水利工程论文-关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷.doc

水利工程论文关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷摘要在水工建筑物的抗震设计过程中，地震主动动土压力计算问题较复杂，在工程实际中计算方法一不。通过总结各种计算方法，提出计算地震主动动土压力的意见。关键词水工建筑物地震动土压力规范１问题的提出当水工建筑物修筑在地震烈度７°（含７°）以上区域时，应进行抗震计算，以保证工程的正常运行。为做好水工建筑物抗震设计，水利部先后两次编制水工建筑物抗震设计规范，即ＳＤＪ－７８（试行）和ＳＬ２０３－９７。在执行规范ＳＬ２０３－９７过程中，发现４．９．１地震主动动土压力计算公式中，对主动动土压力系数Ｃｅ取值的提法值得商榷。２地震主动动土压力计算水工建筑物抗震设计规范ＳＬ２０３－９７中给出的地震主动动土压力代表值计算公式为式中Ｆｅ地震主动动土压力代表值ｑｏ土表面单位长度的荷重Ψ１挡土墙面与垂直面夹角Ψ２土表面和水平面夹角Ｈ土的高度γ土的重度的标准值φ土的内摩擦角θｅ地震系数角δ挡土墙面与土之间的摩擦角ζ计算系数，动力法计算地震作用效应时取１．０，拟静力法计算地震作用效应时一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５并规定，公式中的Ｃｅ应取式（２）中按＋、－号计算结果中的大值３墙后填土为水平面时主动土压力系数应小于１主动土压力按库伦理论计算，墙后填土是砂土，只有内摩擦角φ，没有凝聚力Ｃ（若考虑凝聚力Ｃ的影响，则通过加大内摩擦角的办法，即采用等值内摩擦角φ０将凝聚力Ｃ包括进去），因此主动土压力系数是与土的内摩擦角φ密切相关的。在墙后填土为水平面，砂性土内摩擦角φ为１５°～５０°时，主动土压力系数应小于１。３．１地震主动动土压力系数Ｃｅ计算公式中的明显不合理在ＳＬ２０３－９７中４．９．１条地震主动动土压力公式中，主动土压力系数Ｃｅ值的大小关键在于，规范要求取＋、－号计算结果中的大值。此种提法不妥，因为采用时，Ｃｅ值肯定会大于１。（１）地震主动动土压力与静土压力计算不同，在于水工建筑物遭遇地震时主动动土压力要考虑地震系数角θｅ的影响，θｅ是随着地震烈度的大小而变化，其公式为式中ζ计算系数，一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５αｈ水平向设计地震加速度αｖ竖向设计地震加速度，应取２／３ａｈ现将不同地震列度的θｅ值计算如表１，可供抗震设计时应用。可见，当Ｃｅ取－号时得２．８８９１，数值不确切。在进行抗震设计时，应将库伦公式中的土容重γ，土的内摩擦角φ和墙面与土之间的摩擦角δ，均按地震基本烈度对应的地震系数角θｅ，分别修正为λ／ｃｏｓθｅ，φ－θｅ。（２）取地震烈度７°，土的内摩擦角φ为２２°，１１°，其余Ψ１、Ψ２为零的情况下，分析对Ｃｅ值的影响。不同φ值的Ｃｅ值计算如表２。可见，Ｃｅ在采用时，其结果毫无实用价值。３．２动土压力与静土压力比值分析。地震主动动土压力包括静土压力和动土压力，用两者比值分析地震动土压力系数Ｃｅ采用的正确性。（１）利用公式分析已知地震主动动土压力系数为０．４３１８，而静土压力系数（２）利用ＳＤＪ－７８（试行）中公式核算按公式式中Ｃｅ地震动土压力系数，取４．０Ｃｚ综合影响系数，取１／４ｋＨ水平向地震系数，７°度地震时为０．１φ内摩擦角，２２°Ｅ静土压力动土压力与静土压力比值为４％。（３）利用ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式的编制说明近似估算主动动土压力值和其比值。经过对某工程实例计算后，动土压力与静土压力比值为５％。４计算实例现用某节制闸翼墙桩基整体稳定实例进行分析，地震主动动土压力经采用不同计算方法，其结果见表３。已知条件扶壁式档墙，墙长２０ｍ墙底宽８．０ｍ，墙后填土水平高度７．５ｍ填土等值内摩擦角２２°翼墙墙面与土之间外摩擦角为１１°。墙后水深６．７８由表３可看出ＳＬ２０３－９７与ＧＢ５０２８６－９８地震主动动土压力数值极其相近，但ＳＬ２０３－９７动土压力仅占静土压力的２．８％。其原因在于ＳＬ２０３－９７中４．９．１－１公式含有数值。当墙后填土表面为水平，且墙面无外荷，墙面与垂直面夹角（Ψ或α）为零时，简化计算公式如下虑０．９８３３影响，计算结果为２４８６．５ＫＮ≈２４８７．３ＫＮ（ＧＢ５０２８６－９８），其动土压力与静土压力比值亦为４．６％。另外再分析ＳＬ２０３－９７中４．９．１－１公式，计算系数ζ取０．２５和０．３５对地震主动动土数值的影响，见表５。当ζ为０．３５时，地震角取２．０５°，则Ｃｅ值为０．４３９７，，和当ζ为０．２５时，地震角取１．４６°，则Ｃｅ值为明计算系数区分０．２５和０．３５实际意义不明显。５结语（１）经过分析计算，在采用ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式进行抗震设计时，地震主动动土压力系数Ｃｅ应只取值计算，这和堤防工程设计规范ＧＢ５０２８６－９８、港口工程技术规范（１９８７年）、水运工程建筑物抗震设计ＪＴＪ２０１－８４及水工设计手册第七卷挡土墙部分的规定相一致。（２）在采用ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式时，计算系数不再区分０．２５和０．３５。