一般情況下確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一般情況下確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法，1)擋土墻及墻后土體幾何要素的確定；2)墻體土體物理力學(xué)參數(shù)的確定；3)確定土體滑動面與坡面曲線交點處X坐標(biāo)x1；4)按公式計算主動土壓力合力；5)按公式計算主動土壓力合力作用點。本發(fā)明符合實際的主動土壓力計算方法，主動土壓力的大小和作用點位置確定準(zhǔn)確和可靠，對于科學(xué)合理地指導(dǎo)擋土墻的設(shè)計，具有重要的現(xiàn)實意義。
【專利說明】一般情況下確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及主動土壓力的計算，具體指一種一般情況下確定主動土壓力合力和壓 力合力作用點的方法，本方法適用于交通、水利、市政、建筑等部門中剛性擋土墻的設(shè)計計 算，屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 擋土墻上土壓力的計算是經(jīng)典的土力學(xué)課題，通常采用朗肯土壓力理論和庫侖土 壓力理論來進行分析。Coulomb土壓力理論是法國學(xué)者Coulomb于1773年在其力學(xué)論文論 極大和極小法則在建筑力學(xué)中的應(yīng)用中提出的，距今已200多年了，由于其概念簡潔，使用 方便，現(xiàn)在仍在重力式擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計中和工程界得到廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前多個規(guī)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(yīng)的擋墻設(shè)計計算。庫侖土壓力理論假定極限狀 態(tài)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。庫侖主動土壓力 及修正的庫侖土壓力計算公式只適用于墻后土體坡面為傾斜平面，坡面上作用有均布荷載 的剛性擋土墻情況。但在實際工程中，往往墻后土體坡面不平整，坡面上的荷載也不一定均 布，這種情況對于主動土壓力的大小和作用點位置有顯著的影響，因此，研究一種符合實際 的主動土壓力計算方法，對于科學(xué)合理地指導(dǎo)擋土墻的設(shè)計，具有重要的現(xiàn)實意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述庫侖土壓力計算方法的不足，本發(fā)明的目的是提供一種一般情況下確定 主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法，本庫侖主動土壓力計算方法適合于擋墻墻背傾 斜，墻后為黏性土體，坡面起伏，且有非均勻超載等一般情況，這些一般情況往往是我們實 際中遇到最多的情形。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] 一般情況下確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法，按如下步驟進行，
[0007](1)擋土墻及墻后土體幾何要素的確定；包括擋土墻墻背傾斜角a，墻高H,墻后 土體坡面起伏情況，用y=g(x)擬合；
[0008] (2)墻體土體物理力學(xué)參數(shù)的確定；包括墻后土體的重度y，內(nèi)摩擦角及內(nèi)聚 力c，擋土墻墻背與填土土體之間的摩擦角S;
[0009] (3)以墻后處于極限平衡狀態(tài)的滑楔體0AB為研究對象，假設(shè)該滑楔體0AB與墻 頂?shù)慕稽c為A,與墻踵的交點為0,與坡面曲線交點為B;以0為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，交點 A的X軸坐標(biāo)為x2 ;確定滑楔體0AB滑動面與坡面曲線交點B的X軸坐標(biāo)Xl;X軸坐標(biāo)Xl是 以下方程的根：
[0010] f(x) =m1x2+m2x-m3 = 0
[0011] 其中叫=[aajni+nj+ai(1-1^112)+Ya]/2 ;
[0012] m2 =abi(rii+r^) +1^ (l-riir^)+c(a_n2);

【權(quán)利要求】
1?一般情況下確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法，其特征在于：按如下步 驟進行， (1) 擋土墻及墻后土體幾何要素的確定；包括擋土墻墻背傾斜角a，墻高H,墻后土體 坡面起伏情況，用y = g(x)擬合； (2) 墻體土體物理力學(xué)參數(shù)的確定；包括墻后土體的重度Y，內(nèi)摩擦角小及內(nèi)聚力c， 擋土墻墻背與填土土體之間的摩擦角S ; (3) 以墻后處于極限平衡狀態(tài)的滑楔體OAB為研究對象，假設(shè)該滑楔體OAB與墻頂?shù)?交點為A,與墻踵的交點為0,與坡面曲線交點為B ;以0為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，交點A的 X軸坐標(biāo)為x2 ;確定滑楔體0AB滑動面與坡面曲線交點B的X軸坐標(biāo)Xl ;X軸坐標(biāo)Xl是以下 方程的根：
上幾式中q(x)為作用在坡面上表面的非均布荷載，〇 (x)為作用在滑動面上的法向應(yīng) 力； (4) 計算主動土壓力合力；根據(jù)下式計算主動土壓力合力Ea : Eu = [a, (a - /i, )x,2 / 2 + - ex, ] / sin(a -8 ) (5) 計算主動土壓力合力作用點；根據(jù)下式計算主動土壓力合力作用點：
上式中H。為主動土壓力合力作用點至墻踵的垂直距離，根據(jù)H。即可確定主動土壓力合 力在擋土墻上的作用點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定主動土壓力合力和壓力合力作用點的方法，其特征在 于：步驟（3)中的非線性方程采用割線法求解，具體步驟如下： 1) 給定迭代次數(shù)N和精度控制量eps ; 2) 如果迭代次數(shù)大于N，則結(jié)束，否則執(zhí)行步驟3); 3) 選定兩初始值xQ, Xp xQ取y = tan〇 /4+4>/2)x與y = g(x)交點處的X坐標(biāo)，Xi 取y = tanO /4-4>/2)x與y = g(x)交點處的X坐標(biāo)；
5) 若| xk_x。|〈eps，則Xi = xk，輸出Xp a、ai、入、h，程序結(jié)束，否則執(zhí)行6); 6) 令 xQ = Xp Xi = xk，轉(zhuǎn)向步驟 2)。
【文檔編號】G06F17/50GK104346496SQ201410559214
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】陳建功, 許明, 吳曙光, 謝強, 王桂林, 張海權(quán) 申請人:重慶大學(xué)