擋土墻設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)

1、<p>　　擋土墻設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)</p><p>　　【摘要】本文當(dāng)中，主要是從這么多年以來的工程操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和各種理論的研究為前提，再結(jié)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(duì)這些方法進(jìn)行了一個(gè)切實(shí)可行的分析。發(fā)現(xiàn)得出在擋土墻當(dāng)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(guān)鍵的力量。并提出了相應(yīng)的操作模式，以及對(duì)實(shí)際的工程操作例子進(jìn)行了分析研究。 </p>

2、<p>　　【關(guān)鍵詞】擋土墻；工作機(jī)理；計(jì)算方法 </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　擋土墻是一種支撐阻擋的架構(gòu)形式，一般是在土木工程和巖土工程當(dāng)中使用的比較多。一個(gè)工程項(xiàng)目的架構(gòu)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(xué)的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)工作共同得到的。計(jì)算擋土墻的時(shí)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(gè)是最好的，也沒有哪一個(gè)是最差的，都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，難以將這些方法進(jìn)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(xiàng)工程當(dāng)中，也就是沒有哪一項(xiàng)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(zhì)上面了解清楚擋土墻所承受的側(cè)壓力到底從何而來。長期的土木工程與巖土工程的建設(shè)工作當(dāng)中

4、，經(jīng)過人們不斷的總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)擋土墻遭受的側(cè)壓力實(shí)際上是來自于地心引力。以這個(gè)最為依據(jù)，本文當(dāng)中對(duì)于擋土墻的新的設(shè)計(jì)思路提出了相應(yīng)的策略，也給出了相應(yīng)的計(jì)算辦法。將地心引力場作為基本前提而進(jìn)行的擋土墻的設(shè)計(jì)方法，在長期的工程應(yīng)用當(dāng)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(xiàng)物質(zhì)，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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)高度設(shè)為H1，擋土墻頂端的標(biāo)準(zhǔn)高度設(shè)為H3，在和巖土層交接地方的擋土墻的標(biāo)準(zhǔn)高度設(shè)為H2.為了把計(jì)算的過程簡單處理，不要那么復(fù)雜，可以把地球看成一個(gè)正圓，這樣子計(jì)算的時(shí)候考慮的外在因素就可以少一些，計(jì)算的過程會(huì)顯得更加的簡單。把擋土墻滲透在巖土層的那一部分設(shè)為AB，這一部分可以看成是巖土層的一部分，也就是認(rèn)為擋土墻滲透在巖土層當(dāng)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(jì)算的過程，在分析側(cè)壓力的時(shí)候可以不用考慮這個(gè)部分。將地球平均半徑設(shè)為R，R的值為6371000米，將地球的中心設(shè)為O。在受到地心引力的情況下，會(huì)對(duì)擋土墻產(chǎn)生側(cè)壓力的巖土層區(qū)域設(shè)為BCWXYB，在本文當(dāng)中為了方便描述，將其簡稱為測(cè)壓區(qū)。本文當(dāng)中涉及到的所有單位一律為弧度[1]。 </p><p>　　假設(shè)在測(cè)壓區(qū)當(dāng)中，有一個(gè)質(zhì)量是dq的微型元素T，微型元素T遭受到的地心引力設(shè)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(cè)邊壓力非水平的一股dN’，以及這個(gè)側(cè)邊力的垂直切力dN’’，把這個(gè)切向力和非水平壓力之間的夾的角度設(shè)為d8，，整個(gè)測(cè)壓區(qū)就可以看成是由很多個(gè)像T一樣的微型元素組成的，在測(cè)壓區(qū)當(dāng)中，每一個(gè)不一樣的微型元素非水平壓力與切向力之間構(gòu)成的角度，變化區(qū)間都是在[0，θ]之間。這當(dāng)中θ的值無限趨近于0，也就是說θ是一個(gè)非常小的數(shù)值，那么相應(yīng)的表示這個(gè)角度的值也很小[2]。根據(jù)以上的分析，可以列出如

8、下的一個(gè)式子： </p><p>　　dN’=dq·sin(d8) (1) </p><p>　　在前文當(dāng)中分析了，因?yàn)榉撬綁毫颓邢蛄χg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(jìn)行簡化，得到sin(d8)=d8這樣一個(gè)新的關(guān)系，那么根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以再列出一個(gè)新的式子表示擋土墻的側(cè)邊產(chǎn)生的側(cè)壓力dN’，如下所示： </p><p>　

9、　dN’=dq·d8(2) </p><p>　　那么進(jìn)一步進(jìn)行推算，測(cè)壓區(qū)當(dāng)中每個(gè)微型元素對(duì)擋土墻的側(cè)邊造成的總共的側(cè)壓力可以設(shè)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(gè)式子當(dāng)中，m表示的是測(cè)壓區(qū)所有巖土的重量。假如把測(cè)壓區(qū)橫段截?cái)?，將橫截面的面積設(shè)為S，遭遇側(cè)壓力的擋土墻的

10、寬度設(shè)為L，測(cè)壓區(qū)當(dāng)中的巖土的體積平均密度可以設(shè)為V，那么就可以得到以下的一個(gè)式子: </p><p>　　M=SLV （4） </p><p>　　因?yàn)榈匦囊Φ年P(guān)系，擋土墻的側(cè)邊遭受到的全部的側(cè)壓力設(shè)為Q，那么又可以設(shè)置一個(gè)新的式子就是： </p><p>　　Q=SLVθ （5） </p><p>　　在上面這個(gè)式子當(dāng)中，θ=tan-1

11、{BY/(R+HB)} </p><p>　　由此可以再得出一個(gè)新的式子，就是地心引力在擋土墻的側(cè)邊產(chǎn)生的平均分布的側(cè)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(cè)

12、壓區(qū)當(dāng)中橫斷面的面積S，要想得到這個(gè)值，只需要通過地形橫斷面的圖形就可以計(jì)算得到了，在進(jìn)行計(jì)算過程當(dāng)中，把測(cè)壓區(qū)的地形橫截面的面積的封閉曲線當(dāng)成是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，開始進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算工作，把計(jì)算的特點(diǎn)按照順時(shí)針的順序排列，并進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)，從一開始，一直到n.通過對(duì)地形橫截面的坐標(biāo)進(jìn)行研究分析，可以獲得測(cè)壓區(qū)當(dāng)中的橫截面的面積S，具體的式子如下圖所示： </p><p><b>　　2.實(shí)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(shè)這個(gè)頂端寬度為a,橫截面的底部的寬度設(shè)為b，長度是2.5米，橫截面的高度設(shè)為L，數(shù)值是0.6米，當(dāng)中,用于設(shè)計(jì)的參數(shù)是H1，H1=133.092米，H3=139.350米，H2=133.401米，擋土墻的外形結(jié)構(gòu)可以參見圖1.那么將這些數(shù)值帶入到上面的式子當(dāng)中，可以計(jì)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(cè)壓區(qū)的地心角度θ計(jì)算出來，θ=6930273975x10-5弧度，同樣能夠得到測(cè)壓區(qū)當(dāng)中所有巖土的平均密度是V=2285(kN/立方米）。 </p><p>　　根據(jù)上文當(dāng)中的六號(hào)式子可以將測(cè)壓區(qū)當(dāng)中平均分布的壓力W計(jì)算得出為3844千帕。 </p><p>　　在將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入到五號(hào)式子當(dāng)中，能夠得出地心引力在擋

15、土墻的側(cè)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(jì)算得出為6.258米，擋土墻的整體體積通過計(jì)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(jìn)一步可以計(jì)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(gè)例子，能夠發(fā)現(xiàn)擋土墻的抗剪強(qiáng)度是0.21MPa，這個(gè)數(shù)值要比測(cè)壓區(qū)的平均分布的壓力要大很多，因此這個(gè)擋土墻并不會(huì)遭受到剪切力的破壞，

16、穩(wěn)定性能會(huì)更好[3]。 </p><p><b>　　3.結(jié)語 </b></p><p>　　在本文當(dāng)中，是把地心引力當(dāng)做引力場，將擋土墻的設(shè)計(jì)方式和測(cè)壓區(qū)的橫斷面積進(jìn)行聯(lián)系，在圖1當(dāng)中，測(cè)壓區(qū)當(dāng)中的每一個(gè)點(diǎn)，分布的位置和形狀之間都沒有必然的聯(lián)系，每個(gè)點(diǎn)之間發(fā)生了位置的變化，同樣的，測(cè)壓區(qū)當(dāng)中的橫截面也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，那么側(cè)壓力的分布也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變了。因?yàn)榻?jīng)過了

17、長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以在本文當(dāng)中的描述都是建立在實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)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(shí)性意義，還能夠使用在基坑工程當(dāng)中，或者是其他各類防滑樁建設(shè)工作當(dāng)中，都能夠有良好的應(yīng)用操作性能，所以這套方法的實(shí)用性還是很強(qiáng)的。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b></p><p>　　[1]:程偉翔；宋衛(wèi)國；石偉南等.檔土設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)[J