一種有限填土擋墻的土壓力分布計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種有限填土擋墻的土壓力分布計(jì)算方法，該方法并不人為將土壓力分布假定為線性，是對(duì)庫(kù)侖理論的擴(kuò)展與補(bǔ)充。此方法以剛性有限填土擋墻為對(duì)象，在庫(kù)侖理論與楔體單元法的基礎(chǔ)上，沿用其滑裂面為平面的假定，對(duì)其在一般條件下的主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)、作用分布形式與大小進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明不僅能準(zhǔn)確計(jì)算的擋墻背后土壓力的合力和合理作用點(diǎn)位置，還能掌握土壓力沿墻背的非線性分布情況，以便進(jìn)行更科學(xué)合理地設(shè)計(jì)施工，對(duì)于科學(xué)合理地指導(dǎo)擋土墻的設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種有限填±擋墻的±壓力分布計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種有限填±擋墻的±壓力非線性分布的計(jì)算方法，屬于巖±工程技 術(shù)領(lǐng)域，適用于交通、水利、市政、建筑等部口中的按有限范圍填±剛性擋±墻的設(shè)計(jì)計(jì)算。

【背景技術(shù)】
[0002] 擋±墻±壓力計(jì)算一直是工程界和學(xué)術(shù)界非常關(guān)屯、的問(wèn)題。從目前看，±壓力計(jì) 算方法主要有基于極限平衡理論的庫(kù)侖±壓力理論和朗肯±壓力理論；考慮±壓力與墻體 變形關(guān)系的協(xié)調(diào)變形計(jì)算方法和考慮±體實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的有限元法。協(xié)調(diào)變形法和 有限單元法考慮了 ±壓力與墻體變位或±體變形的關(guān)系，能夠得到擋±墻工作過(guò)程中較為 符合實(shí)際情況的±壓力值。但是，該類(lèi)方法的計(jì)算模型和計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算精度取決于± 體特性參數(shù)的選取，而該些參數(shù)常常是較難確定的；此外，在實(shí)際工程應(yīng)用中廣泛采用極限 狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，所W基于極限平衡理論的朗肯±壓力理論和庫(kù)侖±壓力理論仍是實(shí)際工程 中應(yīng)用最為廣泛的方法。朗肯±壓力理論建立了墻背光滑情況下的墻背水平±壓力公式， 在不考慮擋±墻墻背同填±之間的摩擦角對(duì)±壓力影響的情況下，給出的±壓力為線性分 布；庫(kù)侖±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(jiǎn)潔，使用方便，在工 程界得到廣泛的應(yīng)用。目前多個(gè)規(guī)范均采用庫(kù)侖±壓力理論或采用修正的庫(kù)侖±壓力理論 計(jì)算剛性擋±墻的±壓力大小及合力作用點(diǎn)，并作相應(yīng)的擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算。庫(kù)侖±壓力理論 假定極限狀態(tài)時(shí)，墻后±體形成一滑動(dòng)±模體，通過(guò)其靜力平衡條件求得±壓力合力，并人 為假定其分布為線性。但大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，擋±墻上的±壓力呈非線性 分布，其合力大小和作用點(diǎn)與采用庫(kù)侖理論計(jì)算的結(jié)果有較大的差異，而在實(shí)際工程工中， 我們不僅需要知道準(zhǔn)確的擋墻背后±壓力的合力和合理作用點(diǎn)位置，還需要掌握±壓力沿 墻背的非線性分布情況，W便進(jìn)行更科學(xué)合理地設(shè)計(jì)施工。因此，研究一種符合實(shí)際的± 壓力分析計(jì)算方法，對(duì)于科學(xué)合理地指導(dǎo)擋±墻的設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述庫(kù)侖±壓力計(jì)算方法的不足，提出了一種有限填±擋 墻的±壓力分布計(jì)算方法，該方法并不人為將±壓力分布假定為線性，是對(duì)庫(kù)侖理論的擴(kuò) 展與補(bǔ)充。此方法W剛性有限填上擋墻為對(duì)象，在庫(kù)侖理論與模體單元法的基礎(chǔ)上，沿用其 滑裂面為平面的假定，對(duì)其在一般條件下的主動(dòng)±壓力的作用點(diǎn)、作用分布形式與大小進(jìn) 行計(jì)算。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，其特征是該方法步驟如下：
[0005] 步驟（1)確定擋±墻及墻背有限填±坡體幾何要素；
[0006] 擋±墻及墻背有限填±坡體幾何要素包括擋±墻墻后的填±坡面為平面且與水 平面的夾角0，墻背巖石坡面坡角0 1，擋±墻墻背傾斜角a,擋±墻結(jié)構(gòu)的高度H;
[0007] 步驟（2)確定填±物理力學(xué)參數(shù)；
[000引通過(guò)取樣和實(shí)驗(yàn)手段確定填±體的重度丫，內(nèi)摩擦角P，擋±墻墻背與填體之 間的摩擦角8,穩(wěn)定巖石坡面與填±間的摩擦角5 r，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可取&^0.33p。
[0009] 步驟（3)確定填±坡體滑裂面傾角；
[0010] 填±坡體滑裂面傾角0的確定如下；填±坡體滑裂面傾角0取01，0 2的大值。 根據(jù)庫(kù)侖理論，無(wú)限填±滑裂面傾角0 2是所有滑裂面中產(chǎn)生最大主動(dòng)上壓力值的滑裂面， 即使得庫(kù)侖主動(dòng)上壓力系數(shù)取得最大值時(shí)的e 2值。庫(kù)侖主動(dòng)上壓力系數(shù)表達(dá)式如下： K _ siii(C-A)cos(0-4')cos(a-/?)
[00"'"'] " cos(0-a-y0-(r)cosj asin(0-a)
[0012] 可W采用直接捜索法求解滑裂面傾角0 2值。不同參數(shù)條件下的滑裂面傾角0 2 的取值如表1所示。
[0013] 表1無(wú)限填±滑裂面0 2值
[0014] ~^ I 任15 20 25 30 35 40 45 50 0 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5 65 0 67.5 70.0
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種有限填土擋墻的土壓力非線性分布的計(jì)算方法，其特征是該方法步驟如下： 步驟（1)擋土墻及墻背有限填土坡體幾何要素的確定； 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0，墻背巖石坡面坡角^，擋土墻墻背傾斜角a，擋土墻結(jié)構(gòu)的高度H; 步驟（2)填土物理力學(xué)參數(shù)的確定； 通過(guò)取樣和實(shí)驗(yàn)手段確定填土體的重度Y，內(nèi)摩擦角?擋土墻墻背與填土土體之間的 摩擦角8,穩(wěn)定巖石坡面與填土間的摩擦角Sr，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可取<^0.33% 步驟（3)確定填土坡體滑裂面傾角； 填土坡體滑裂面傾角0的確定如下：填土坡體滑裂面傾角0取0:，02的大值。根 據(jù)庫(kù)侖理論，無(wú)限填土滑裂面傾角0 2是所有滑裂面中產(chǎn)生最大主動(dòng)土壓力值的滑裂面，即 使得庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)&取得最大值時(shí)的0 2值。庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)表達(dá)式如下：
式中： a--擋土墻墻背傾斜角； 0一一擋土墻墻后的填土坡面為平面且與水平面的夾角； 8一一擋土墻墻背與填土土體之間的摩擦角； 8r一一墻后巖石坡面與填土土體之間的摩擦角；根據(jù)試驗(yàn)確定。當(dāng)破裂角0按表1取 時(shí)，即破裂面發(fā)生在填土體內(nèi)部，此時(shí)L按p??； T--填土的重度，kPa; H--擋土墻結(jié)構(gòu)的高度，m; 步驟（5)計(jì)算土壓力合力；
式中： Ea--主動(dòng)土壓力，KN; 步a--主動(dòng)土壓力增大系數(shù)，擋土墻高度小于5m時(shí)宜取1. 0,高度5m?8m時(shí)宜取 1. 1，高度大于8m時(shí)宜取1.2 ; T--填土的重度，kPa; H一一擋土墻的高度，m; Ka--主動(dòng)土壓力系數(shù)； 步驟（6)計(jì)算土壓力合力作用點(diǎn)； 擋土墻墻背上主動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)距墻底的垂直距離為：
【文檔編號(hào)】E02D29/02GK104480962SQ201410665144
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】陳建功, 趙國(guó), 唐藝, 許明, 吳曙光, 謝強(qiáng), 王桂林 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)