【基坑土压力计算理论研究2000字】

基坑土压力计算理论研究圆形地下连续墙深基坑开挖的过程中土压力作为围护结构承受的主要荷载，其大小和分布是研究圆形地连墙受力和变形的重要先行条件。对此国内外学者做出了大量研究，其中朗肯与库伦根据极限平衡原理提出的土压力理论在计算围护结构土压力时较为常用（赵明华，2003；李广信，2004）。1.1朗肯土压力理论朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土体单元体的极限平衡原理推导出的极限状态下挡土墙上土压力的计算方法。依据挡土墙后土体所处的应力状态与挡土墙的位移情况，土压力分为三种情况。其中当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力，用Ea表示。对于黏性土：σ（2-1）其中：σa为主动土压力强度（kPa）；Ka为朗肯主动土压力系数，Ka=tan245°-黏性土的主动土压力强度包括两个部分：一部分是由自重引起的土压力γzKa，另一部分是由土体粘聚力c引起的负侧压力E（2-2）式中：Ea—黏性土主动土压力，kN/m,当挡土物向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。对于黏性土：σ（2-3）式中：σp为被动土压力强度（kPa）；Kp朗肯被动土压力系数，Kp=tan黏性土被动土压力呈梯形分布，如果取单位墙长度为H，则朗肯被动土压力可以由下式进行计算：E（2-4）被动土压力Ep当挡土结构物静止不动，土体处于弹性平衡状态时，作用在挡土结构物上的土压力称为静止土压力，用E0表示。σ（2-5）其中σ0为静止土压力强度（kPa），k0为静止土压力系数，K0=1−sin由于土压力呈三角形分布,朗肯静止土压力的计算公式为：E（2-6）静止土压力E01.2库伦土压力理论库伦土压力理论是19世纪法国科学家库伦基于墙后土体为理想散粒体，滑动破坏面为通过墙踵的平面同时滑动土楔体为刚塑体的基本假定，应用极限状态下的静力平衡原理，根据力系的平衡条件推导出土主动与被动土压力的计算公式。图2-4库伦主动土压力计算及分布图主动土压力推导如图2-4所示，库伦将滑动土体简化成土楔体ABC，同时假设土体沿着滑动面BC和AB滑动，通过数解法来求解土压力。其中由a图可知假定的滑动平面BC与水平面的夹角为θ与楔体该滑动面法线夹角为，基坑外侧挡土墙与土体侧墙面法线的夹角为δ。由图b所示土楔体ABC的自重为G，挡土墙墙体对楔体的反力为E，滑动面BC对土楔体的反力为R。当墙体向前移动或转动时，墙后土体沿着某一假定的滑动面BC滑动破坏，当处于极限平衡时，应用静力平衡分析，土楔体在三个力会形成一个闭合的矢量三角形，如图c所示。根据正弦定律可推导出：E=（2-7）式中ϕ=90°−α−δ。由图2-4（a）可知，土楔重G为：G=γ·∆ABC=（2-8）运用三角函数转化后可得：G=（2-9）将式2-9带入式2-7可得式2-10：E=（2-10）由上式可知不同的假定滑动面BC，会产生不同的θ，由于假定滑动面是任意的，根据上式会得出不同的土压力值。当土压力E为最大值Emax时，即为墙背主动土压力，对应滑动面为土楔最危险滑动面。可令dE/dθ=0，用微分求极值的方法求得E的极大值时填土的破坏角为θcr，将θcr带入式2-10可得：E=（2-11）K（2-12）式中：Ka——库伦主动土压力系数；H——挡土墙高度，mγ——墙后土体的重度，kN/m3；φ——墙后填土的内摩擦角，（°）；α——墙背倾斜角，（°），仰斜为正，俯斜为负；β——墙后填土面倾斜角，（°）；δ——土对挡土墙背的外摩擦角。图2-5库伦被动土压力计算及分布图被动土压力如图2-5所示，当挡土墙向土体方向移动，滑动土体产生向上移动的趋势，此时AB和BC平面上的反力与库伦主