[發明專利]一種有限填土擋墻的土壓力分布計算方法

有效

• 申請號: 201410665144.9
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104480962A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 陳建功;趙國;唐藝;許明;吳曙光;謝強;王桂林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E02D29/02
• 分類號: E02D29/02
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術領域

本發明涉及一種有限填土擋墻的土壓力非線性分布的計算方法，屬于巖土工程技術領域，適用于交通、水利、市政、建筑等部門中的按有限范圍填土剛性擋土墻的設計計算。

背景技術

擋土墻土壓力計算一直是工程界和學術界非常關心的問題。從目前看，土壓力計算方法主要有基于極限平衡理論的庫侖土壓力理論和朗肯土壓力理論；考慮土壓力與墻體變形關系的協調變形計算方法和考慮土體實際應力-應變關系的有限元法。協調變形法和有限單元法考慮了土壓力與墻體變位或土體變形的關系，能夠得到擋土墻工作過程中較為符合實際情況的土壓力值。但是，這類方法的計算模型和計算過程復雜，計算精度取決于土體特性參數的選取，而這些參數常常是較難確定的；此外，在實際工程應用中廣泛采用極限狀態設計方法，所以基于極限平衡理論的朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論仍是實際工程中應用最為廣泛的方法。朗肯土壓力理論建立了墻背光滑情況下的墻背水平土壓力公式，在不考慮擋土墻墻背同填土之間的摩擦角對土壓力影響的情況下，給出的土壓力為線性分布；庫侖土壓力理論自從誕生至今，已有兩百多年的歷史。由于其概念簡潔，使用方便，在工程界得到廣泛的應用。目前多個規范均采用庫侖土壓力理論或采用修正的庫侖土壓力理論計算剛性擋土墻的土壓力大小及合力作用點，并作相應的擋墻設計計算。庫侖土壓力理論假定極限狀態時，墻后土體形成一滑動土楔體，通過其靜力平衡條件求得土壓力合力，并人為假定其分布為線性。但大量室內試驗和現場觀測數據表明，擋土墻上的土壓力呈非線性分布，其合力大小和作用點與采用庫侖理論計算的結果有較大的差異，而在實際工程工中，我們不僅需要知道準確的擋墻背后土壓力的合力和合理作用點位置，還需要掌握土壓力沿墻背的非線性分布情況，以便進行更科學合理地設計施工。因此,研究一種符合實際的土壓力分析計算方法,對于科學合理地指導擋土墻的設計，具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的就是針對上述庫侖土壓力計算方法的不足，提出了一種有限填土擋墻的土壓力分布計算方法，該方法并不人為將土壓力分布假定為線性，是對庫侖理論的擴展與補充。此方法以剛性有限填土擋墻為對象，在庫侖理論與楔體單元法的基礎上，沿用其滑裂面為平面的假定，對其在一般條件下的主動土壓力的作用點、作用分布形式與大小進行計算。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，其特征是該方法步驟如下：

步驟(1)?確定擋土墻及墻背有限填土坡體幾何要素；

擋土墻及墻背有限填土坡體幾何要素包括擋土墻墻后的填土坡面為平面且與水平面的夾角β，墻背巖石坡面坡角θ₁，擋土墻墻背傾斜角α，擋土墻結構的高度H；

步驟(2)?確定填土物理力學參數；

通過取樣和實驗手段確定填土體的重度γ，內摩擦角擋土墻墻背與填土土體之間的摩擦角δ，穩定巖石坡面與填土間的摩擦角δr，當無試驗資料時，可取

步驟(3)?確定填土坡體滑裂面傾角；

填土坡體滑裂面傾角θ的確定如下：填土坡體滑裂面傾角θ取θ₁，θ₂的大值。根據庫侖理論，無限填土滑裂面傾角θ₂是所有滑裂面中產生最大主動土壓力值的滑裂面，即使得庫侖主動土壓力系數取得最大值時的θ₂值。庫侖主動土壓力系數表達式如下：