量, [ D ] 为弹
性矩阵,对于平面应变问题为
1
μ
0
[ D ] =
( 4)
0
0
式中 E 为弹性模量,μ为泊松比。
考虑到土体以及浆砌块石为低抗拉材料,在实际荷载作用下可能会发生破坏,因此有必要采用弹
塑性模型, 在各种弹塑性模型中, Mo hr - Co nlo mb 模型由于参数少,易于应用。取以下复合型屈服准则
用有限元法确定土压力
要对挡板式护岸结构进行稳定性分析,首先要解决作用在结构上的土压力问题。为了满足结构设计的需要,传统的朗肯公式和库仑公式1 由于使用简便,可以用它们来确定土压力。但作为稳定性研究,应当采用更精确合理的方法计算土体压力。有限元方法2 可以考虑土体和结构的变形及两者之间的相互作用,是一种较好的方法。平面模型采用四结点等参单元,单元的位移模式为
2
Fi =σi - σt
( i = 1 , 2)
( 5)
F = 1 (σ1 - σ2 ) + 1 (σ1 +σ2 ) sinφ- c·co sφ(6)
2
2
式(5) 为最大拉应力准则,其σi 为主应力,σt 为
材料的抗拉强度,式( 6) 为 Mo hr - Co ulo mb 屈服准则,其中σ1 、σ2 为第一与第三主应力, c 、φ为材料的
凝聚力和内摩擦角。
当 Fi < 0 和 F < 0 时, 材料处于弹性状态, 其应力、应变关系满足弹性物理方程( 3) 。
当 Fi > 0 时,材料发生拉裂破坏,开裂后沿开裂
u i
v i
u
v
4
= ∑N i
( 1)
i = 1
式中 u i 、v i 为单元的结点位移, N i 为位移插值函