考虑渗流的基坑支护结构上的水土压力计算

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1、考虑渗流的基坑支护结构上的水土压力计算考虑渗流的基坑支护结构上的水土压力计算摘要：分析了渗流对水土压力的影响，指出用经典的土力学理论计算基坑的水土压力时所得的数值与实际相差较大；提出了新的考虑地下水渗透力影响的水土压力计算方法。该方法对非均质土层基坑工程及边坡工程均适用。关键词：基坑；水土压力；渗流；渗透力Abstract：Seepageinfluencetowaterandsoilpressureisanalyzedinthispaper・Thedifferencebetweenactualvalueandthevaluederivedfr

2、omclassicsoilmechanicaltheory,whencomputingwaterandsoilpressure,isquitegreat・Anewmethodwhichtakespermeabilitypressureofundergroundwaterintoconsiderationhasbeenputforward.Itiscanbeapplicabletoheterogeneoussoilfoundationpitandalsotoslope・Keywords：foundationpit;waterandsoilpre

3、ssure;seepage:permeabilitypressure中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：1引言随着我国大规模建筑基坑和地下工程的发展，支护结构设计计算中的许多问题逐步凸现出来。支护结构上的水土压力计算得到越来越多的重视和讨论［1,2］。其中一个主耍的原因是rfi于地下水引发的工程事故不断发生。据统计，rh于水引发的工程事故约占21.4%［3］。另一方面，大量的实测结果表明：支护结构上的实际内力远小于计算值。尽管人们一再降低安全系数，或者将荷载打折，往往实测应力还是偏小。这种情况表明，我们对于在原状土开挖过程中的土

4、与结构的共同作用和水土相互作用机理的认识还远不够透彻和深入。2渗流对作用在支护结构上水土压力的影响2.1考虑渗流的“水土分算”地下水对土的作用是通过土质介质之间的孔隙水的作用施加的,而孔隙水的存在及孔隙水压力的形成是与土的渗透性密切相关的。渗透性强的土体中，孔隙水是水力连通的，易于形成孔隙水对土颗粒的浮力作用，故采用浮容重计算，此吋可以认为孔隙水压力即静水压力；而渗透性弱的土体，如透水性很小的粘性土，其孔隙介质与水Z间的关系极为复杂，不仅不易形成孔隙水对土粒的浮力作用，所产生的孔隙水压力已不是严格意义上的静水压力。正是基于这种认识，国外工程师

5、在计算时采用总压力法把水土压力合并计算，而不计及墙上的水压力［4］。对于粘性土，规范上的水平荷载计算公式是采用“水土合算”的方法，并不考虑渗流的发生与否。但是，地下水渗流的产生，导致支护结构上水压力的变化，使“水土合算”的方法不再适用。因为“水土合算”的方法的前提是粘性土中不可能存在对工程有意义的渗流。所以，即便是粘性土，只要土体中存在渗流，考虑“水土分算”的方法是比较合理的。计算公式可以根据砂土“水土分算”的公式进行修改。不少实测资料也证实，水土合算法一般适用粘土和粉土。不存在渗流的情况下，水土合算法无疑是合适的。但是，存在渗流的粘性土或粉

6、土中，情况是有相当大的差别的。2.2渗流对土体自重应力的影响地下水在渗流的过程中，受到土体骨架的阻碍，导致土体骨架上作用有渗流力。单位体积的渗流力大小是(是水的重度，是基坑内外产生的水头梯度)，方向与地下水的流线方向一致［5］。渗流力的方向在主动区与被动区不一样，而且与水平方向有一个夹角，主动区夹角为，被动区为。在基坑外侧，地下水在流动中，有一部分竖向的动水力分量。在竖向分量的作用下，主动区地下水位以下的土体的自重应力发生变化，即在单位体积的自重应力上叠加了单位体积的渗流力竖向分量。同理，在被动区的渗流力的竖向分量是。主动区可写成：(1)被动

7、区可写为：(2)由公式(1),(2)可以看出，在主动区，渗流力使地下水位以下的土体自重应力增加，相应的水位以下部分的主动土压力增加；在被动区，渗流力使土体自重应力变小，相应的被动土压力减小。所以,在考虑地下水渗流吋，主动土压力增大，被动土压力减小，这种状况对支护结构是不利的。3基坑支护结构上的水压力计算图式基坑支护工程的地基中往往存在有地下水，由于施工的需要，通常要进行降水处理，从而造成支护结构两侧水位有差异，形成渗流。主动侧水流会通过土体空隙经结构段流向被动侧。基坑中经典的水压力公式屮把支护结构两侧的水压力按静水压力考虑，或只做简单的处理。

8、在此基础上产生的计算图式是不符合实际的，根据这两种图式所得的计算结果和实测值相差很大。2.1经典水压力计算基坑支护结构上的经典水压力计算图式见图1(a),两侧水压力