以有限元素法模擬牆移動型式對土壓力之影響

Abstract

本研究以有限元素法探討二大類剛性擋土牆移動型式：(1) 擋土牆對牆底下側一點旋 轉; (2) 擋土牆對牆頂上側一點旋轉, 所引致之土壓力變化。為便於比較，研究中亦 論及牆平移模式所引致之土壓力變化。研究中採用八種不同旋轉位置及四種牆高尺寸 ，作為分析土壓力變化之影響參數。 本研究在試驗室中以靜態三軸試驗及直接剪力試驗建立砂質回填土及回填土一牆面間 的雙曲線力學模式，並將其應用於數值分析中，以探討擋土牆後之土壓力變化，並獲 得以下各項主要結論： (1) 牆移動之型式對土壓力大小及分布具決定性影響。 (2) 於牆平移模式中, 主動土壓力分布形狀較接近三角形, 且此側向應力大小甚接近 Coulomb 值。 (3) 於對牆底下側一點旋轉模式中, 當擋土牆向外移動, 於靠近牆底部分出現應力集 中現象。隨著旋轉點位置之下降，額外應力值逐漸減小且主動土壓力分布形狀逐漸趨 向牆平移模式者。 (4) 於對牆頂上側一點旋轉模式中，隨著牆之向外移動，作用於下半部牆面之土壓力 消散較快，而於牆面上側區域出現「拱效應」，隨著旋轉點位置之升高，額外土壓力 逐漸和緩且主動土壓力分布形狀逐漸趨向牆平移模式者。 (5) 牆高尺寸對主動土壓合力係數及合力作用點相對位置之影響不明顯。