悬臂式挡土墙主动土压力研究.pdf

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1、第39卷第6期四川建筑科学研究2013年12月SichuanBuildingScience131悬臂式挡土墙主动土压力研究张勇，李永刚，杜琼，吕佼佼(太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原030024)摘要：在填土水平且无粘性条件下，通过水平微元法推求悬臂式挡土墙后四边形滑动土楔形成的主动土压力，得到主动土压力合力作用点高度以及方向的变化规律，并利用数值分析方法得出破裂面倾角的计算公式。结果分析表明：主动土压力系数随土体内摩擦角和墙体倾角的增大而减小，墙土摩擦角的影响较小；计算所得主动土压力小于朗肯、库伦土压力；主动土压力呈凸曲线型分布，

2、作用点高度大于三分之一墙高。关键词：悬臂式挡土墙；主动土压力；滑动土楔；水平微元法中图分类号：TU432文献标志码：B文章编号：1008—1933(2013)06—131—04向着立板方向延伸与立板交与e点，然后沿立板延0引言伸至墙顶点d，滑动土楔为四边形abdc。ae面以下悬臂式挡土墙是一种轻型钢筋混凝土支挡结土体实为墙体的一部分，ac面作为部分墙背，dca面构，因其结构简单、施工方便、造价低等特点，在缺乏上的土压力即为墙体的土压力。记两个破裂面与水石料地区、地质松软地带的道路边坡及水利工程中平面的夹角分别为O／和，墙踵a点与墙顶d点连的

3、护坡等挡土工程中得到大量应用。它主要由立板线倾角为墙体倾角0，回填土倾角为0即填土表面和底板两部分组成。以往悬臂式挡土墙主动土压力水平，立板高度为H，墙踵板宽度为。的计算基本上采用经典的朗肯土压力或库伦土压力计算理论，以过墙踵的垂直面作为假想墙背uJ，将作用在假想墙背上的土压力与底板以上的土重之和作为其主动土压力。这种计算方法忽略了墙后填土破裂面的出现，这是不合理的。悬臂式挡土墙是一种坦墙J，其墙后填土会出现两个破裂面，根据第二破裂面位置的变化可以将墙后填土中的滑动土楔分为三角形土楔和四边形土楔。本文采用水平微元I一．

4、法研究悬臂式挡土墙墙

5、后填土出现四边形土楔时的图1悬臂式挡土墙破裂面示意主动土压力分布情况、合力计算公式以及作用点位为了计算折线形破裂面acd上的土压力，过点c置，并且利用数值分析的方法计算得到破裂面的位做水平线交第一破裂面ab与点e，四边形滑动土楔置，并得到较合理的结果。被分割成两部分，如图2所示，使用水平微元法分别对其进行土压力分析。1主动土压力计算1．1计算模型根据朗肯土压力的基本假定，当悬臂式挡土墙在土体推动下向外移动并使墙后填土达到主动极限平衡状态时，填土中会出现两个破裂面J，如图1所示，第一个破裂面由墙踵a点向远离墙体的方向延伸与水平地表交与点b，第

6、二个破裂面由墙踵点a图2滑动土楔计算模型收稿日期：2013-03-061．2公式推导作者简介：张勇(1986一)，男，河北沧州人，在读硕士，研究方向：水工结构。1．2．1梯形土楔土压力分析通讯作者：李永刚(1958一)，男，山西临汾人，教授，主要从事结构工程梯形土楔分析如图3所示，H．=H—Ltana。在的研究。E—mail：lygtysl@163．corn基金项目：山西省自然科学基金资助项目(2012011025-2)土楔内某一深度Y处取一水平薄层单元，其上的作E—mail：zhy0600@163．corn用力包括平均垂直土压力、O-+d

7、o"，单元重力132四川I建筑科学研究第39卷dW，墙体与不动土体对单元的作用力、丁、、丁。式中，D=1—2K1tanStana1；L0为填土表面bd的长度，即=L+LtanOcotct1。主动土压力的分布与、丁：的合力大小相等、方向相反，即：KiTta尸：：——nal(一ycota)+1cos8Dcos8一”、一。ycota1一o](10)对式(10)在0到上进行积分，得到墙与土接触面上的主动土压力合力为：Pl：—TK~L2(tan—al+tana×Dcos8’图3梯形土楔水平层分析(tana1+tana2)(A一A。)L—————一一填

8、土为无粘性土，设。为土侧压力系数，为填土的内摩擦角，6为填土与墙背之间的摩擦角，^]J(、1一1一)，则：or2=K1；11tamp；22tan8(1)式中，A=￡。／L；为梯形土楔下表面ce的长度，即由薄层单元水平方向力的平衡条件得：L1=L+Ltant~2cota1。or2dy一lsina1dy／sina1+1COSOIldy／sina1=0令：(2)=×将式(1)代人式(2)得：(tana1+tana2)(A一A。)1：v(L3j)2一D由薄层单元垂直方向力的平衡条件得：(tan0一tant~2)(1+A)——————一JorL+dW

9、一(or+d)d一丁2dy—rdy—or1cosldsinal=0(4)则：式中：=L+(H—Y)coto~1P=TLM(12)Ld=+(日一Y—dy)cota11．2．2三角形