浅谈挡土墙土压力计算

浅谈挡土墙土压力计算

土壤肥力理论表明，挡土墙后的土体存在一些平衡状态，这些平衡状态与挡土墙的位移有关。外力作用使得挡土墙向后移动或转动,产生一定的位移,使得墙后土体达到极限平衡状态,此时作用在墙背上的土压力叫被动土压力。1影响被动压力计算的因素1.1参数的选择对地压大小的影响从土力学的基本概念影响机理上分析得出:、越大,或越大1.2墙侧水压力国内相关文献对水泥土挡土墙周围的渗流场进行了研究,得出了墙侧水压力的变化规律:水压力系数沿高程并非常数,且受到墙侧土层分布及其相对透水性、墙基土的透水性和下卧不透水层埋深等因素的严重影响1.3上向下渗流与受渗流方向的关系地下水渗流会产生渗透力,会对被动土压力产生一定的影响。为方便分析,我们假定地下水的运移方向为竖直的,即由下向上渗流和由上向下渗流两种情况。当地下水由上向下渗流时,产生的渗透力的方向与被动土压力的方向相反,这使得被动土压力增大。反之,地下水由下向上渗流时,被动土压力减小。1.4应力的应对。据外部的变化,基基坑开挖改变了地基土的初始应力状态,地下水位的变化使得基坑内外产生渗流,改变了地基土的有效应力。但是设计者设计和计算时往往忽略了实际应力的改变和地下水的影响,导致设计误差。1.5动土压力试验非饱和土体中的含水量影响土体的基质吸力,基质吸力又与被动土压力成正比,所以,土体含水量的变化对被动土压力有直接影响。土体基质吸力是非饱和土体被动土压力的重要参数,它随土体含水量的增加而减小,也就是说,在不考虑土体因体积变化引起的侧压力变化值时,当土体含水量为零时(土体为干土),基质吸力最大,此时的被动土压力最大。当土体含水量逐渐增加,基质吸力逐渐减小,被动土压力的值也就逐渐减小。1.6挡土墙局部位移在计算挡土墙土压力的时候,为方便计算,我们通常假设挡土墙为刚性,而实际情况并非如此,大多数的挡土墙非完全刚性,甚至是柔性的。因此,在挡土墙向土体方向发生位移时,土体达到被动极限平衡的过程中,挡土墙也发生了形变,且与挡土墙发生位移的方向不一致,这就使得在墙后土体达被动极限平衡状态时,墙背土体局部的位移较小,而这部分的被动土压力值也偏小。挡土墙的刚度越小,其形变就越大,被动土压力的减小量也就越大。1.7土压力沿墙高呈线性分布挡土墙的位移方式会对被动土压力的分布和大小产生重要的影响。当挡土墙位移状态为平移时,土压力沿墙高呈线性分布,被动土压力系数最大,其值介于郎肯被动土压力系数和库仑被动土压力系数之间;对绕墙顶某点转动和绕墙底某点转动的情况,土压力沿墙高均呈明显非线性分布,而且被动土压力系数小于平移情况的被动土压力系数。2被动土压力计算方法不合理极限状态设计方法计算比较简单,在实际工程应用中比较常用。但是,应用朗肯土压力理论和库仑土压力理论计算被动土压力时把破坏面假设为平面,而根据大量的工程资料显示,破坏面并非平面,这导致计算结果与实际值相差很大。所以,我们可以考虑把挡土墙破坏面看成是圆弧面或对数螺旋面,然后根据挡土墙压力的定义进行计算。2.1挡土墙作用力的计算当挡土墙的破坏面为圆弧面时,如图1作出挡土墙与土体切面,O为圆心,R为半径,圆弧BC为破坏面。将破坏面以上的土体n等分,取第i土条为隔离体,对其作用力进行分析:土条的自重W为了便于被动土压力的计算,假设墙背光滑无摩擦力,且墙面直立。第i条土体在极限平衡状态时,由被动土压力的定义可得:式中,∆E∆F∆E求得n个土条竖直面的法向力和即为挡土墙对第一个土条的作用力。由于选定的滑动面是任意的,不一定与真正的破坏面相符,因此计算时需要选择多个通过圆弧,分别计算出相应的E值,取最小值为被动土压力E2.2被动极限平衡状态当破坏面为对数螺旋面时,可假定破坏面是由平面与对数螺旋面组成的复合滑动面,如图2所示。假设墙背光滑无摩擦力且墙面是直立的,当填土达到被动极限平衡状态时,破坏面DE与水平面夹角成如图2,n等分破坏面以上土体,取第i、j土条为隔离体,其中i土条在DE螺旋线范围内,第土条在范围内。作用在第i、j土条上的作用力如图3所示。图3在第i、j土条上的作用力F式中θ极点0是任选的,如图2对数螺旋线BDF不一定是真正的破坏面,因此需选择若干个破坏面,按上述方法求解,取最小值为被动土压力E3挡土墙断面的计算,主要是土压力在重力式挡土墙设计中首先要准确计算