擋土墻土壓力分布的畫法與意義

胡幼常

（武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063）

擋土墻土壓力分布的畫法與意義

胡幼常

（武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063）

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就如何正確理解黏性土作用于擋土墻上的土壓力分布，以及擋土墻土壓力分布圖的作用與意義提出了自己的觀點(diǎn)。實(shí)踐證明，本文對上述問題的分析切中了問題的實(shí)質(zhì)，學(xué)生更易理解和接受。

擋土墻；土壓力；分布圖

在“土力學(xué)”和“路基工程”的教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行大多數(shù)專業(yè)的土力學(xué)教材以及路橋?qū)I(yè)的路基工程教材中，關(guān)于擋土墻土壓力分布圖的問題各存在一處值得商榷的地方，現(xiàn)分述如下。

一、黏性土作用于擋土墻上土壓力分布圖的合理解釋

圖1 黏性填土作用于擋土墻上的土壓力分布示意圖

圖1中的擋土墻墻背豎直光滑，墻后填土表面水平，填土為黏性土，粘聚力為c，內(nèi)摩擦角為φ，重度為γ。根據(jù)朗肯理論，墻背上任一點(diǎn)M的主動土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：pa=γZkatan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2）=γZka-2cka（1），式中，ka=tan2（45°-φ/2），設(shè)Z=h0時(shí)，pa=0，由（1）式得h0=（2），按（1）式計(jì)算的主動土壓力分布圖如圖1所示，其中在h0的深度范圍內(nèi)土壓力為負(fù)，即這段墻背受到填土的拉力作用，這顯然與實(shí)際不符。事實(shí)上這一范圍內(nèi)的土壓力只能按零計(jì)算?，F(xiàn)行許多土力學(xué)教材中對這個(gè)問題的解釋是，由于墻背和填土之間不能承受拉力，故應(yīng)按零計(jì)算。這種解釋顯然不妥。筆者認(rèn)為作如下解釋才是正確的：h0深度范圍內(nèi)的土體由于粘聚力c的作用本身就能保持穩(wěn)定，無須擋土墻來支撐，故該范圍內(nèi)土壓力為零。不妨假想在黏性土地基表面豎直向下開挖，當(dāng)開挖深度小于或等于h0時(shí)，理論上坑壁不會坍塌，此時(shí)如建造一與坑壁同高的擋土墻支護(hù)坑壁，坑壁土體既不會產(chǎn)生推力推開擋土墻，也不會產(chǎn)生吸力吸引擋土墻，因此墻背不會受到墻后土體的任何作用力。

二、擋土墻土壓力分布圖的意義和正確繪制

圖2 砂性填土作用于擋土墻的土壓力分布示意圖

對于圖2（a）所示的擋土墻，現(xiàn)行路基工程教材中給出的主動土壓力分布圖如圖2（b）所示，并且教材中還指出主動土壓力Ea為分布圖的面積，給出的Ea計(jì)算公式為Ea=，式中，ka和γ意義同前。作為計(jì)算總主動土壓力的公式，式（2）無疑是正確的，但圖2（b）的三角形面積并不等于所以土壓力分布圖與公式（2）的對應(yīng)關(guān)系不明確。筆者認(rèn)為墻背上的土壓力分布圖應(yīng)繪成如圖2（c）所示的形式，其中任意深度Z處的橫線長度表示該深度處墻背所受到的土壓力強(qiáng)度大小，橫線所指示的方向不表示土壓力的方向，土壓力的方向與水平方向呈a+δ的夾角。這里a為墻背傾角見[圖2（a）]，δ為外摩擦角。這樣總主動土壓力的大小即為分布圖的面積，其方向與水平方向的夾角為a+δ，計(jì)算起來直觀方便。特別是在確定路堤擋土墻土壓力分布圖形時(shí)，當(dāng)通過計(jì)算確定了破裂角大小以后，只要掌握了上述原則，則不管破裂面交于內(nèi)、外邊坡，還是交于路基頂面的任何位置就可將復(fù)雜的主動土壓力分布圖繪制出來，按圖即可對擋土墻的斷面尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。這樣學(xué)生就會更容易理解和掌握復(fù)雜的擋土墻土壓力計(jì)算問題。

在道路、工民建、水利、港口等工程中，擋土墻是常見的支擋結(jié)構(gòu)。擋土墻的設(shè)計(jì)和計(jì)算關(guān)鍵在于正確計(jì)算它所受到的土壓力大小和土壓力分布，準(zhǔn)確解釋擋土墻上土壓力的分布規(guī)律對于初學(xué)者來說是非常重要的。本文提出的觀點(diǎn)可供參考。

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