王蘭 丁亞東

【摘要】本文針對(duì)土拱效應(yīng)原理求解擋土墻土壓力方法的改進(jìn)進(jìn)行探究。對(duì)應(yīng)用土拱效應(yīng)基本原理對(duì)擋土墻的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度的分布潛存所運(yùn)用的滑裂面在未能達(dá)到墻后滑裂砌體水平力等問題進(jìn)行淺析，提出水平力平衡的滑裂面水平傾角的計(jì)算方法。以此按照單元水平土層的靜力均衡條件創(chuàng)建豎向土壓力強(qiáng)度、土壓力合力及其相關(guān)的計(jì)算方法與模型試驗(yàn)成果作出對(duì)比，最終的結(jié)果證明，本文中使用的方法可促使最終的結(jié)果更為安全可靠。

【關(guān)鍵詞】擋土墻；土拱效應(yīng)原理；土壓力強(qiáng)度

1、以土拱效應(yīng)原理為依據(jù)對(duì)擋土墻土壓力的研究

在擋土墻土壓力的基本經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上，朗金壓力理論并未對(duì)墻體的摩擦作用作出綜合性的考慮，由墻背滑裂土體的應(yīng)力狀態(tài)入手，將滑裂面作為其中的一個(gè)平面，土壓力強(qiáng)度順著墻體進(jìn)行線性分布。庫倫土壓力理論就是對(duì)墻體的摩擦作用進(jìn)行了相關(guān)分析.若滑裂面作為一個(gè)平面同時(shí)能夠達(dá)到土壓力的最大數(shù)值，創(chuàng)建起滑裂面水平傾角的計(jì)算公式。若滑裂面、墻面摩擦均勻性分布，由墻背滑動(dòng)砌砌體的靜力平衡得到擋土墻土壓力強(qiáng)度沿墻背線性分布的土壓力解。此兩大土壓力理論，由于其計(jì)算簡(jiǎn)單與力學(xué)概念非常明確，以成為擋土墻壓力的經(jīng)典性理論，從而獲得整個(gè)建筑工程領(lǐng)域的廣泛推廣與使用?？墒?，實(shí)際的情況是，擋土墻壓力強(qiáng)度并不是線性分布的，全國(guó)各個(gè)國(guó)家大量的室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果證明：擋土墻土壓力強(qiáng)度是以非線性進(jìn)行分布的，土壓力作用點(diǎn)并未達(dá)到墻體高度的三分之一。

卡崗在1960年發(fā)表的《論擋土墻上非線性分布土壓力》當(dāng)中對(duì)于墻面垂直、墻背填筑砂性土、填土面水平的剛性擋土墻可運(yùn)用水平層分析法作出了相關(guān)的計(jì)算，最終獲得土壓力強(qiáng)度沿墻高呈現(xiàn)非線性分布，分布的圖形為曲線形?？墒?，其假設(shè)水平土層的豎向應(yīng)力以圓形的狀態(tài)分布，但未對(duì)墻體的土拱效應(yīng)作出充分的考慮；

王元戰(zhàn)通過庫倫滑裂面的單元水平土層的靜力平衡，對(duì)土側(cè)壓力系數(shù)作出了相關(guān)的計(jì)算，同時(shí)創(chuàng)建起土壓力強(qiáng)度的計(jì)算方式，與此同時(shí)，存在假設(shè)水平土層的豎向應(yīng)力以均勻的狀態(tài)分布，同時(shí)亦沒有考慮到土拱效應(yīng)的相關(guān)問題；

Handy（1985年），Paik（2003年）以土拱效應(yīng)原理為依據(jù)，按朗肯滑裂面創(chuàng)建起土側(cè)壓力系數(shù)與土壓力強(qiáng)度的相關(guān)計(jì)算方式；

蔣波以土拱效應(yīng)作為基本原理，按庫倫滑裂面針對(duì)平均土側(cè)壓力系數(shù)作出了相關(guān)計(jì)算，同時(shí)由單元水平土層的靜力平衡創(chuàng)建起土壓力強(qiáng)度的相關(guān)計(jì)算方式?？墒牵洳⑽醇骖櫟綁w的靜力平衡因素；

通過上述相關(guān)研究著作可以了解到，怎樣能夠?qū)跬翂w的應(yīng)力狀態(tài)與靜力平衡進(jìn)行綜合性的分析是需要進(jìn)行深入探究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2、擋土墻土壓力方法計(jì)算存在問題分析

2.1 傳統(tǒng)土壓力基礎(chǔ)理論比較適合在重力式擋土墻中加以使用，首先進(jìn)行筑墻處理，接下來在墻背后進(jìn)行填土，土體破壞面假設(shè)為平面。

2.2 傳統(tǒng)土壓力理論是將剛塑性體作為假定基礎(chǔ)前提的一種極限平衡理論，然而，天然土并不是剛塑性提，并不能達(dá)到應(yīng)力的基本平衡狀態(tài)、土的破壞條件與土的邊界條件，計(jì)算出土體變形以達(dá)到最佳的一種臨界條件下的土壓力。

2.3 從粘性土的角度來看，庫倫土壓力是未把土的年粘聚力融入進(jìn)來，工程當(dāng)中經(jīng)常使用到等數(shù)值內(nèi)的摩擦角進(jìn)行計(jì)算，最終的結(jié)果顯示低墻保守、高墻危險(xiǎn)。以朗肯壓力基本理論為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最終的結(jié)果展現(xiàn)為主動(dòng)土壓力過大、被動(dòng)土壓力過小的實(shí)際現(xiàn)象。

3、擋土墻土壓力方法改進(jìn)方法

在計(jì)算擋土墻壓力方面，針對(duì)剛性擋土結(jié)構(gòu)，比如：鋼筋混凝土或塊石砌成的擋土墻一般運(yùn)用的是庫倫土壓力方法進(jìn)行的計(jì)算。針對(duì)柔性的擋土墻一般運(yùn)用的是朗肯土壓力進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算。

3.1 計(jì)算模型的創(chuàng)建

3.1.1 基本假定

在水平層分析法的基本前提下，本文采取了以下基本假定：

（1）擋土墻屬于剛性，墻背垂直，無需考慮墻體的變形情況；

（2）墻后填筑土體為均質(zhì)各向同性的砂性土，填土外表保持在水平的狀態(tài)；

（3）墻體后土體土壓力的計(jì)算需考慮土拱效應(yīng)，土拱形狀假定為拋物線形狀。

水平層單元右端的直角三角形單元，其水平面為大主應(yīng)力面，作用有大主應(yīng)力，豎直面為小主應(yīng)力面，作用有小主應(yīng)力，傾斜面即滑裂面上作用有正應(yīng)力與剪應(yīng)力，可以明顯的看出這個(gè)直角三角形單元達(dá)到了基本的靜力平衡條件，所以水平層單元的豎向靜力平衡方程中可以不考慮滑裂面上的反力。

3.1.2 墻后土體應(yīng)力狀態(tài)淺析

當(dāng)擋土墻平移至某種程度的情況下，墻背土體達(dá)到了一個(gè)極限性的平衡狀態(tài)，墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)，墻后土體有滑裂面的形成?？墒牵驂ν两佑|面摩擦力的存在，促使主應(yīng)力有旋轉(zhuǎn)，從而形成土拱效應(yīng)。

3.2 改進(jìn)方法

假定墻后填土為無粘性土，擋土墻墻背處于垂直的狀態(tài)，墻后填土外表水平，兼顧土拱效應(yīng)的影響，運(yùn)用水平層單元分析法，運(yùn)用朗肯滑裂面與拋物線形土拱拱跡線，對(duì)沙土的主動(dòng)側(cè)土壓力系數(shù)、主動(dòng)土壓力分布、主動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)作出求解。

不同土層擋土墻的土壓力計(jì)算要點(diǎn)：運(yùn)用近似的計(jì)算方法。首先求出上一土層的土壓力與其作用點(diǎn)的實(shí)際高度，同時(shí)近似假定：上下兩土層層面平行；計(jì)算下一土層時(shí)，把上一土層看做是均布荷載，按地面為一平面的情況下庫倫公式進(jìn)行計(jì)算，隨后將下一土層的土壓應(yīng)力圖形進(jìn)行截取轉(zhuǎn)換為其土壓力。

結(jié)束語

進(jìn)行擋土墻土設(shè)計(jì)中，擋土墻壓力方法的采用是不可或缺的重要方面，擋土墻設(shè)計(jì)是路基路面工程教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容?，F(xiàn)有的土壓力計(jì)算方法與計(jì)算過程是非常復(fù)雜的，欠缺對(duì)相關(guān)擋土墻土壓力方法的相關(guān)總結(jié)與改進(jìn)。為此，對(duì)土拱效應(yīng)原理求解擋土墻土壓力方法的改進(jìn)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)性意義，有助于掌握正確的擋土墻土壓力方法，同時(shí)掌握好擋土墻的科學(xué)合理性設(shè)計(jì)。

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