一種減小兩層填土路基作用在擋土墻上土壓力的方法
【技術領域】
[0001] 本發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
技術領域，適用于道路建設過程中兩層填土路基對擋土墻土壓力的計算。
【背景技術】
[0002] 填土對擋土墻土壓力的計算一直是工程界和學術界非常關心的問題。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際工程中應用最為廣泛的方法。 對于朗肯土壓力理論，假設擋土墻背光滑，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用。目前多個規范均采用庫侖土壓力理論或 修正的庫侖土壓力理論計算剛性擋土墻的土壓力大小及合力作用點，并作為擋土墻設計的 基礎。庫侖土壓力理論假定填土處于極限狀態時，填土中會產生滑動面，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。但大量室內試驗和現場觀 測數據表明，擋土墻上的土壓力呈非線性分布，其合力大小和作用點與采用庫侖理論計算 的結果有較大的差異。在道路建設過程中，往往會遇到使用不同材料分層填筑路基的情形， 此時，路基填土對擋土墻土壓力的計算不同于均質填土的情況。對于墻后填土為多層的情 況，目前實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算法，該方法存在忽略墻土相互作用、各層滑裂面相互獨立產生等 假設。因此，研究一種能夠準確計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，對科學合理地 指導擋土墻的設計，具有重要的現實意義。
【發明內容】
[0003] 技術問題:本發明提供一種使擋土墻的設計更為安全、經濟、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] 技術方案：本發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，其他參數所 代表的意義如下表所示：
[0008]
[0009] 2)從所述步驟1)計算得到的結構中選擇土壓力最小的上層填土厚度，并以此為填 筑方案進行路基填筑。
[00?0]進一步的，本發明方法中，所述步驟1)中，不同上層填土厚度的變換規律為:0cm， 10cm,20cm,......，h_10cm，h cm，其中h為擋土墻高度。
[0011] 有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點：
[0012] 對于兩層填土路基，使用本發明的方法，可以準確地計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，同時避免了目 前用于計算分層填土的等效法誤差大和分層計算法忽略墻土相互作用的弊端。使用本發明 方法，變換兩種填土的填筑順序和填筑厚度，分別計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，進而選擇土壓力最小的填筑方案，按照 所選方案進行路基填筑，使填土對擋土墻的土壓力最小，也使設計的擋土墻安全、經濟、合 理，具有重要的現實意義。傳統的庫倫土壓力理論假設土壓力沿著擋土墻背為直線分別，但 是實測的土壓力并非直線分布，本發明計算的土壓力為非線性分布，能夠更好的跟實際情 況吻合;傳統的庫倫土壓力理論只能夠計算土壓力合力值，不能計算具體的土壓力分布情 況，本發明能夠計算土壓力沿著擋土墻背分布的詳細情況，更為準確、科學地指導擋土墻的 設計和建設，使擋土墻的設計更為安全、經濟;對于傳統的擋土墻設計，是基于擋土墻后填 土的情況進行土壓力計算進行擋土墻設計，具有一定的被動性，本發明可以通過計算比選， 選擇最優的填筑方案，使土壓力最小，設計更為經濟合理，具有一定的主動性。
[0013] 本發明基于填土運動相關聯流動法則，對填土水平單元層進行受力分析，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算方法和分層土體土壓力計算方法的不足。
【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。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步的說明。
[0020] 以一個實施例對本發明方法進行說明，某一路基擋土墻高5m，擋土墻后路基填土 參數如表1所示。具體實施步驟如下。
[0021] 表1填土參數
[0022]
[0023]假設擋土墻后兩層路基填土滑動土楔體的范圍，確定填土參數：需要確定的填土 參數如表1所示，表1中填土參數γ i、γ 2、％、K、心、心通過傳統試驗方法即可測得，為已知 參數。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，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為力矩中心點，由力矩平衡ΣΜ