以數值方法分析擋土牆移動型式對土壓力的影響

Abstract

本文以有限元素法探討三種擋土牆移動型式：（１）對牆底旋轉（Rotation aboutb- ase） ，（２）對牆頂旋轉（Rotation about top），及（３）牆平移（Translati- on），所引致之土壓力變化。 本研究採用靜態三軸試驗及直接剪力試驗建立砂質回填土及牆面與回填土間之雙曲線 應力一應變關係（Hyperbolic stress-strain relationship） ，然後將所求出之力 學模式應用在自行發展之有限元素法程式，來研究各種牆位移型式所引致之土壓力變 化。由分析結果顯示，對牆底旋轉及對牆頂旋轉二模式之擋土牆後主動土壓力分佈與 傳統Coulomb 及Rankine 土壓力理論所算出之主動土壓力有極大的差異。當擋土牆向 外移動時，對牆底旋轉模式在接近牆底部份出現土壓力應力集中現象；而對牆頂旋轉 模式當擋土牆向外移動時，作用在上側牆面 之土壓力發生「掽效應」（Arching） ，此點與擋土牆模型試驗相吻合；牆平移所造成之主動土壓力則與傳統土壓力理論算 出之結果相近似。回填土密度及靜止土壓力係數對土壓力分佈形狀影響甚小，但對土 壓力合力作用點卻有相當程度的影響。 以有限元素法分析所得之土壓力分佈形狀，主動土壓力係數及土壓力合力作用點與大 型擋土牆模型試驗結果吻合良好。