CN115081089A - 加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法 - Google Patents

加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法 Download PDF

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CN115081089A CN202210889275.XA CN202210889275A CN115081089A CN 115081089 A CN115081089 A CN 115081089A CN 202210889275 A CN202210889275 A CN 202210889275A CN 115081089 A CN115081089 A CN 115081089A
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Abstract

本发明公开了一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法，该模型确定方法包括：基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋‑土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋‑土界面剪应力的第三关系；基于筋‑土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋‑土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。该分布模型确定方法，通过考虑筋‑土界面相对位移以及筋‑土界面的剪胀特性，使得确定的筋材轴力的分布模型更加符合实际，更加准确。

Description

加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法。
背景技术
土工合成材料加筋土挡墙以其适应性强、节省投资、低碳环保等优势，在世界各地土木工程领域得到了广泛应用。在复杂工程地质条件下的填方路基工程、山区机场飞行区建设中，加筋土挡墙被证明可以合理地解决传统挡墙费用高、缓坡路堤占地多或者地形陡峭无法收坡的问题，经济效益和社会效益十分明显。
在目前现行的规范中，对加筋土挡墙进行内部稳定性分析时，要求筋材轴力的设计值为T≥FsσhSv（式中，Fs、σh和Sv分别表示安全系数、侧向土压力系数和加筋间距）。从式中可以得出，当层间距减小一倍时，把筋材轴力也减小一倍，挡墙的稳定性不发生变化。但有研究表明，当加筋间距比较小时，层间距的作用明显大于筋材强度对加筋土体稳定性的影响，并且这时加筋土体表现出明显的复合体性质以及优良的承载性能。出现这种计算结果和表现结果不一致的原因是因为目前的计算方法仅考虑了筋土界面的摩擦作用，而忽略了筋材对周围填土的加筋作用。即目前的加筋土挡墙中筋材轴力的计算结果不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法，以解决现有技术中忽略了筋材对周围填土的加筋作用，导致加筋土挡墙中筋材轴力的计算结果不准确的技术问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，包括：基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系；基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。
可选地，所述土体受到的应力包括平均水平应力和平均竖向应力，所述第一关系通过以下公式表示：
Figure 585341DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 324890DEST_PATH_IMAGE002
表示土体应变，Es表示土体的杨氏模量，v s 表示土体泊松比，
Figure 718962DEST_PATH_IMAGE003
表示土 体单元受到的平均竖向应力，
Figure 412111DEST_PATH_IMAGE004
表示土体单元受到的平均水平应力。
可选地，土体受到的应力和筋材轴力的第二关系包括土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系以及土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系；所述土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系通过如下公式表示：
Figure 205099DEST_PATH_IMAGE005
式中，
Figure 692712DEST_PATH_IMAGE006
表示土体单元受到的平均竖向应力，
Figure 574081DEST_PATH_IMAGE007
表示加筋土挡墙中受力分 析单元上部边界面处的竖向应力，Sv表示加筋间距，
Figure 70921DEST_PATH_IMAGE008
表示筋材轴力，x表示水平位置；
所述土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系通过如下公式表示：
Figure 518083DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 176597DEST_PATH_IMAGE010
表示土体单元受到的平均水平应力，
Figure 279683DEST_PATH_IMAGE011
表示土体右侧边界面处的水 平应力。
可选地，所述土体位移和土体应变的关系通过以下公式表示：
Figure 111372DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 881882DEST_PATH_IMAGE013
表示土体位移，
Figure 445719DEST_PATH_IMAGE014
表示土体应变，x表示水平位置；
所述筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系通过以下公式表示：
Figure 98417DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 671481DEST_PATH_IMAGE016
表示筋材轴力，
Figure 30918DEST_PATH_IMAGE017
表示筋-土界面剪应力。
可选地，所述筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系通过以下公式表示：
Figure 93552DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 905650DEST_PATH_IMAGE019
表示筋材变形，
Figure 547984DEST_PATH_IMAGE020
表示筋-土相对位移，
Figure 824245DEST_PATH_IMAGE021
表示土体位 移；
所述筋-土界面剪胀模型通过以下公式表示：
Figure 261042DEST_PATH_IMAGE022
式中，A、K分别表示剪胀系数，
Figure 560437DEST_PATH_IMAGE023
表示筋-土界面剪应力；
所述筋材轴力的应变关系通过以下公式表示：
Figure 537620DEST_PATH_IMAGE024
式中，Jr表示筋材模量；εr表示筋材应变。
可选地，筋材轴力的分布模型通过以下公式表示：
Figure 871649DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 213769DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 62776DEST_PATH_IMAGE027
， 常数项c1、c2以及c3在加筋土挡墙破坏面右侧和左侧取值不同，
Figure 778404DEST_PATH_IMAGE028
表示筋材轴力，A、K分 别表示剪胀系数，Jr表示筋材模量，v s 表示土体泊松比，Sv表示加筋间距，Es表示土体的杨氏 模量。
本发明实施例第二方面提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法，包括：获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数；将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布；将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值；将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。
本发明实施例第三方面提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置，包括：第一关系确定模块，用于基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；第二关系确定模块，用于根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；第三关系确定模块，用于基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系；分布模型确定模块，用于基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。
本发明实施例第四方面提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置，包括：参数获取模块，用于获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数；第一计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布；第二计算模块，用于将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值；第三计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。
本发明实施例第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及本发明实施例第二方面所述的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法。
本发明实施例第六方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及本发明实施例第二方面所述的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法。
本发明提供的技术方案，具有如下效果：
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及装置，通过考虑筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，使得确定的筋材轴力的分布模型更加符合实际，更加准确。同时通过该确定方法确定的筋材轴力沿其长度方向上的分布模型，可以使研究人员、设计人员和施工人员对加筋土挡墙筋材轴力的受力特性有更加清晰、直观的认识，为后续深入研究加筋土挡墙的受力特性奠定基础。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法及装置，采用上述实施例确定的筋材轴力的分布模型，由于该分布模型中考虑了筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，因此，采用该分布模型进行轴力分布计算时，得到的轴力分布计算结果更加符合实际，更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的加筋土挡墙受力示意图；
图3是根据本发明实施例的加筋土挡墙中选取的受力分析单元示意图；
图4是根据本发明实施例的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置的结构框图；
图6是根据本发明实施例的加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置的结构框图；
图7是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；
图8是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如在背景技术中所述，目前针对加筋土挡墙中筋材轴力的计算方法仅考虑了筋土界面的摩擦作用，而忽略了筋材对周围填土的加筋作用，从而导致加筋土挡墙中筋材轴力的计算结果不准确。并且，通过对加筋机理的进一步研究发现，筋材的加筋作用不仅仅局限于筋土界面的摩擦作用，在筋材周围一定范围内的土体也受到加筋作用，即间接加筋作用。尤其是在加筋间距较小的条件下，加筋土复合体的极限承载能力呈现出非线性增长的趋势。因此，研究加筋土挡墙中筋材轴力的分布计算能够使得对筋材轴力的分布具有更直观、更清晰的认识，同时还能将其用于等效附加应力法中。
有鉴于此，本发明实施例提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，通过结合筋-土界面相对位移和筋-土界面剪胀模型，从而使得确定的筋材轴力分布模型更加准确。
根据本发明实施例，提供了一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，可用于电子设备，如电脑、手机、平板电脑等，图1是根据本发明实施例加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系。在确定分布模型时，可以以加筋土挡墙中的选取的受力分析单元进行受力分析确定。加筋土挡墙受力示意图如图2所示，受力分析单元如图3所示，在图2和图3中示出了：挡墙的高度1，单位为H/m；挡墙上部的荷载2，单位为kPa；朗肯破坏面3；第一层筋材4；加筋间距5，单位为m；受力分析单元6；筋材长度7，单位为m；朗肯破坏面与水平面的夹角8，单位为°；受力分析单元上部边界面处的竖向应力9，单位为kPa；筋材前端产生的轴力10，单位为kN/m；受力分析单元左侧边界面处的水平应力11，单位为kPa；受力分析单元右侧边界面处的水平应力12，单位为kPa；受力分析单元下部边界面处的竖向应力13，单位为kPa；筋材轴力分布14；第二层筋材15。
具体地，胡克定律是力学弹性理论中的一条基本定律，可以表述为：固体材料受力之后，材料中的应力与应变之间成线性关系。满足胡克定律的材料称为线弹性或胡克型材料。
其中，在描述土体的应力应变关系时，可以以预先划分的土体单元进行分析，土体单元受到的应力包括平均水平应力和平均竖向应力，基于应力和应变的关系，得到土体应变，或者说是土体的水平平均应变。由此，土体应变和土体受到的应力的第一关系通过以下公式表示：
Figure 966940DEST_PATH_IMAGE029
公式（1）
式中，
Figure 11119DEST_PATH_IMAGE030
表示土体应变，Es表示土体的杨氏模量，单位为kPa，v s 表示土体泊松比，
Figure 550685DEST_PATH_IMAGE031
表示土体单元受到的平均竖向应力，单位为kPa，
Figure 72933DEST_PATH_IMAGE032
表示土体单元受到的平均水平 应力，单位为kPa。
步骤S102：根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系。剪力滞即剪力滞后效应，剪力滞后有时也叫剪切滞后，具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。在基于剪力滞原理确定第二关系时，由于土体受到的应力包括平均水平应力和平均竖向应力，因此，第二关系包括土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系以及土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系。
其中，在确定平均竖向应力和筋材轴力的关系时，先根据剪力滞基本原理，确定平均竖向应力和筋材表面受到的正应力的关系，该关系通过以下公式表示：
Figure 381555DEST_PATH_IMAGE033
公式（2）
式中，
Figure 331056DEST_PATH_IMAGE034
表示加筋土挡墙中受力分析单元上部边界面处的竖向应力，单位为 kPa，
Figure 92339DEST_PATH_IMAGE035
表示筋材表面受到的正应力，单位为kPa。
而筋材表面受到的正应力与筋材轴力的关系通过以下公式表示：
Figure 152699DEST_PATH_IMAGE036
公式（3）
式中，Sv表示加筋间距，
Figure 112564DEST_PATH_IMAGE037
表示筋材轴力，x表示水平位置。
然后将上述公式（3）代入到公式（2）中，可以得到如公式（4）的土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系：
Figure 967388DEST_PATH_IMAGE038
公式（4）
同时，土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系通过如下公式表示：
Figure 481546DEST_PATH_IMAGE039
公式（5）
式中，
Figure 345597DEST_PATH_IMAGE040
表示土体右侧边界面处的水平应力。
步骤S103：基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系。
具体地，土体位移和土体应变的关系通过以下公式表示：
Figure 363231DEST_PATH_IMAGE041
公式（6）
式中，
Figure 920114DEST_PATH_IMAGE042
表示土体位移。
所述筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系通过以下公式表示：
Figure 655989DEST_PATH_IMAGE043
公式（7）
式中，
Figure 323731DEST_PATH_IMAGE044
表示筋-土界面剪应力。
由于第一关系中给出了土体应变和土体受到的应力的关系，第二关系中给出了土体受到的应力和筋材轴力的关系，因此，将第一关系、第二关系、土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系整合，能够得到土体位移和筋-土界面剪应力的关系。
步骤S104：基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。
具体地，筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系通过以下公式表示：
Figure 992610DEST_PATH_IMAGE045
公式（8）
式中，
Figure 740902DEST_PATH_IMAGE046
表示筋材变形，
Figure 698494DEST_PATH_IMAGE047
表示筋-土相对位移。
筋-土界面剪胀模型通过以下公式表示：
Figure 701085DEST_PATH_IMAGE048
公式（9）
式中，A、K分别表示剪胀系数。
同时，基于胡克定律，应力=模量×应变，因此，筋材轴力的应变关系通过以下公式表示：
Figure 693312DEST_PATH_IMAGE049
公式（10）
式中，Jr表示筋材模量；εr表示筋材应变。
而筋材应变与筋材变形之间的关系可以表示为：
Figure 326418DEST_PATH_IMAGE050
公式（11）
并且，通过上述步骤S103能够得到土体位移和筋-土界面剪应力的关系，筋-土界面剪胀模型又给出了筋-土界面剪应力和筋-土相对位移的关系，公式（11）确定了筋材应变和筋材变形之间的关系，由此，通过对上述第三关系、公式（8）至公式（11）进行整理，可以得到筋材轴力的分布模型表示为：
Figure 771306DEST_PATH_IMAGE051
公式（12）
式中，
Figure 577588DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 689901DEST_PATH_IMAGE053
， c1、c2以及c3为常数项。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，通过考虑筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，使得确定的筋材轴力的分布模型更加符合实际，更加准确。同时通过该确定方法确定的筋材轴力沿其长度方向上的分布模型，可以使研究人员、设计人员和施工人员对加筋土挡墙筋材轴力的受力特性有更加清晰、直观的认识，为后续深入研究加筋土挡墙的受力特性奠定基础。
在一实施方式中，当确定土体应变和土体受到的应力的第一关系后，为了便于后续计算，可以对第一关系进行如下处理，先对公式（1）进行变换，得到如下公式：
Figure 228329DEST_PATH_IMAGE054
公式（13）
然后对公式（13）左右两边同时求导，得到如下公式：
Figure 426092DEST_PATH_IMAGE055
公式（14）
由此，当确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系之后，分别对平均竖向应力和筋材轴力的关系以及土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系进行求导，其中土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系求导之后得到如下公式：
Figure 770486DEST_PATH_IMAGE056
公式（15）
此外，当考虑筋-土界面剪胀模型之后，土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系表示为：
Figure 471726DEST_PATH_IMAGE057
公式（16）
并且，在筋-土界面剪胀模型中，其剪胀系数A和K可以分别表示为：
Figure 446635DEST_PATH_IMAGE058
公式（17）
Figure 928432DEST_PATH_IMAGE059
公式（18）
式中，
Figure 14200DEST_PATH_IMAGE060
表示考虑剪胀后筋-土界面剪应力，单位为kPa，可以表示为
Figure 835525DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 43653DEST_PATH_IMAGE062
表示考虑剪胀后，筋-土界面增加的竖向应力，可以 表示为
Figure 950429DEST_PATH_IMAGE063
，
Figure 574308DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 312457DEST_PATH_IMAGE065
，其中，
Figure 363590DEST_PATH_IMAGE066
表示填土 的重度/kN/m3；z表示计算位置处的填埋深度，单位为m；q表示上覆荷载，单位为kPa；φg表示 筋-土界面摩擦角，单位为°；
Figure 757662DEST_PATH_IMAGE067
表示土体泊松比；
Figure 247549DEST_PATH_IMAGE068
表示静止侧向土压力系数；φ表示填 土内摩擦角，单位为°；Ψ表示填土剪胀角，单位为°，其与填土内摩擦角之间的关系可以表 示为
Figure 40537DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 528150DEST_PATH_IMAGE070
表示相对位移，单位为m，其值可取填土平均粒径d50的120倍到176 倍，如果填土平均粒径的值不清楚，可以取150 d50，
Figure 206256DEST_PATH_IMAGE071
表示筋-土发生相对位移后残余的 界面剪应力，单位为kPa，可以表示为
Figure 171938DEST_PATH_IMAGE072
。
对于上述确定方法确定的轴力分布模型，以朗肯破坏面为界，加筋土挡墙破坏面左右两侧的边界条件不一致，由此，在挡墙破坏面左右两侧的常数项也不一致。在朗肯破坏面右侧，上述常数项c1、c2以及c3分别表示为：
Figure 822362DEST_PATH_IMAGE073
Figure 543194DEST_PATH_IMAGE074
Figure 646279DEST_PATH_IMAGE075
式中，σ3r表示土体右侧边界面处的水平应力，单位为kPa；y表示计算位置处的纵坐 标，单位为m；
Figure 681231DEST_PATH_IMAGE076
表示朗肯破坏面与水平面的夹角，单位为°，H表示挡墙高度，L表示加筋长 度。
在朗肯破坏面左侧，常数项c1、c2以及c3分别表示为：
Figure 982899DEST_PATH_IMAGE077
Figure 77894DEST_PATH_IMAGE078
Figure 668276DEST_PATH_IMAGE079
式中，Tmax表示在朗肯破坏面处筋材产生的最大轴力，单位为kN/m。
本发明实施例还提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法，如图4所示，该方法包括：
步骤S201：获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数。其中，加筋土挡墙设计参数包括挡墙高度H、加筋间距Sv、加筋长度L；填土参数包括填土内摩擦角φ、填土粘聚力c、剪胀角Ψ，填土参数可以通过室内不固结不排水三轴试验获得。筋材参数包括筋材模量Jr，通过室内拉伸试验获得。
步骤S202：将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到上述实施例确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布。
其中，在进行加筋土挡墙轴力分布计算时，由于加筋土挡墙中包括多层筋材，因此，以每一层筋材为分析对象，根据每层筋材的位置依次计算相应筋材的轴力分布。同时，根据上述筋材分布模型中的常数项可知，在计算朗肯破坏面左侧的轴力分布时，需要计算筋材轴力的最大值。因此，可以先计算朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布。计算时，将上述获取的加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数代入到分布模型中，同时将每层筋材的位置y代入到常数项中，最终计算到朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布。
步骤S203：将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值。筋材中最大轴力值出现在朗肯破坏面处，因此，将朗肯破坏面处的横坐标x代入到分布模型中，得到相应层筋材的最大轴力值Tmax。
步骤S204：将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法，采用上述实施例确定的筋材轴力的分布模型，由于该分布模型中考虑了筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，因此，采用该分布模型进行轴力分布计算时，得到的轴力分布计算结果更加符合实际，更加准确。
在一实施例中，当采用上述加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法进行筋材轴力计算时，若加筋土挡墙的高度3.6m，加筋间距0.6m，筋材长度2.2m，上覆荷载q为40kPa，通过室内三轴试验、筋材拉伸试验获得的挡墙参数如表1。
表1
Figure 38077DEST_PATH_IMAGE080
则计算得到的筋材轴力分布结果如表2所示
表2
Figure 397514DEST_PATH_IMAGE081
本发明实施例还提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置，如图5所示，该装置包括：
第一关系确定模块，用于基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第二关系确定模块，用于根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第三关系确定模块，用于基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
分布模型确定模块，用于基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置，通过考虑筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，使得确定的筋材轴力的分布模型更加符合实际，更加准确。同时通过该确定装置确定的筋材轴力沿其长度方向上的分布模型，可以使研究人员、设计人员和施工人员对加筋土挡墙筋材轴力的受力特性有更加清晰、直观的认识，为后续深入研究加筋土挡墙的受力特性奠定基础。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置的功能描述详细参见上述实施例中加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法描述。
本发明实施例还提供一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置，如图6所示，该装置包括：
参数获取模块，用于获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第一计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到上述实施例确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第二计算模块，用于将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第三计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置，采用上述实施例确定的筋材轴力的分布模型，由于该分布模型中考虑了筋-土界面相对位移以及筋-土界面的剪胀特性，因此，采用该分布模型进行轴力分布计算时，得到的轴力分布计算结果更加符合实际，更加准确。
本发明实施例提供的加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置的功能描述详细参见上述实施例中加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法描述。
本发明实施例还提供一种存储介质，如图7所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体 (Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体 (Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘 (Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图1-4所示实施例中的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法及分布计算方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅图1至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，包括：
基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；
根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；
基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系；
基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。
2.根据权利要求1所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，所述土体受到的应力包括平均水平应力和平均竖向应力，所述第一关系通过以下公式表示：
Figure 974484DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 94886DEST_PATH_IMAGE002
表示土体应变，Es表示土体的杨氏模量，v s 表示土体泊松比，
Figure 343465DEST_PATH_IMAGE003
表示土体单 元受到的平均竖向应力，
Figure 4254DEST_PATH_IMAGE004
表示土体单元受到的平均水平应力。
3.根据权利要求1所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，土体受到的应力和筋材轴力的第二关系包括土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系以及土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系；
所述土体受到的平均竖向应力和筋材轴力的关系通过如下公式表示：
Figure 21888DEST_PATH_IMAGE005
式中，
Figure 109930DEST_PATH_IMAGE006
表示土体单元受到的平均竖向应力，
Figure 845805DEST_PATH_IMAGE007
表示加筋土挡墙中受力分析单元 上部边界面处的竖向应力，Sv表示加筋间距，
Figure 247967DEST_PATH_IMAGE008
表示筋材轴力，x表示水平位置；
所述土体受到的平均水平应力和筋材轴力的关系通过如下公式表示：
Figure 182425DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 644631DEST_PATH_IMAGE010
表示土体单元受到的平均水平应力，
Figure 599293DEST_PATH_IMAGE011
表示土体右侧边界面处的水平应 力。
4.根据权利要求1所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，所述土体位移和土体应变的关系通过以下公式表示：
Figure 805146DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 594110DEST_PATH_IMAGE013
表示土体位移，
Figure 227217DEST_PATH_IMAGE014
表示土体应变，x表示水平位置；
所述筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系通过以下公式表示：
Figure 937684DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 478387DEST_PATH_IMAGE016
表示筋材轴力，
Figure 325120DEST_PATH_IMAGE017
表示筋-土界面剪应力。
5.根据权利要求1所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，所述筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系通过以下公式表示：
Figure 925866DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 123629DEST_PATH_IMAGE019
表示筋材变形，
Figure 405706DEST_PATH_IMAGE020
表示筋-土相对位移，
Figure 372525DEST_PATH_IMAGE021
表示土体位移；
所述筋-土界面剪胀模型通过以下公式表示：
Figure 409751DEST_PATH_IMAGE022
式中，A、K分别表示剪胀系数，
Figure 563652DEST_PATH_IMAGE023
表示筋-土界面剪应力；
所述筋材轴力的应变关系通过以下公式表示：
Figure 914999DEST_PATH_IMAGE024
式中，Jr表示筋材模量；εr表示筋材应变，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示筋材轴力。
6.根据权利要求1所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法，其特征在于，筋材轴力的分布模型通过以下公式表示：
Figure 736324DEST_PATH_IMAGE026
式中，
Figure 147714DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 54490DEST_PATH_IMAGE028
，常数 项c1、c2以及c3在加筋土挡墙破坏面右侧和左侧取值不同，
Figure 740686DEST_PATH_IMAGE029
表示筋材轴力，A、K分别表 示剪胀系数，Jr表示筋材模量，v s 表示土体泊松比，Sv表示加筋间距，Es表示土体的杨氏模 量。
7.一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法，其特征在于，包括：
获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数；
将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到权利要求1-6任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布；
将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值；
将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。
8.一种加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定装置，其特征在于，包括：
第一关系确定模块，用于基于胡克定律描述土体的应力应变关系，确定土体应变和土体受到的应力的第一关系；
第二关系确定模块，用于根据剪力滞原理，确定土体受到的应力和筋材轴力的第二关系；
第三关系确定模块，用于基于土体位移和土体应变的关系、筋材轴力和筋-土界面剪应力的关系，根据第一关系和第二关系确定土体位移和筋-土界面剪应力的第三关系；
分布模型确定模块，用于基于筋-土相对位移和土体位移、筋材变形的关系以及筋-土界面剪胀模型，根据第三关系以及筋材轴力的应变关系确定筋材轴力的分布模型。
9.一种加筋土挡墙筋材轴力分布计算装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取加筋土挡墙设计参数、填土参数以及筋材参数；
第一计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数以及每层筋材的位置代入到权利要求1-6任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法确定的筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面右侧的筋材轴力分布；
第二计算模块，用于将朗肯破坏面的位置代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中最大轴力值；
第三计算模块，用于将所述加筋土挡墙设计参数、填土参数、筋材参数、每层筋材的位置以及最大轴力值代入到所述筋材轴力的分布模型中，得到每层筋材中朗肯破坏面左侧的筋材轴力分布。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-6任一项所述的加筋土挡墙筋材轴力分布模型确定方法或权利要求7所述的加筋土挡墙筋材轴力分布计算方法。
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