土拱效应原理求解挡土墙土压力方法的改进

摘要：对应用土拱效应原理求解挡土墙主动土压力强度分布存在其所采用的滑裂面不满足墙后滑裂楔体水平力平衡等问题进行分析，提出水平力平衡的滑裂面水平倾角的计算方法；由此根据单元水平土层的静力平衡条件建立了竖向土压力强度、挡土墙主动土压力强度、土压力合力及其作用位置的计算公式。对运用该公式的计算结果与其他方法计算值及模型试验成果进行比较，结果表明文中方法安全性高且最接近试验结果。关键词：挡土墙；土拱效应；滑裂面水平倾角；土压力强度分布土拱效应原理求解挡土墙土压力方法的改进1引言朗肯土压力理论库伦土压力理论两大土压力理论，因其计算简单和力学概念明确而并成为挡土墙土压力的经典理论，得到工程界的广泛采用；但实际上挡土墙土压力强度并非线性分布，国内外大量的室内试验和现场测试结果表明挡土墙土压力强度呈非线性分布，土压力作用点不在1/3墙高处。D，E两点分别为某一墙体高度Y处水平单元土层在墙面附近土体和滑动面附近土体，土内摩擦角φ，土与墙面摩擦角δ，滑裂面水平倾角α，如图1所示。2墙面、滑裂面处土应力状态分析3滑裂面分析及其水平倾角的计算本文根据水平力平衡确定的滑裂面水平倾角大于π/4+Φ/2,墙面和滑裂面的主应力偏转方向相反，因此在墙面和滑裂面之间存在小主应力拱拱顶面（主应力偏转角为0）。几种面的关系如图3所示。4挡土墙主动土压力的计算公式5本文方法计算结果与模型试验成果及其它方法计算值的比较Fang和Ishibashi（1986年）[7]对墙背填筑砂性土（Ф=34°，δ=17°，γ=15.4kNm3），填土面水平、高1m的直立挡土墙在平移模式下进行了主动土压力试验，极限状态下所测得的水平土压力分布及本文相应计算值如图4。根据图4计算的土压力结果和本文方法及其他方法的计算值如表1所列。6结语（1）在墙面摩擦的作用下，朗肯滑裂面已不存在，π/4+Φ/2面上剪应力也不再为0，文献[2]，[3]，[4]中有关的小主应力拱拱顶面的假设是不符合土力学原理的。（2）在墙面摩擦的作用下，不论是π/4+Φ/2面还是库仑滑裂面，墙面和滑裂面上作用的水平力并不平衡。据此本文建立了水平力平衡的滑裂面水平倾角的计算公式，使墙后土体既可满足应力状态的要求又能满足静力平衡的要求，两者得到统一。（3）本文提出的滑裂面水平倾角计算该公式，力学概念明确，简单方便，可供工程计算参考。运用该公式建立的挡土墙主动土压力强度分布、土压力合力、合力作用位置的计算结果与其他方法相比较，倾覆安全系数最高，并与模型试验成果最接近。