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关于墙后地表倾斜情况下的主动土压力计算说明 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2018-01-17

在《建筑基坑支护技术规范 JGJ120-2012》的第3.4.8条中对支护结构后方地表高于支护结构顶部的情况的土压力计算进行了说明：

规范中给出的公式是按照超载考虑的朗肯土压力计算公式，按照该方法考虑往往得到的土压力会偏小或偏大，在岩土工程中，对于不确定的事情，通常我们偏向于偏保守的设计方法，所以并不建议采用。具体原因详见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。
GEO5中的朗肯土压力和库仑土压力采用的是一种改进方法，理论来源于德国的土力学教材。这种改进方法使得朗肯土压力和库仑土压力都可以突破自身的限制条件，能计算得到各种复杂情况下的土压力。但是，即使对于改进后的朗肯土压力（软件中叫Mazindrani(Rankine）），当地表倾斜时，计算得到的土压力往往也是偏小的，这在设计中非常危险。
　　 GEO5和土压力相关的模块，例如挡墙和基坑相关模块，默认主动土压力采用库仑土压力，被动土压力采用朗肯土压力，因为库仑土压力计算得到主动土压力往往偏大，而朗肯土压力计算得到的被动土压力往往偏小，符合保守设计的要求。
　　对于常规情况，即墙后坡面倾角β小于土体内摩擦角φ的情况，建议直接采用库仑土压力计算即可，此时得到的土压力和实际情况差别并不大。下面主要讨论倾角β大于φ的情况，因为此时常规的库仑土压力公式无法计算这种情况。这里采用一个简单的案例进行说明，详细理论说明见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。
案例说明：
图片:2.webp.jpg

尺寸

岩土材料参数

采用GEO5中的库仑土压力我们计算得到土压力大小如下：

库仑主动土压力

　　此时我们再采用OptumG2，采用极限分析，得到重力乘数刚好为1时的土压力，此时的土压力即为主动土压力，结果如下：

主动土压力破坏面

主动土压力大小和分布（红框内）

　　上图中可以看到采用极限分析（下限解）得到的土压力分布形状和GEO5中库仑土压力计算得到的分布形状基本相同。OptumG2中最下方一点的土压力大小为193.9kPa，GEO5中为194.12kPa，两者几乎相同。两层土交界处，上层土最下方OptumG2中土压力大小为152.3kPa，GEO5中为155.12kPa；下层土最上方OptumG2中土压力大小为127.54kPa，GEO5中为124.72kPa。可见在两层土交界处，两种不同方法得到的土压力大小也基本相同。
　　极限分析由于理论基础更完备，能得到更接近真实情况的结果，因此这里我们可以得到GEO5中库仑土压力计算方法在墙后坡面倾角β小于土体内摩擦角φ时结果是可靠的。关于GEO5中如何处理墙后坡面倾角β小于土体内摩擦角φ时的情况，理论详见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。
　　下面我们讨论一下采用超载近似模拟和采用库仑土压力的差别有多大。基本模型如下：

几何尺寸和超载大小（最大处为19kN/m3*6m = 114kPa）

等效超载作用下的主动土压力

　　从图中可以看到，在本案例中等效超载下得到的主动土压力（合力 = 2523.27kN/m）略大于地表倾斜的库仑主动土压力（合力 = 2353.03kN/m），增大了约7%。
　　同样的，我们采用OptumG2中的极限分析（下限）可以得到类似的结论：

主动土压力破坏面

主动土压力大小和分布（红框内）

　　从图中可以看到最下面一点处的土压力为194.25kPa，GEO5中同样的模型得到的主动土压力为193.16kPa。这里并没有去计算比较等效超载模型和地表倾斜模型的土压力合力大小，但是就同样达到相同的约为1的乘数时竖向刚性板底部铰链的屈服强度而言，等效超载模型需要更大的屈服弯矩，为14300kN/m/m，而地表倾斜模型为13000kN/m/m，土压力合力增大了约10%，和GEO5中的计算结果增幅接近。

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只看该作者 1楼发表于: 2022-01-26

学习了

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