擋土墻設計方法的改進

1、<p>　　擋土墻設計方法的改進</p><p>　　【摘要】本文當中，主要是從這么多年以來的工程操作實踐經驗和各種理論的研究為前提，再結合地球引力場的概念，分析了擋土墻工作最為明確的工作方法，并對這些方法進行了一個切實可行的分析。發(fā)現(xiàn)得出在擋土墻當中，擋土墻的底部與接觸巖土體之間的摩擦力是穩(wěn)住擋土墻最關鍵的力量。并提出了相應的操作模式，以及對實際的工程操作例子進行了分析研究。 </p>

2、<p>　　【關鍵詞】擋土墻；工作機理；計算方法 </p><p>　　中圖分類號： S611文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　擋土墻是一種支撐阻擋的架構形式，一般是在土木工程和巖土工程當中使用的比較多。一個工程項目的架構支撐是否牢固，很大程度是取決于擋土墻是否穩(wěn)定，擋土墻的

3、穩(wěn)定是通過科學的計算方法與設計工作共同得到的。計算擋土墻的時候，一般使用的方法是庫侖理論、郎肯理論、瑞典圓弧法等等大約三十余種方法，這些所有的方法沒有哪一個是最好的，也沒有哪一個是最差的，都有各自的特點和優(yōu)勢，難以將這些方法進行排序，但是也沒有哪一種方法可以完美的套用在任何一項工程當中，也就是沒有哪一項理論是萬能的。造成這種形式的出現(xiàn)原因是人們沒有從本質上面了解清楚擋土墻所承受的側壓力到底從何而來。長期的土木工程與巖土工程的建設工作當中

4、，經過人們不斷的總結和分析，發(fā)現(xiàn)擋土墻遭受的側壓力實際上是來自于地心引力。以這個最為依據，本文當中對于擋土墻的新的設計思路提出了相應的策略，也給出了相應的計算辦法。將地心引力場作為基本前提而進行的擋土墻的設計方法，在長期的工程應用當中收到了不俗的成效。 </p><p>　　1.以地心引力作為引力場的擋土墻受力研討 </p><p>　　地心引力制約著地球上的每一項物質，是地球上各種力最基

5、本的受力來源。以地心引力作為引力場的擋土墻的基本受力圖可以參見下圖（圖1）擋土墻的標標準高度設為H1，擋土墻頂端的標準高度設為H3，在和巖土層交接地方的擋土墻的標準高度設為H2.為了把計算的過程簡單處理，不要那么復雜，可以把地球看成一個正圓，這樣子計算的時候考慮的外在因素就可以少一些，計算的過程會顯得更加的簡單。把擋土墻滲透在巖土層的那一部分設為AB，這一部分可以看成是巖土層的一部分，也就是認為擋土墻滲透在巖土層當中的那一段是巖土層本身

6、的一部分，這樣做的目的也是為了簡化計算的過程，在分析側壓力的時候可以不用考慮這個部分。將地球平均半徑設為R，R的值為6371000米，將地球的中心設為O。在受到地心引力的情況下，會對擋土墻產生側壓力的巖土層區(qū)域設為BCWXYB，在本文當中為了方便描述，將其簡稱為測壓區(qū)。本文當中涉及到的所有單位一律為弧度[1]。 </p><p>　　假設在測壓區(qū)當中，有一個質量是dq的微型元素T，微型元素T遭受到的地心引力設為N

7、，也就是說N=dq，那么就可以把N分解成和擋土墻的側邊壓力非水平的一股dN’，以及這個側邊力的垂直切力dN’’，把這個切向力和非水平壓力之間的夾的角度設為d8，，整個測壓區(qū)就可以看成是由很多個像T一樣的微型元素組成的，在測壓區(qū)當中，每一個不一樣的微型元素非水平壓力與切向力之間構成的角度，變化區(qū)間都是在[0，θ]之間。這當中θ的值無限趨近于0，也就是說θ是一個非常小的數值，那么相應的表示這個角度的值也很小[2]。根據以上的分析，可以列出如

8、下的一個式子： </p><p>　　dN’=dq·sin(d8) (1) </p><p>　　在前文當中分析了，因為非水平壓力和切向力之間的角度非常的小，也就是d8非常的小，因此可以將上面的式子進行簡化，得到sin(d8)=d8這樣一個新的關系，那么根據這個關系，可以再列出一個新的式子表示擋土墻的側邊產生的側壓力dN’，如下所示： </p><p>　

9、　dN’=dq·d8(2) </p><p>　　那么進一步進行推算，測壓區(qū)當中每個微型元素對擋土墻的側邊造成的總共的側壓力可以設為Q，式子可以如下列出： </p><p>　　Q= dN’= dq`d8=mθ (3) </p><p>　　在上面這個式子當中，m表示的是測壓區(qū)所有巖土的重量。假如把測壓區(qū)橫段截斷，將橫截面的面積設為S，遭遇側壓力的擋土墻的

10、寬度設為L，測壓區(qū)當中的巖土的體積平均密度可以設為V，那么就可以得到以下的一個式子: </p><p>　　M=SLV （4） </p><p>　　因為地心引力的關系，擋土墻的側邊遭受到的全部的側壓力設為Q，那么又可以設置一個新的式子就是： </p><p>　　Q=SLVθ （5） </p><p>　　在上面這個式子當中，θ=tan-1

11、{BY/(R+HB)} </p><p>　　由此可以再得出一個新的式子，就是地心引力在擋土墻的側邊產生的平均分布的側邊壓力W是: </p><p>　　W=Q/[L(H3-H2)] </p><p>　　=SLVθ/[L(H3-H2)] </p><p>　　=SVθ/(H3-H2) (6) </p><p>　　測

12、壓區(qū)當中橫斷面的面積S，要想得到這個值，只需要通過地形橫斷面的圖形就可以計算得到了，在進行計算過程當中，把測壓區(qū)的地形橫截面的面積的封閉曲線當成是一個轉折點，開始進行相應的計算工作，把計算的特點按照順時針的順序排列，并進行相應的編號，從一開始，一直到n.通過對地形橫截面的坐標進行研究分析，可以獲得測壓區(qū)當中的橫截面的面積S，具體的式子如下圖所示： </p><p><b>　　2.實例分析 </b

13、></p><p>　　在某地的擋土墻的形狀是梯形，橫截面頂端的寬度為0.5米，設這個頂端寬度為a,橫截面的底部的寬度設為b，長度是2.5米，橫截面的高度設為L，數值是0.6米，當中,用于設計的參數是H1，H1=133.092米，H3=139.350米，H2=133.401米，擋土墻的外形結構可以參見圖1.那么將這些數值帶入到上面的式子當中，可以計算出S的值是14439平方米，BY=441.537米。 &l

14、t;/p><p>　　得到了BY的長度，那么就能夠把測壓區(qū)的地心角度θ計算出來，θ=6930273975x10-5弧度，同樣能夠得到測壓區(qū)當中所有巖土的平均密度是V=2285(kN/立方米）。 </p><p>　　根據上文當中的六號式子可以將測壓區(qū)當中平均分布的壓力W計算得出為3844千帕。 </p><p>　　在將相關的數據帶入到五號式子當中，能夠得出地心引力在擋

15、土墻的側邊造成的總共的壓力為1372（kN）。 </p><p>　　擋土墻的高度也能夠通過計算得出為6.258米，擋土墻的整體體積通過計算得出為5.6322立方米，擋土墻的密度均值為26.19（kN/立方米），進一步可以計算得出擋土墻和接觸到的土巖之間最大的摩擦力是0.1。通過這個例子，能夠發(fā)現(xiàn)擋土墻的抗剪強度是0.21MPa，這個數值要比測壓區(qū)的平均分布的壓力要大很多，因此這個擋土墻并不會遭受到剪切力的破壞，

16、穩(wěn)定性能會更好[3]。 </p><p><b>　　3.結語 </b></p><p>　　在本文當中，是把地心引力當做引力場，將擋土墻的設計方式和測壓區(qū)的橫斷面積進行聯(lián)系，在圖1當中，測壓區(qū)當中的每一個點，分布的位置和形狀之間都沒有必然的聯(lián)系，每個點之間發(fā)生了位置的變化，同樣的，測壓區(qū)當中的橫截面也會發(fā)生相應的改變，那么側壓力的分布也會發(fā)生相應的改變了。因為經過了

17、長期的實踐經驗，所以在本文當中的描述都是建立在實際的操作經驗之上的，而且不但在擋土墻上的使用具有非常鮮明的現(xiàn)實性意義，還能夠使用在基坑工程當中，或者是其他各類防滑樁建設工作當中，都能夠有良好的應用操作性能，所以這套方法的實用性還是很強的。 </p><p><b>　　【參考文獻】 </b></p><p>　　[1]:程偉翔；宋衛(wèi)國；石偉南等.檔土設計方法的改進[J