[发明专利]一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法

说明书

本发明公开了一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法，包括以下步骤：确定研究区域范围与坐标系；计算研究区域范围内竖向坐标为z的土体基质吸力、土体吸应力和静止土压力；依次计算研究区域范围内各不同竖向坐标处的静止土压力，从而得到考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力整体分布。本发明引入考虑植物蒸腾作用的挡土墙背后填土的基质吸力分布解析解，推导出了相应的静止土压力计算解析解，建立了植物‑土体‑挡土墙结构之间的相互作用关系，直观地揭示了植物蒸腾作用对挡土墙静止土压力的影响机理，提供了一种可考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法，为进一步研究和应用挡土墙结构提供了理论和技术支持。

技术领域

本发明属于挡土墙工程技术领域，涉及一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法。

背景技术

静止土压力是挡土墙结构未发生移动或者转动时，墙后填土作用在墙背上的压力；是挡土墙三大土压力之一，如何确定其大小一直是岩土工程界关注的热点问题。

目前，传统计算挡土墙静止土压力的方法主要考虑土体重度和位置因素，具体公式为：其中，p₀表示传统静止土压力，μ表示土体泊松比；γ表示土体重度；z₁表示土层表面至计算点竖直距离。也有研究将其进行拓展考虑了土体非饱和状态的影响，但均未对植物的影响进行考虑。

然而实际工程中，挡土墙背后填土表层往往长有植物。植物的存在会对土体强度产生显著影响：植物的蒸腾作用会吸收土体水分，改变土体基质吸力和吸应力的大小，进而提高土体抗剪强度。土体抗剪强度的改变，作用在挡土墙背后的静止土压力也会随之变化，传统确定方法将无法准确评价挡土墙的静止土压力。

因此，有必要提供一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法，提高确定方法的准确性，为进一步研究和应用挡土墙提供理论支持。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法，引入考虑植物蒸腾作用的挡土墙背后填土的基质吸力分布解析解，推导出了相应的静止土压力计算解析解，建立了植物-土体-挡土墙结构之间的相互作用关系，解决了现有技术中存在的未考虑植物蒸腾作用对挡土墙静止土压力的影响问题。

本发明所采用的技术方案是，一种考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力确定方法，包括以下步骤：

步骤1：在地下水位与挡土墙底面齐平，挡土墙背后填土均质、表面水平且长有植物，植物根系均匀分布的适应条件下，确定研究区域范围与坐标系；

步骤2：计算研究区域范围内竖向坐标为z的土体基质吸力；

步骤3：计算研究区域范围内竖向坐标为z的土体吸应力；

步骤4：计算研究区域范围内竖向坐标为z的静止土压力；

步骤5，重复步骤2～步骤4，依次计算研究区域范围内各不同竖向坐标处的静止土压力，得到考虑植物蒸腾作用的挡土墙静止土压力的整体分布。

进一步地，步骤1中，研究区域范围为挡土墙背后的半无限非饱和土层，其底面与挡土墙底面齐平，其顶面与挡土墙顶面齐平；研究区域范围分为有根区范围和无根区范围；有根区范围为研究区域范围内存在植物根系的土层区域；无根区范围为研究区域范围中除有根区范围之外的土层区域。

进一步地，步骤1中，坐标系以挡土墙底面与填土层底面的交点为原点，以竖直向上为z轴。

进一步地，步骤2中，研究区域范围内竖向坐标为z的土体基质吸力的计算，如式(1)所示：