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1、·22·港 工 技 术 2003年6月 No.23关于挡土墙主动土压力计算问题王元战,黄长虹(天津大学,天津 300072) 摘要:采用库仑土压力理论,挡土墙的主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生的假设,建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,并求得精确解,分别给出了墙体水平变位、墙体绕地基转动、墙体绕墙顶转动三种变位模式下,土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式,并与库仑土压力公式和有关实验结果进行了比较分析。结果表明,三种墙体变位模式下的土压力合力等于库仑土压力公式计算结果,但土压力合力作用点有显著差别。结合工程设计,对
2、挡土墙主动土压力的大小和分布,以及作用点的取值等问题进行了讨论,并提出建议。 关键词:挡土墙;变位模式;主动土压力;分布;作用点中图分类号:TU432文献标识码:A文章编号:1004-9592(2003)02-0022-061 前言绕墙顶转动(RT)模式,对挡土墙上主动土压力的大从目前来看,土压力计算方法可分为三类,第一小和作用点与墙体的三种变位模式的关系进行了模类为极限平衡理论,其典型代表如库仑理论、朗金理型实验研究。实验研究结果表明,土压力合力作用点论和索科洛夫斯基理论等。第二类为协调变形计算除与土体性能指标有关外,更主要的是受墙体变位[4]方法,如克列因等考虑了土压力与
3、变形的关系,建模式的影响。在墙体水平变位模式下,土压力合力作立了随墙体变位变化的土压力计算理论。第三类为用点在0.38～0.47倍墙高处;绕基础转动变位模式有限单元方法,如克拉夫和邓肯等建立的考虑土体下,合力作用点在0.30～0.24倍墙高处;绕墙顶转[5]实际应力-应变关系的有限单元方法。虽然协调动变位模式下,合力作用点在0.39～0.57倍墙高变形法和有限单元法考虑了土压力与墙体变位或土处。本文作者根据库仑理论,建立了主动土压力沿墙体变形的关系[16],可给出较为符合实际的土压力值。但高分布的理论公式。是,计算精度取决于土体特性参数的选取,而这些参本文根据库仑理论的假设,进
4、一步建立了墙体数较难准确确定。此外,在实际工程设计中,结构安绕基础转动(RB)模式和绕墙顶转动(RT)模式下主全度或可靠度检验主要是针对结构在极限状态下的动土压力沿墙高分布的理论公式,并对不同墙体变情况,考虑的是结构的极限承载能力。因此,基于极位模式下主动土压力的大小、分布和作用点进行了限状态理论的土压力计算方法,特别是库仑土压力比较分析。针对工程设计,对主动土压力的大小作用理论,在工程设计中仍然得到广泛应用。点取值等问题作进一步的讨论,并提出建议。在挡土结构稳定性验算中,关于土压力主要解2 墙体水平变位模式(T模式)下的土压力决土压力的大小和土压力作用点,土压力作用点是[16
5、]该种情况下的土压力解答见文献。为方便与由土压力分布决定的。大量的室内实验和现场观测其它情况的比较,以下再做一简单介绍。[1,4,5,7,8,9,11～14]资料表明,库仑理论计算的土压力大2.1 分析模型与土压力解答小与实测结果非常接近,但土压力分布或作用点与取墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体实测结果相差较大。因此,挡土墙上的土压力及其分为隔离体,如图1(a)所示。在距楔体表面深度为y布,仍然是有待于深入研究的问题。处取一厚度为dy的片体单元,如图1(b)所示。作用Fang和Ishibashi(1986)假设了三种墙体变位于片体单元上的力有:单元顶面的垂直压力py,底模
6、式:水平变位(T)模式、绕基础转动(RB)模式和面的垂直反力py+dpy,挡土墙的水平反力px,挡土3基金项目:国家自然科学基金(59679003)和天津市自然科学基金墙背与填土的摩擦力S1,垂直于滑动面的不动土体(973606311)收稿日期:2002-05-20反力r,不动土体对滑动土体的摩擦力S2,以及片体©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2003年6月 No.2 港 工 技 术·23·单元的重力dw。体水平变位模式的分析模型基本相似,只是考虑到当墙体绕地基转
7、动时,滑动楔体的各土层相对于其下层土层产生向转动方向的相对运动,在土层之间出现水平剪切力。现取图1(a)所示的滑动楔体为隔离体,在距楔体表面深度为y处取一厚度为dy的片体单元,如图2所示。图1 分析模型1)当地面超载q=0时,文献[16]给出墙体水平变位模式下作用于挡土墙上的总土压力:12sin(H2U)cotHP=C'(1)2cos(H2U2D)图2RB模式下单元体作用力模型2)土压力强度为: 由水平方向力的平衡条件得:Ak21KC''-ytC''-ydydyp=q-A+(2)pxdy+
