平行竖墙间的土拱效应与侧土压力计算.pdf

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 平行竖墙间的土拱效应与侧土压力计算 应宏伟 蒋波 谢康和 浙江大学岩土工程研究所 浙江杭州 浙江城建设计研究院 浙江杭州 摘要 本文对墙土摩擦部分发挥时平行竖墙间小主应力进行理论分析 得出土拱形状的理论表达式 并证明其为悬 链线 随后比较了悬链线拱和简化的圆弧形拱的形状 墙间竖向应力分布和侧土压力系数的差别 推导了考虑土 拱效应的平行墙间侧土压力计算公式 最后通过算例分析了土拱效应对土压力计算结果的影响 研究表明 不考 虑土拱效应的常规方法计算的土压力偏不安全 采用悬链线拱和圆弧形拱得到的土压力分布差别很小 在实际工 程中 建议可采用相对简单的圆孤形拱 关键词 土拱 土压力 小主应力轨迹 中图分类号 文献标识码 侧土压力计算是市政工程中地下管道 涵洞等结构设计中的重要内容 通常简化为两平行竖直的刚 性墙之间侧压力的求解问题 采用水平微分单元法求解 侧土压力系数一般取朗肯主动土压力系数 不考虑由于墙土摩擦引起的应力偏转 但是 事实上土体中的应力转移现象十分明显 在土力学中 土 拱是用来描述应力转移的一种现象 这种应力转移是通过土体抗剪强度的发挥而实现的 通 过活动门试验发现了土拱效应 并把它定义为土压力从屈服区域转移到邻近静止区域的现象 文献 将土拱定义为小主应力的轨迹 通过对平行墙间小主应力的理论分析 直接假定其形状为悬链线 由此 得到的侧土压力系数介于朗肯主动土压力系数与克来因土压力系数 之间 并假定挡墙后滑裂面处的 小主应力为水平方向 得到挡土墙后土压力分布 文献 同样采用滑裂面处的小主应力为水平方向的 假定 从理论上研究了当墙土摩擦充分发挥时挡土墙后土拱的形状 认为土拱的实际形状接近悬链线 同时也与圆弧形极为相似 文献 则参考文献 和文献 的土拱形状研究了垂直挡墙的主动和被动 土压力分布 本文在前人研究的基础上 对墙土摩擦部分发挥时平行竖墙间小主应力进行理论分析 得 到土拱形状的理论表达式 并分别采用理论土拱和简化的圆弧形拱 计算竖向平均应力 从而得到侧土 压力系数 并比较采用这两种土拱与不考虑土拱效应的常规方法得到的土压力结果的差异 应力分析 为了分析土拱效应 首先考察图 所示的土体模型 假定两平行竖直的挡墙水平距离为 上体为 均质的无黏性土 内摩擦角为 墙土摩擦系数 为墙土摩擦角 两点的应力状态可用摩尔应力圆表示 如图 图中 分别表示 点的应力 随着地面的沉降 墙土间的摩擦力逐步发挥 作用在墙背上的水平向应力已不是小主应力 两点的 主应力方向已发生偏转 如图 所示 设墙间土体均达到极限平衡状态 则 两点的小主应力轨迹 将形成一条拱曲线 即为小主应力拱 收稿日期 作者简介 应宏伟 男 江西萍乡人 博士 副教授 主要从事软土力学与地基处理 土工数值分析及基坑工程的研究 图 水平微分单元分析 图 小主应力拱分析 当墙土间摩擦力充分发挥 即 时 可由图 计算得到侧土压力系数 式中 为朗肯主动土压力系统 ? ? 对于光滑墙面 当墙土摩擦角充分发挥 即 时 ? 则 ? 即为克来因土压力系数 当墙土摩擦角部分发挥 即 时 由图 可得到侧土压力系数 图 墙土摩擦角部分发挥时的摩尔圆 图 小主应力拱受力示意 若 和 已知 可由下式计算得到 在