挡土墙主动土压力极限分析法理论研究及应用

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第34卷第17期　　　　　　　　　　Vol.34No.17山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年6月Jun.　2008SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2008)1720110202

挡土墙主动土压力极限分析法理论研究及应用

李　俊

摘　要:以挡土墙中最为重要的重力式挡土墙为例,分别用库仑理论和能量理论对挡土墙进行土压力计算,并进行稳定

性验算,比较分析计算结果,表明能量理论比库仑理论更具有广泛性、有效性和准确性。关键词:极限分析法,土压力,能量理论,挡土墙中图分类号:TU413.62文献标识码:A

　　挡土墙作为一种常用的支挡构筑物,是目前填土支护结构中

最常见的结构物之一。广泛应用于土木建筑、水利水电、铁路、公路交通、矿山等工程建设边坡支护当中。在实际工程设计中,结构安全度或可靠度检验主要是针对结构在极限状态下的情况,考虑的是结构的极限承载能力。因此,基于极限状态理论的土压力计算方法,在工程设计中得到广泛应用。文中以最重要的重力式挡土墙为例,分别用极限分析法的上下限解对挡土墙的土压力进行计算,并对挡土墙进行稳定性验算。

上1/3墙高处。库仑理论检验本挡土墙设计在考虑土压力荷载时,可满足规范要求。

2.2　能量理论计算

滑动土体ABC的重量W等于滑动土体的面积AABC乘填土的容重γ,即:

(3)=γ?)α?sin(θ-βW和挡土墙对

Pa,当土体处于流塑状态时,滑动土体ABC在v,其矢量与滑动面成φ角,其方向与土体滑动方向基本相同(如图1所示)。此时外力W所做的功为:

)=γH2NW=Wvsin(θ-φ2

2)cosα?sin(θ-β

(4)

1　工程概况

某公路挡土墙已施工完成,22.5m,m陡横坡地段填筑而成,,3%,路面厚0.6m,26°。

在填筑路基下方设路堤挡土墙,挡土墙高度约14m。路基填土高度H<8m时,边坡坡率为1∶1.5;填土高度H>8m时,采用两级放坡,上部坡率为1∶1.5,下部坡率为1∶2;在变坡点位置设2.0m宽边坡平台。

计算断面取具代表性,且相对不利的地质断面为典型计算断面(K8+224.44),此断面处于缓和曲线段上,两路缘分别加宽

2.55m,路基宽度27.6m,填土高度H=13.97m,挡墙高度H=13.17m,采用两级放坡,上部坡率为1∶1.5,下部坡率为1∶2。

2　理论分析与计算2.1　库仑主动土压力计算

挡土墙填土表面为折线,库仑土压力计算公式及计算结果如下:

库仑土压力系数:

Ka=

2)1+cos2α?cos(α+δ

)?)(α+δcos(α-β

2

由于W的作用方向与应变速率v在竖直方向分量的方向一

致,故W所做的功为正。外力Pa所做的功也可分为两部分:水

)所做的功和竖直分量Pacos(α+δ)所做的功。平分量Pasin(α+δ

水平分量所做的功为:

)?)(5)NPH=-Pacos(α+δvcos(θ-φ

竖直分量所做的功为:

)?)NPV=-Pasin(α+δvsin(θ-φ

(6)

(1)

库仑主动土压力:

Pa=

γH2Ka2

(2)

其中,φ为内摩擦角;α为墙面与竖直线的倾角;β为填土面与水平面的夹角;δ为挡墙与土体的摩擦角;θ为滑动土体(运动趋势)与水平面的夹角。

假设土压力沿墙背为线性分布,在没有超载的情况下,土压力合力的作用位置在墙底以上1/3墙高处。墙体为仰斜的砌体结构,取δ=0.6φ,求得Pa=841.23kN。

土压力的计算采用库仑(Coulomb),假设土压力沿墙背为线性分布,在没有超载的情况下,土压力合力的作用位置在墙底以

收稿日期:2008203202

由于Pa水平分量的作用方向与应变速率v的水平分量相反,并且Pa竖直分量的作用方向与应变速率v的作用方向也相反,因此NPH与NPV为负。外力所做的功为上述三部分之和:

γH22N=NW+NPH+NPV=v?-2)cosα?sin(θ-β

)?)-Pasin(α+δ)?)(7)Pacos(α+δvcos(θ-φvsin(θ-φ滑动面BC上任意一点处消耗的能量为:cvcosφ,故沿整个滑

动面BC上消耗的能量为:

(8)M=cvcosφ?BC=cvcosφα

)cos?sin(θ-β根据外力所做的功与内部消耗的能量相等原则,即N=M,

把上式代入,消去应变速率,整理后可得到主动土压力为:

作者简介:李　俊(19742),男,工程师,湖南省郴州市公路局公路桥梁工程处,湖南郴州　423000

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第34卷第17期　　　　　　　　　　　　　　Vol.34No.17山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　

2008年6月Jun.　2008SHANXI　ARCHITECTURE文章编号:100926825(2008)1720111203

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地铁围护结构设计概论

王申侠

摘　要:介绍了当前基坑工程中常见的支护结构类型及不同地基土条件下的基坑工程支护结构选型原则,以提高人们对基坑支护形式的认识,可为地铁基坑支护形式的选择提供参考。关键词:地铁,基坑,支护形式,设计原则中图分类号:TU463文献标识码:A

1　明挖基坑支护结构的类型及设计原则

地铁的深基坑工程,由于都是在城市中进行开挖,基坑周围

通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物,这就涉及到基坑开挖的一个很重要的内容,即保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构,投资太大,也易造成浪费,但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此,如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。文中介绍当前基坑工程

γH2cos(θ-α)sin(θ-φ)+cHPa=)cos(θ+)α?sin(θ-β

(9)

中常见的支护结构类型及不同地基土条件下的基坑工程支护结

构选型原则。

1.1　基坑支护的类型、特点和适用范围

放坡开挖1.1.1　

适用于周围场地开阔,,只要求稳定,位移控

,。1.　

1)用库仑土压力和能量理论进行挡土墙稳定性分析的结果

,粘聚力c=0。此时:

γH2?)sin(θ-φ)?)cos(θ-αcos(α-βPa=

)?)cos(θ+φ+δ-αcos2α?sin(θ-β

(10)

代入已知条件,求得:Pa=892.06kN,所以能量理论计算主

动土压力,挡土墙土压力强度满足规范要求。

2.3　安全系数验算

安全系数验算见表1。

表1　安全系数验算

抗滑移安全系数K抗倾覆安全系数K基底合力偏心距e/m计算模式库仑土压力1.7071.8940.56能量理论1.6851.8660.53规范安全系数≥1.30≥1.50≤0.25B=0.9

　　经过安全系数验算,挡土墙处于稳定状态。

3　结果分析

上述计算结果表明,用库仑理论和能量理论计算结果与实际结果接近,均满足强度要求,支挡结构处于稳定状态。但是能量法与库仑土压力理论相比更具有准确性、有效性和普遍性。

4　结语

接近,这表明两者对挡土墙的分析成果比较可靠,挡土墙完全处

于稳定状态。

2)通过库仑土压力理论和能量理论分别计算了挡土墙的土压力,准确地确定了支挡结构在极限荷载下的承载力,为支挡结构设计或施工验算提供了技术依据。

3)列出了能量理论的极限分析上限法主动土压力计算公式,该公式不但适用于砂性土,同时也适用于黏性土,并适用于任何情形下挡土墙的主动土压力计算。建议在进行挡土墙设计或验算土压力时,最好用库仑土压力(朗肯土压力)与能量理论一起计算,比较分析,这样可以减少误差,估算出准确的压力值。参考文献:[1]　王元战,李新国,陈楠楠.挡土墙主动土压力分布与侧压力

系数[J].岩土力学,2005,26(7):101921022.[2]　刘忠玉,闫富有.有地下水时刚性挡土墙的主动土压力[J].

岩土力学,2006,27(4):5662570.[3]　郑　炜,林海洋,朱浩良.路基挡土墙土压力的极限分析法

[J].合肥工业大学学报,2006,29(1):98299.[4]　尉希成,周美玲.支挡结构设计手册[M].北京:中国建筑工

业出版社,2004.[5]　李春辉.混凝土挡土墙施工技术总结[J].山西建筑,2007,

33(7):1382139.

Thelimitanalysismethodtheoreticalresearchandapplicationofearth2retainingwallactivesoilpressure

LIJun

Abstract:Settingthegravityearth2retainingwallwhichisthemostimportantinearth2retainingwallasexample,itgetsthesoilpressurecal2culationusingcoulombtheoryandenergytheoryandmakesthestabilitycheckingcalculation.Throughcomparingandanalyzingthecalculationeffect,itindicatesthatitishasmoreuniversality,validityandaccuracyofenergytheorycomparedwithcoulombtheory.Keywords:limitanalysismethod,soilpressure,energytheory,earth2retainingwall

收稿日期:2008203204

作者简介:王申侠(19692),女,工程师,中铁第一勘察设计院城市轨道交通与建筑设计研究院,陕西西安　710043