考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分析

利用 式 （ ） ２ 解得 ０值有 两个 ， 中较大 值对 应 主动土 压力 的 其
０ ０对 ０。 参数的选取对 计 算结 果 影 响很 大 ， 而这 些 参数 常 常是 很 难确 定 情 况 ， ＝９ 。 应 ＝ 。
的 ， 以应用受到限制 。基于极限平衡 理论 的朗肯和 库仑土压 力 １ ２ 刚性 挡 土墙 小主应 力拱 迹 线形状 分析 所 ．
１１ 主应 力旋 转 角 ．
挡土墙后 土体 达 到主 动极 限 平衡 状 态时 ， 各微 分 单元 体 的 大、 小主应力方 向发生旋转 。小主应力 偏转后 的轨迹形 成小 主应
力迹 线 ， 上 任 一 点 小 主 应 力 的 方 向 相 切 于 拱 迹 线 ， 主 应 力 的 其 大 方 向 垂 直 于拱 迹 线 。 滑 动 面 以 外 的土 体 认 为 是 未 受 扰 动 的 ， 以 所 在 滑 动 面 处 ， 应 力 方 向不 发 生 偏 转 ， 主 应 力 为 水 平 ， 主 应 力 主 小 大 为 竖 直 。０可 以 通 过 墙 面 处 ６ 时 的 摩 尔 应 力 圆来 确 定 ， 图 ≤ 如
— —
— 二 ／・ — ＼ ／
图 ２ 墙 后 小 主 应 力拱 单 元应 力分 析 简 图
或抛物线较为合理 ’ 。据此 ， 针对无粘性 土 ， 文假定挡 土墙后 本 小主应力迹线 为抛物 线 ， 推导 了主动 土压 力系数 的理 论公 式 ， 并
结合 水平 微 分 单 元 法得 到 平 动模 式 下 主 动 土 压 力 强 度 、 力 的 计 合
为线性的 ， 这与实际土压力 的分布相差很大 。 土拱 效应 是 描述 土体 中应 力 转 移 的一 种 现 象 ， 献 ［ ］中 文 ２ Ｔｒａｈ 通 过著名的活动 门试验 验证 了土 拱效应 的存 在 ， ｅ ｇｉ ｚ 并把 它 定义为土压力从屈 服区域转 移到临近静止 区域 的现 象。文献 ［ ］ ３ 中 Ｈ ｎｙ ａｄ 将土拱定义为小主应力迹线 ， 通过 对平行墙 间小主应 力
１ 示 ， 以得 到 ： 所 可
： 。ｔ ，
。’ ＩＬ０ ｘ ＝
：
０
（） ４
其中 ， 为墙 高 范 围 内一点 处 土拱 曲线起 始 点 离墙 顶 的距
离 ，≤ ≤ Ｌ为土拱计算宽度 。 ０ ；
将边 界条件代入式 （ ）得 到深度 处拱迹线方程 为 ： ３，
考 虑 土 拱 效 应 的 挡 土 墙 主 动 土 压 力分 析
王 立 国 王 志 凯
摘 要 ： 于 朗肯 土压 力理 论 ， 导 了主 动 土压 力 系数 的理 论 公 式 ， 将 其 用 于 水 平微 分 单 元 法 ， 到 平 动 模 式 下 主 动 土 基 推 并 得
压力强度 、 舍力及舍力作 用点的计算公式 ， 分析 了内摩擦 角及墙 面摩擦 角对土侧压力 系数 、 并 土压 力强度 的影 响， 以期 指
的 理 论分 析 ， 定 其 形 状 为 悬 链 线 ， 得 主 动 土 压 力 分 布 。文 献 假 求 ［］ Ｐｉ ４中 ａ ｋ和 Ｓｌ ｄ ａ ａｏ则假 定 土 拱 的 形 状 为 圆弧 ， 用 水 平 微 分 单 ｇ 利 元 的平 衡 条件 ， 到 墙 后 土 压 力 强 度 、 压 力 合 力 和 合 力 作 用 点 得 土 的 理 论公 式 。 经 推 导及 试 验 研 究 发 现 ， 拱 迹 线 的 形 状 采 用 椭 圆 、 链 线 土 悬
图 １ 墙面处应力摩尔圆
假定抛 物线方程为 ：
ｚ＝Ａ ＋ ｘ ＋Ｃ ｆ ３）
算公式 ； 在此基础上 ， 析 了内摩擦 角及 墙面摩 擦 角对土 压力 强 分
度的影响。
其中 ， Ｂ， Ａ， Ｃ均 为待定常数 。
边界条件 ：
‘
ｘ ＝ Ｏ， ｚ＝ ｚ
１ 理论 分析
理 论 ， 算 简 单 ， 算 精 度 能 够 满 足 工 程 要 求 ， 而 得 到 了广 泛 的 计 计 因 利用 文 献 ］ 试 验 结 果 ， 文 假 定 小 主 应 力 拱 迹 线 为 抛 物 ５的 本 应 用 。但 是 ， 肯 和 库 仑 的 理 论 均 假 定 挡 土 墙 侧 面 的 土 压 力 分 布 线 ， 图 ２所 示 。 朗 如
一
一 ｍ Ｚ 万 …ｔＸｏ 警 ０ ＋１ ’
ｆ ５ １
０ ≤ ≤ Ｌ＝（ 一 ） ｏ Ｊ ， 日 ｃ
１ ３ 刚 性 挡 土 墙 主 动 侧 土 压 力 系数 ．
Ｈ ｎｙ定 义 主 动 侧 土 压 力 系 数 为 墙 边 水 平 正 应 力 与 该 深 度 处 ａｄ
文 献 标 识 码 ： Ａ 其 中 ， 。 朗 肯 主 动 土 压 力 系 数 ， ｏ…０ Ｋ 为 Ｋ ＂ ３
，
为 士
Байду номын сангаасＯ－１
Ｉ 干 １ Ｉ“
６为墙土接触 面的外摩擦角 。 考虑了墙体变 形的协 调变 形计算 方法 以及 有限 元方法 … 。后 两 体 内摩擦 角 ； 种方法虽 然计 算结果更 加 符合 实际情 况 ， 但计算 过程 复杂 ， 算 计
导 实践 。
关键词 ： 土拱 效 应 ， 移 模 式 ， 平 刚性 挡 土墙 ， 动 土压 力 主
中 图 分 类 号 ：Ｕ １． ２ Ｔ ４ ３ ６ 挡 土墙 的 土 压 力 计 算 问题 一 直 是 工 程 界 和 学 术 界 非 常 关 心 的 问 题 。 目前 ， 性 挡 土 墙 的 土 压 力 计 算 理 论 有 极 限 平 衡 理 论 、 刚
第３ ７卷 第 ５期
２０ １１年 ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０ １
・７５ －
文章 编号 ：０ ９６ ２ （ ０ ） ５０ ７ — ２ １０ —８ ５ ２ １ ０ —０ ５ ０ １