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摘要：本文通过ANSYS数值计算的方法分析结合极限平衡法，通过建立实例当其它条件都不变的情况下，只改变挡土墙墙背的仰斜角，取仰斜角a值分为0o，30o，45o，60o四种情况进行模拟分析主动土压力，通过本文方法计算的计算结果同朗肯方法计算结果对比，来说明本文的方法也是合理的。
关键词：土压力；ANSYS数值计算；塑性区
引言
土力学问题历史由来已久，古人就知道用石头堆砌挡土墙来挡土，理论主要是从朗肯和库伦提出开始，一直研究至今，伴随着我国现代化建设进程的加大，边坡、道路、地基、水利等等土木工程建设中，碰到的挡土墙土压力的问题数不胜数，土压力的计算也显得越发重要。这些年以来，国内外都出现了不少的工程事故，也引起了很多国内外专家学者的重视，土压力问题也得到了重视，加大了这方面的理论与实际研究，理论水平也有较大的提升，但是也有很多问题没有解决，比如大多数理论也是没法摆脱假设，所以，若是能正确合理的确定土压力是十分必要的，也是可以保证工程的施工安全、施工质量和经济性的前提。
有限单元法是最早是由数学家Courant提出的。直到1967年，第一本著作才问世。此后由于计算机的发展，在强大的硬件基础下有限元法很广泛的用于工程、计算、解决科学问题，成为应用很广的分析工具。从第一台计算机出现开始，经过近20年的发展，计算机迅速普及并应用于各个领域，帮助解决了很多难题，计算机的应用于土压力分析也是近阶段发展起来的，解决了人工没法计算的很多问题，计算机有限元分析结合原有的理论是的计算分析结果更接近于实际，并且效率大大提高，极限平衡理论有假设不足，无法很准确的反应土压力，有限元法能通过应力应变规律弥补其缺点。
本文鉴于经典土压力建立在很多假设之上的，通过有限元及极限平衡理论结合可以纠正传统方法基本假定的问题。具体步骤是用ANSYS软件进行模拟，发现并确定土体破坏面，最后通过极限平衡求解土压力。
1 模型建立
1.1 边界条件
引参考文献：如下图所示取底部固定，两侧边土体水平约束，一边为自由边。
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1.2 单元和网格
根据参考文献：可知，土压力ANSYS数值分析更适合于采用PLANE42单元来建立有限元模型，PLANE42单元由4节点定义。该单元数值分析模拟应用及其广泛，可以模拟不同材料的变形，应变、蠕变、膨胀、塑性、应力等等。还有一个优点是可以很好地解决网格划分时，可以更加实际情况对特殊部位采用独立的不同大小单元。比如，应力较大部位，单元可以密一些，应力较小处，划分稀疏，可以得到比较准确结果。
2屈服准则
研究发现岩土工程中，大部分的土体破坏主要由剪切造成。在众多的准则中岩土工程问题以Mohr-Couomb准则最为适宜；传统的极限平衡法，采用Mohr-Couomb屈服准则的屈服面在主应力空间中主要呈现为棱锥面，出现尖顶和棱角，导致数值模拟不确定。当π平面上为圆形时，屈服准则在程序的上较为显现，现通用的屈服准则涉及大型有限元软件，如ANSYS、MARC、MSC等。
以等面积屈服准则为例，将准则中的强度指标内摩擦角 、粘聚力 转化为Drucker-Prager屈服准则中等效强度指标内摩擦角 、粘聚力 来实现准则的等效，形成内接和外接圆类似。将计算出的内摩擦角 、粘聚力 输入ANSYS。从而实现下式转化：
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3 加载与求解
ANSYS与传统计算存在不同之处，传统计算时，无法实现荷载在实体模型与有限元模型上。在有限元的角度来看，最终荷载都是施加在有限元模型上。本文中所施加的荷载以土体自重为主。
以牛顿－拉普森平衡迭代修正的方法在ANSYS程序运用，求得在各载荷的增量末端解，从而实现平衡收敛最终的解。
4 算例分析
下图某项目挡土墙，其相应几何和物理力学参数具体为：挡土墙高（H）6米，β=0，墙背的仰斜角为a取值分为0o，30o，45o，60o四种，γ=16千牛每立方米， ，E=20兆帕，泊松比 ，φ为5°，C为10千帕。三角形楔体如下图，数值计算不控制变形，收敛限设为0.05，各参数利用两式进行转换，再运用ANSYS模拟，将挡土墙以力代替，按照平面应变建立模型。
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通过ANSYS模拟可得到位移、应力、应变等结果，其中正为拉应力，负为压应力。但是对于本例更关心的是塑性变形，本文采用DP1准则。ANSYS模拟图中挡土墙后土体破裂，从最大的应力点起逐步增强，墙后的受力土体将陆续出现塑性区，也就是应变峰值点最大塑性将土体通过滑动面出现，并形成峰值点上连线。
4.1土压力模拟计算
（1）a=0o主动土压力如图所示：
由上表可得：（1）通过表格数据的对比，很明显通过本文计算方法得出的主动土压力比起经典的计算方法结果要小，表明上述计算方法得出的土压力较为保守，但是差距不算太大，上述计算方法的主动与被动土压力模拟与郎肯土压力理论分析无差异，且随着墙背角度的增大土压力一直在减小，两种方法随着角度的增大，土压力大小的差值也在增大。
（2）当角度增大，两种方法的差值也越来越大，土体坡角的减小时，与传统土压力理论破坏面相比实际相对较大；因为土体破坏面实际上不是平面，只是人为的假定为平面，所以存在误差。同时经典的土压力理论是建立在挡土墙有位移的基础上的，与本文研究的墙体未位移也可实现极限平衡状态的不同，传统的土压力理论当挡墙没有位移是土体处于弹性，有位移都才有塑性，验证本文方法也是适用于土压力计算的，而且更贴近与实际。
本文对于一个给定的模拟挡土墙，ANSYS进行模拟得到合理的滑动面，在采用极限平衡法得出土压力，两种方法的结果较接近，通过数值对比说明了本文方法合理性。
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