[发明专利]一种软弱土地区挡土墙土压力计算方法

说明书

本发明涉及土木工程技术领域，本发明通过建立一个土体中水渗流的具有封闭形式的解析解，并将其用在库伦形式的方程，设定该方程在土体处于主动状态时形成破坏面为平面，确定在渗流条件下渗流区域内总水头h(x，z)，以及由渗流速度的水平分量υ_x得出到达排水系统的总的水流量Q，并计算当只在土体的局部存在渗流时土楔体的主动土压力和主动土压力系数K_as。采取这种土压力计算方法，将地下水渗透作用引入计算过程，得到了挡土墙竖向表面上主动土压力的通解，能精确方便地计算考虑渗流所引起的主动土压力，同时，根据在渗流条件下确定h(x，z)的最终解，还使得计算到达透水面的流场变得简单，可直接画出流网。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种软弱土地区挡土墙压力计算方法。

背景技术

在土力学中，计算土体作用于结构上的土压力是一个古老且重要的课题。挡土墙上土压力理论最早由法国工程师库仑提出，称为库仑土压力理论。而后，英国教授朗肯又建立了朗肯土压力理论，这两大土压力理论具有计算简单和力学概念明确的优势，因而在土木工程中得到广泛的应用，并成为挡土墙土压力的经典理论。

土压力是土与结构相互作用的结果，土与结构之间的相互作用是分析土压力问题的关键。基坑开挖过程中，由于基坑降水，必然存在渗流，土体的渗流导致孔隙水压力的变化，以及有效应力的改变，从而使土体变形，而土的变形即孔隙大小的改变致使渗透系数改变，进而通过渗透动水压力影响土体的应力、应变状态，因此，土体的变形和渗流是耦合的。基坑开挖使得土体内会产生显著的孔隙水压力，降水造成的坑内坑外水头差又会造成地下水渗流，而由于土中相对隔水层的存在，当主动区各土层由于坑内降水产生水头差时，以及承压水抽水降压时，相当于给主动区弱透水层土体形成界面负压并产生固结，这样，使主动区土层的水、土压力由于渗流固结而处于不断变化中，这使施工不同阶段地下连续墙和支撑系统的受力可能会变化较大，对超深基坑的影响更不能忽视。由此可见，水、土作用在围护结构上是一个动态过程。必须研究考虑渗流条件下的土压力理论，考虑渗流条件的竖向挡土墙的结构如图1所示，土体2位于挡土墙1一侧，挡土墙1高度为H，地下水位处于土体2上部位置，地下水在土体2中渗流，挡土墙1下端设有排水系统。挡土墙上的土压力按照墙体的位移情况可分为静止、主动和被动三种。静止土压力是指挡土墙不发生任何方向的位移，墙后土体施于墙背上的土压力，土体处于静止状态；主动土压力是指挡土墙在墙后土体作用下向前发生移动，致使墙后填土的应力达到极限平衡状态时，墙后土体施于墙背上的土压力，此时土体处于主动状态；被动土压力是指挡土墙在某种外力作用下向后发生移动而推挤填土，致使墙后土体的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力，土体处于被动状态。当土体处于主动状态时，挡土墙的位移足够引起土体的抗剪强度的变化，在土体中会有一个贯通其中的破坏面形成。

众所周知，当土体在渗流条件下，即使在土体和墙面的界面上有较好结构和排水系统，土压力也会有显著增大，土体中渗流力的作用方向与土压力的作用方向一致，因此增大了挡土墙受到的侧压力。现有计算土压力的方法中，由于没有相应的渗流问题解的表达式，所以没有考虑渗流条件所引起的土压力的显式通解。在土与结构交界面上为透水边界的竖向挡土墙墙背面，即使地下水位在地表处，也同样没有解析解。由于现有技术中没有考虑渗流条件，所以，在计算考虑渗流所引起的主动土压力极不精确，也不方便，同时在计算到达透水面的流场时，需要绘制流网，非常复杂。

发明内容

本发明的目的在于：现有技术中，在计算挡土墙土压力时由于没有考虑渗流条件，无法计算在地下水渗透作用下的挡土墙土压力，致使计算在渗流作用下的主动土压力既不精确也不方便，为此，提供一种软弱土地区挡土墙土压力计算方法，该方法将地下水渗透作用引入计算过程，得到挡土墙竖向表面上主动土压力的通解，能精确、方便地计算考虑渗流条件所引起的主动土压力，而且该方法还使得计算到达透水面的流场变得简单，而不需要绘制流网。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种软弱土地区挡土墙土压力计算方法，包括以下步骤：