一種減小兩層填土路基作用在擋土墻上土壓力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種減小兩層填土路基作用在擋土墻上土壓力的方法，屬于巖土工程
技術(shù)領(lǐng)域，適用于道路建設(shè)過程中兩層填土路基對擋土墻土壓力的計(jì)算。
【背景技術(shù)】
[0002] 填土對擋土墻土壓力的計(jì)算一直是工程界和學(xué)術(shù)界非常關(guān)心的問題。目前，基于 極限平衡理論的朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論仍是實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的方法。 對于朗肯土壓力理論，假設(shè)擋土墻背光滑，不考慮填土和擋土墻之間的摩擦作用，建立了填 土對擋土墻水平土壓力的計(jì)算公式，土壓力沿墻背呈線性分布;對于庫侖土壓力理論，由于 其概念簡潔，使用方便，在工程界得到廣泛的應(yīng)用。目前多個(gè)規(guī)范均采用庫侖土壓力理論或 修正的庫侖土壓力理論計(jì)算剛性擋土墻的土壓力大小及合力作用點(diǎn)，并作為擋土墻設(shè)計(jì)的 基礎(chǔ)。庫侖土壓力理論假定填土處于極限狀態(tài)時(shí)，填土中會產(chǎn)生滑動面，形成滑動土楔體， 通過靜力平衡條件可以求得土壓力合力，并假定其分布為線性。但大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場觀 測數(shù)據(jù)表明，擋土墻上的土壓力呈非線性分布，其合力大小和作用點(diǎn)與采用庫侖理論計(jì)算 的結(jié)果有較大的差異。在道路建設(shè)過程中，往往會遇到使用不同材料分層填筑路基的情形， 此時(shí)，路基填土對擋土墻土壓力的計(jì)算不同于均質(zhì)填土的情況。對于墻后填土為多層的情 況，目前實(shí)際工程中多采用兩種方法:第一種方法為等效法，該方法概念清晰，但是誤差較 大;第二種方法為分層計(jì)算法，該方法存在忽略墻土相互作用、各層滑裂面相互獨(dú)立產(chǎn)生等 假設(shè)。因此，研究一種能夠準(zhǔn)確計(jì)算分層填土路基對擋土墻土壓力大小及分布的方法，并基 于此分析填筑順序、填筑厚度對土壓力的影響，尋找土壓力最小的填筑方案，對科學(xué)合理地 指導(dǎo)擋土墻的設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種使擋土墻的設(shè)計(jì)更為安全、經(jīng)濟(jì)、合理的減小兩層填土 路基作用在擋土墻上土壓力的方法。
[0004] 技術(shù)方案：本發(fā)明的減小兩層填土路基作用在擋土墻上土壓力的方法，包括以下 步驟如下：
[0005] 1)按照下式計(jì)算不同上層填土厚度下兩層填土路基對擋土墻的土壓力E:
[0006] E = Ei+E2
[0007] 式中，扮為上層填土的土壓力，扮為下層填土的土壓力，


，hi為上層填土厚度，其他參數(shù)所 代表的意義如下表所示：
[0008]
[0009] 2)從所述步驟1)計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)中選擇土壓力最小的上層填土厚度，并以此為填 筑方案進(jìn)行路基填筑。
[00?0]進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述步驟1)中，不同上層填土厚度的變換規(guī)律為:0cm， 10cm,20cm,......，h_10cm，h cm，其中h為擋土墻高度。
[0011] 有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 對于兩層填土路基，使用本發(fā)明的方法，可以準(zhǔn)確地計(jì)算其對擋土墻土壓力的大 小和分布，避免了庫倫土壓力理論中土壓力沿著擋土墻呈線性分布的假定，同時(shí)避免了目 前用于計(jì)算分層填土的等效法誤差大和分層計(jì)算法忽略墻土相互作用的弊端。使用本發(fā)明 方法，變換兩種填土的填筑順序和填筑厚度，分別計(jì)算兩層填土對擋土墻的土壓力，可以分 析兩種填土的填筑順序、填筑厚度對土壓力的影響，進(jìn)而選擇土壓力最小的填筑方案，按照 所選方案進(jìn)行路基填筑，使填土對擋土墻的土壓力最小，也使設(shè)計(jì)的擋土墻安全、經(jīng)濟(jì)、合 理，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的庫倫土壓力理論假設(shè)土壓力沿著擋土墻背為直線分別，但 是實(shí)測的土壓力并非直線分布，本發(fā)明計(jì)算的土壓力為非線性分布，能夠更好的跟實(shí)際情 況吻合;傳統(tǒng)的庫倫土壓力理論只能夠計(jì)算土壓力合力值，不能計(jì)算具體的土壓力分布情 況，本發(fā)明能夠計(jì)算土壓力沿著擋土墻背分布的詳細(xì)情況，更為準(zhǔn)確、科學(xué)地指導(dǎo)擋土墻的 設(shè)計(jì)和建設(shè)，使擋土墻的設(shè)計(jì)更為安全、經(jīng)濟(jì);對于傳統(tǒng)的擋土墻設(shè)計(jì)，是基于擋土墻后填 土的情況進(jìn)行土壓力計(jì)算進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)，具有一定的被動性，本發(fā)明可以通過計(jì)算比選， 選擇最優(yōu)的填筑方案，使土壓力最小，設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理，具有一定的主動性。
[0013] 本發(fā)明基于填土運(yùn)動相關(guān)聯(lián)流動法則，對填土水平單元層進(jìn)行受力分析，得到兩 層填土路基對擋土墻的土壓力大小及分布，分析兩種類型填土的填筑順序、填筑厚度對土 壓力的影響，克服了庫倫土壓力計(jì)算方法和分層土體土壓力計(jì)算方法的不足。
【附圖說明】
[0014] 圖1為滑動土楔體的范圍示意圖。
[0015] 圖2為路基上層填土水平單元層示意圖。
[0016] 圖3為路基下層填土水平單元層示意圖。
[0017] 圖4為路基填土滑動示意圖。
[0018]圖5為路基填土對擋土墻土壓力的變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020] 以一個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明方法進(jìn)行說明，某一路基擋土墻高5m，擋土墻后路基填土 參數(shù)如表1所示。具體實(shí)施步驟如下。
[0021] 表1填土參數(shù)
[0022]
[0023]假設(shè)擋土墻后兩層路基填土滑動土楔體的范圍，確定填土參數(shù)：需要確定的填土 參數(shù)如表1所示，表1中填土參數(shù)γ i、γ 2、％、K、心、心通過傳統(tǒng)試驗(yàn)方法即可測得，為已知 參數(shù)。如圖1所示，定義上層填土滑裂面和豎直方向夾角為Θ:，下層填土滑裂面和豎直方向 夾角為Θ2;
[0024]取路基上層填土中水平單元層:取上層填土深度ζ出水平單元層，如圖2所示；
[0025]對所取水平單元層進(jìn)行水平向受力、豎直向受力和力矩平衡分析，如圖2所示，水 平土層微元體受到的力包括頂部的垂直壓力q，底部的垂直反力q+dq，土體自重dw，擋土墻 的反力P1，滑裂面下土體的反力Π ，水平土層微元體的自重dw為：
[0026] dw= γ ibidz= γ i[h2tan02+(hi-z)tan9i]dz
[0027] 式中 bi = h2tan02+(hi-z)tan9i。
[0028] 水平土層微元體在各力的作用下處于平衡狀態(tài)，因此符合靜力平衡條件。由水平 方向靜力平衡Σ X = 0可以得到：
[0029]
'1
[0030] 由豎直方向靜力平衡ΣΥ = 〇可以得到：
[0031]
[0032]以水平土層微元體中線與滑裂面交點(diǎn)為力矩中心點(diǎn)，由力矩平衡ΣΜ