两种支挡结构的实测和计算土压力

(3) 工况 6 双线列车荷载加上以后 ,从墙顶往下约 0117 ‰,0128 ‰,都达不到产生主动土压力所需位移 ,
10 m 较工况 5 增加了 5～12 kPa ,相当于 2 m 土柱产 因此实测土压力介于主动与静止土压力之间 。
生的土压力 。
工况 2 时 h = 8 m ,张拉 600 kN ,桩 、板位移朝向
1 前 言
土压力是土体作用于结构物的侧推力 , 也是支挡
结构承担的主要荷载 。依据支挡结构物位移的方向 、
大小 、墙后填土所处应力状态分为主动土压力 σa 、被 动土压力 σp 、静止土压力σ0 。
1776 年 ,法国工程师库伦 ( C1A1Coulumb) 提出了
散粒体 ( c = 0) 滑楔块极限平衡状态时主动土压力
止土压力 (曲线 6) 。填土是灰岩爆破料 , 实测 γ = 伦 789 kN ,静止 1400 kN ,实测 1046 kN。实测值是朗肯、
2112 kN/ m3 ,室内三轴试验结果 c = 0 , φ = 4015°,与 库伦理论值的 1119 ,1133 倍 ,是静止土压力的 01744 倍。
2000 年
这两个工程现场埋设元件观测的土压力 ,有限元等计算 的土压力与上述理论公式进行分析比较 。
2 工程概况及观测元件埋设
211 锚拉式桩板墙 全长 200 m ,观测断面地面以上桩板墙高 20 m ,地
面下桩锚固于灰岩中 6 m。桩距 6 m ,板宽 415 m ,支承 在“T”型桩翼板上 。地面以上 8 ,16 m 的桩上各设一根 拉索 ,填土至相应高程后 ,分别张拉 600 ,1000 kN 。在两 桩一板相同高程埋设的土压力盒离路基面分别为 1125 , 3125 ,8125 ,11125 ,18125 ,19125 m ,见图 1 。
工况 5 时有限元计算的桩顶位移 612 cm ,实测
(5) 图 4 中给出了有限元法土压力 (曲线 5) ,正应 7114 cm ,分别倾斜 311 % ,317 %。
力均布法土压力 (曲线 3) ,能量法土压力 (曲线 4) ,静
(6) 以工况 5 为例 ,总的朗肯主动土压力 880 kN ,库
ment met hod and t heoretical analysis. The results can be used as reference f or lateral p ressure of similar retaining structures.
Key words ea rt h p ressure ,supp ort st ruct ure ,p rest resse d a nc hor pile2sla b wall , we dgy concrete tie d2rei nf orce me nt
工况
1
2
3
4
5
6
填土高度 h /m
受力状态
8
8
16 16 20 20
下拉索张 拉 600 kN
上拉索张 拉 1000 kN
双线列车 荷载
311 土压力盒量测的土压力 (见图 3 ,4)
(1) 随填土厚度增加 ,土压力呈折线型增加 ,而非
朗肯 、库伦等理论的线性增大 。
图 2 钢筋计和土压力盒布置图 (单位 :m) Fig. 2 Arrangement of steel bar gauges and pressure gauges
似 ,且在较大墙高范围相差很小 。该法除地面约五分 斜 0179 ‰,3109 ‰,工况 2 ,4 时 0115 ‰,1138 ‰。相应
之一墙高较其它理论的土压力小一些而外 ,均是各理 的土压力系数 k4 > k3 , k2 > k1 。
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岩 土 工 程 学 报
2000 年
(3) 各工况的土压力较朗肯 、库伦等理论值更大 。 在 H = 10～20 m 段 ,与实测值 、能量法 、静止土压力 相差较小 。在 H = 0～10 m 段 ,有限元计算结果较实 测值大 30 %～70 % ,局部地段较朗肯值大一倍多 ,见 表 2。 (4) 工况 5 有限元计算的总土压力 149310 kN/ m , 为朗肯主动土压力的 1170 倍 ,库伦值的 1189 倍 ,实测 值的 1143 倍 ,静止土压力的 1107 倍 。
土压力盒放在预制的砼块中 ,感应膜面突出 5～ 10 mm ,砼块背面用水泥砂浆粘贴在面板上 。6 层土 压力盒沿面板埋设高程同钢筋计 ,距基础顶面分别为 1172 ,3144 ,6102 ,7174 ,9103 ,9189 ,10129 m 。共埋设 A ,B 两个断面 。
图 1 桩板墙及土压力盒位置示意图 (单位 :m) Fig. 1 Sheet pile plate retaining wall and t he location of
工况 5 的实测值比较 :
312 有限元计算的土压力
a) 实测土压力较各种理论的主动土压力大 。在墙
将有限元计算的工况 4 ,5 的水平应力作为土压
高 H = 3～20 m 范围较理论值大 ;在 H = 15 m 附近 力 ,见图 4 。
大近 1 倍 。除 H = 15 m 附近外 ,实测值均小于静止
(1) 土压力分布呈近似线性分布 ,靠近原地面 115
土压力 。即实测土压力在大部分墙高范围内介于理论 ～210 m 处受地面摩阻力影响开始急剧减小 。
主动土压力和静止土压力之间 。
(2) 与原型观测结果相似 ,工况 2 ,4 由于拉索张
b) 实测土压力与能量法土压力不但分布规律相 拉 ,较工况 1 ,3 的土压力有所增大 。工况 1 ,3 时的倾
t he pressure gauges
土压力盒为钢弦式 ,在桩板上预留孔洞 ,放入土压 力盒后使其感应膜面突出表面 5～10 mm ,与中砂接 触。
3 桩板墙的土压力
桩板墙的施Leabharlann Baidu过程分为 6 种典型工况 ,见表 1 。土 压力盒量测值和有限元计算结果均以这 6 种工况给出。
表 1 施工过程中的 6 种工况 Table l 6 construction conditions
第 22 卷 第 1 期 2000 年 1 月
岩 土 工 程 学 报
Chi nese J our nal of Ge otec h nical Engi nee ri ng
V ol . 22 N o. 1 J a n. , 2000
两种支挡结构的实测和计算土压力 3
n2 n2 - 1
(9)
(d) 能量法 σa =γz i
6
k
215 a
(
H
-
z i)
L
(10)
式中 zi 为填土厚度; ka 用式 (3) 计算; k0 用式 (5) 或 (6)
计算; n 为拉筋层数; H 为墙高; L 为加筋体宽度。式 (9)
较式 (8) 大 2 %～6 %。式 (7) 在 zi ≤6 m 时较式 (8) 大 20 %～30 % , zi ≥6 m 后即为朗肯公式 ,介于式 (8) , (9) 之 间。上述理论公式的计算结果究竟与实测值 ,有限元计
212 加筋土挡墙 挡墙全长 10415 m ,高 11129 m 。楔形混凝土拉筋
块长 88 cm ,小端宽 10 cm ,尾端宽 20 cm ,厚 7 cm 。拉 筋为 14 ～16 Ⅱ级螺纹钢筋 。“十”字型面板长 114 cm ,高 88 cm ,面积 1105 m2 。每块面板上焊接两条垂 直于面板的拉筋条 。距面板 30 cm 处的楔形拉筋块中 埋设有钢筋计 ,见图 2 。
算值等相差有多大 ? 本文以铁路部门的一座锚拉式桩板
朗肯 、库伦理论还有与式 (1) , (2) 类似的被动土压 墙 ,一座楔形钢筋混凝土块拉筋条的加筋土挡墙为例 ,将
力计算公式 。两个理论都长期广泛应用 。
静止土压力
3 到稿日期 :1998 - 12 - 27
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岩 土 工 程 学 报
库伦等理论的地面处为最大 ,只有图 4 中能量法与实
c) 填土 h = 8 m 时 ,桩板都有一定的刚度限制填
测值类似 。原地基面限制了填土水平方向的变形 ,形 土位移 ,此时有限元计算的桩顶位移 1158 cm , 倾斜
成地面摩阻力减小了土压力 。
0179 ‰, 28 # , 29 # 桩 实 测 值 0134 , 0155 cm , 倾 斜
Me a surement and computation of e arth pre ssure s on two retaining structure s
何昌荣 陈 群 富海鹰
(四川大学水电学院 ,成都 ,610065) (西南交通大学土木工程学院 ,成都 ,610031)
算粘性土 、多级挡墙 、多层填土 、地面荷载 、地下水等常
见工况 。
σ0 =γhk0
(4)
采用 J aky 公式 k0 = 1 - sinφ′
(5)
或
k0
μ =1- μ
(6)
现代支挡结构物的锚拉式桩板墙 ,锚定板挡墙 ,加
筋土挡墙等要复杂一些 , 常用的加筋土挡墙土压力计
He Changrong Chen Q u n Fu Haiyi ng
( Hydr oelct ric College ,Sic hua n U niversit y , Che ngdu ,610065) ( Civil Engi neeri ng College ,Sout hwest Com munication U niversit y , Che ngdu ,610031) Abstract Eart h p ressure on a anchored pile sheet wall and a reinf orced eart h retaining wall ,are obtained by p rototype observation ,finite ele2
算公式有 :
(a) 正应力均匀分布法[1 ,2 ]
σ0 = γz iki
(7)
ki =
k0 (1 -
zi 6
)
+
ka
zi 6
z i
≤6
m
ka z i ≥6 m
( b)
库伦合力法
σa
= γz ika
n
n +
1
(8)
(c) 库伦力矩法 σa = γz ika
图 3 29 # 桩土压力分布图 Fig. 3 Eart h pressures of 29 # pile
第 1 期
何昌荣等 1 两种支挡结构的实测和计算土压力
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图 4 挡土板等土压力分布图
Fig. 4 Eart h pressures on retaining slab
(2) 土压力在离地面 2～3m 处最大 ,而不是朗肯 、 论中最大的 ,计算也稍复杂一点 。
计算时 ,列车荷载换算为填土宽 3149 m 、高 3119 填土 ,两桩位移实测值分别为 0133 ,0130 cm ,因此使
m 的矩形荷载 。
土压力增大 。工况 3 ,4 与上述工况 1 ,2 类似 ,填土厚
(4) 图中两桩一板的土压力分布稍有差别 ,但总土 度相同 ,张拉后土压力增大 。
压力相差很小 。
σa = γhka - 2 c ka
(2)
ka
= tan2 (45°-
φ 2)
(3)
推导式 ( 2) 的假定 : 墙是刚性的 ; 墙背垂直 (ε=
0) ,光滑 (δ= 0) ;填土表面水平 (β= 0) 。
当δ=β=ε= c = 0 时 , 两式相同 。条件相同时 ,
库伦理论 δ≠0 ,σa 较朗肯理论稍小 。式 ( 2) 可用于计
σa =γhka (φ,δ,β,ε)
(1)
推导式 (1) 的假定 :挡墙及三角形滑楔块为刚体 ;
滑裂面为平面 ; 填土是散粒体 ( c = 0) ; 挡墙位移离开
土体 ,墙后土体达到极限平衡状态 。
1857 年 ,朗肯 (W1J1M1Rankine) 研究了半无限线弹
性土体处于极限平衡时的应力状态 ,提出主动土压力
文 摘 对一座锚拉式桩板墙和一座楔形钢筋混凝土块拉筋加筋土挡墙 ,将原型观测 、有限元计算 、理论计算得到的土压力进行分 析和比较 ,所得结论可供设计类似支挡结构时计算土压力参考 。 关键词 土压力 ,支挡结构 ,锚拉式桩板墙 ,楔形混凝土拉筋 中图法分类号 U2131152 作者简介 何昌荣 ,男 ,1953 年生 ,1983 年获中国水利水电科学研究院硕士学位 ,现任四川大学教授 ,主要从事土动力学 ,粉煤灰筑 坝技术及利用和现代加筋土技术的研究 。