悬臂式挡土墙主动土压力计算-论文.pdf

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1、《河南水利与南水北调》2o14年第14期工程设{悬臂式挡土墙主动土压力计算口崔小新口申晓云(深圳市水务规划设计院)摘要：在水利工程中，悬臂式挡土墙是钢筋混凝土挡土墙的主要形式，组成部分包括立板和底板。因此，对悬臂式挡土墙主动土压力计算问题，就是施工设计中必须要考虑的问题。文章针对填土表面水平且无粘性的条件下，通过水平微元法推求悬臂式挡土墙后出现三角形滑动土楔时的主动土压力，得到主动土压力合力作用点高度以及主动土压力沿墙高分布的变化规律。关键词：主动土压力；三角形土楔；水平微元法中图分类号：TV314文献标识码：B文章编号：1673—8853(2014)14—0055—020引

2、言在水利工程中，悬臂式挡土墙是钢筋混凝土挡土墙的主要形式，组成部分包括立板和底板。在设计过程中，主要有两种方法来计算悬臂式挡土墙的主动土压力：一是把墙踵和立板顶点的连线作为假想倾斜墙背；二是把过墙踵的垂面作为假想垂直墙背，利用朗肯或者库伦主动土压力理论计算假想墙背上的主动土压力，将这个主动土压力与底板以上的土重之和作为其主动土压力。这种方法计算简便，工作量小，但是没有考虑墙后填图1三角形土楔示意图土中真实破裂面的产生，这种方法不尽合理。根据朗肯土压力的薄层单元面受到稳定土体的作用力分别为Pl,P：。由几何条件可基本假定，悬臂式挡土墙后填土中会有两个破裂面产生。文章利得p。、P

3、：与水平线的夹角皆为45。+／2。用水平微元法计算挡墙后出现三角形滑动土楔时的主动土压力c而情况，得出了合理的结果。1主动土压力计算根据朗肯理论的假定，当悬臂式挡土墙在土体的推动下向外侧移动并使墙后填土达到了主动极限平衡状态时，墙后填土中第一破裂面由墙踵点开始以直线形式向远离墙体的方向延伸与水平底面相交，第二破裂面由墙踵点开始以直线形式向着立图2三角形土楔水平层分析板方向延伸，记两个破裂面与水平面的夹角分别为。和O／．：，对于无粘性填土，则：墙体倾角为0，立板高度为H，墙踵板宽度为L，填土内摩擦角pzcos(45。+6／2)=K(1)为，填土的重度为，如图1。对薄层单元进行受

4、力分析，由其水平方向的受力平衡条件这里只考虑三角形滑动土楔时的情况，根据朗肯土压力理可得：论来确定第一、第二破裂面的倾角，即仅I-：=45。+／2。p1=p2(2)三角形土楔主动土压力计算模型如图2。a点为墙踵点，ah由薄层单元的竖直方向力的平衡条件并简化可得：面为第一破裂面，ac面为第二破裂面。在土楔内某一深度Y取=+(3)一薄层单元，其上的作用力包括平均垂直土压力(平均垂直应力)盯、+dor，单元重力dW，土楔两侧第一、第二破裂面处式中：卜面；石石＼!；取边界条件y=O时，q=O，求解微分方程(3)得：作者简介：崔小新(1979一)，男，工程师，主要从事水利工程设计一工作

5、。[(昔“一·](4)工程设{<河甯水利与甯水北调>2o14年第14期将式(4)代人式(1)得破裂面上的土压力分布P为：主动土压力的凸曲线形分布导致了主动土压力的作用点高度大于朗肯、库伦主动土压力作用点的1／3墙高，如表1。=面箍[(昔)B．”一】(5)表1三角形土楔主动土压力作用点高度计算结果沿第二破裂面对P：进行积分，得破裂面上的主动土压力合力P为：fH．=(6)设主动土压力系数为K，则P=KH2／2，将此式代入式3结论(6)得：一是采用水平微元法计算得到悬臂式挡土墙后出现三角形K：盟(7)土楔时的主动土压力的计算公式，得出其土压力分布、总土压力及其作用点；二是悬臂式挡土

6、墙主动土压力系数随着土体内摩设主动土压力合力作用点到墙底的垂直距离为H，则可由擦角的增加而减小；三是悬臂式挡土墙主动土压力呈凸曲线分力矩法计算H的值：布，土压力作用点到墙底的距离要>1／3墙高。参考文献H南H()⋯1曾枫年，薛广瑞，王殿印．水工挡土墙设计[M】．北京：中国水2结果分析利水电出版社，1996，12-36．这里取的值为25—45。，当墙后出现三角形土楔时，主【2】陈兴亮，周光余，熊传祥．挡土墙主动土压力分布研究【J】．探动土压力系数随填土内摩擦角的变化趋势如图3。主动土压矿工程。2009(3)：36-40．力系数随着填土内摩擦角的增加而减小，并且近似于线性减小[3

7、】陈仲颐，周景星。王洪瑾．土力学【M】．北京：清华大学出版社。的趋势。填土内摩擦角加大，三角形土楔两侧的不动土体对土1994，219-222．楔的约束加大，从而增加了土楔的移动难度，减小了土楔的位[4】方玉树．挡土墙背土压力作用点位置⋯．工业建筑，1994，移量，使第二破裂面上各点的垂直土压力减小，即主动土压力(8)：34-36．减小。本文计算得到的主动土压力系数要大于库伦、朗肯主动【5】李永刚，白鸿莉．垂直墙背挡土墙土压力分布研究⋯．水利土压力系数，并且随着填土内摩擦角的增加，两者的差值在不学报，20