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垂直墙背挡土墙土压力分布研究
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【水利免费小论文】摘要：在填土水平且无粘性条件下，分析垂直墙背挡土墙的主、被动土压力分布。通过研究极限状态土体内主应力拱的应力，得到挡土墙的土压力系数。取滑动土楔内水平薄层土体单元进行分析，推求挡土墙土压力的分布及合力的计算公式，并用试验结果验证。研究表明，本文所得土压力合力与库仑解相等，但土压力分布并非直线，主动土压力的合力作用点高度大于三分之一墙高，而被动土压力的合力作用点高度小于三分之一墙高。
关键词：挡土墙 土压力 主应力拱
(1.太原理工大学 建筑与环境工程学院，山西 太原 030024； 2.山西省水利厅，山西 太原 030002)
在经典土压力理论中，认为土压力呈线性分布，而工程实测结果和模型试验表明，土压力是曲线分布[1,2]。本文引用主应力拱的概念，利用水平层分析法，对垂直墙背挡土墙后填土水平且无粘性条件下的土压力分布进行研。
1 主应力拱及侧向土压力系数
1.1 挡土墙模型 为分析方便，取如图1所示的挡土墙模型，假定：①ab、cd是二刚性平行墙背，相距B，墙面粗糙；②两墙之间填土水平且无粘性；③在外力作用下，两墙产生相向(背)运动，土体达到被(主)动极限状态。
1.2 大主应力拱应力和理论被动土压力系数 在挡土墙模型中，因问题的对称性，两墙中点E的大主应力σ1为水平，而靠近边墙的A、C点，因边壁摩擦影响，大主应力发生偏斜并与墙面形成θ=45°+φ/2的夹角[3],这就使两墙之间的大主应力迹线成为一条对称的下凸曲线，称为大主应力拱，如图2所示，其中φ为土体的内摩擦角。大主应力拱上E点和A、C点的应力状态可用莫尔应力圆表示。
根据图1，由A点微分单元水平力及垂直力的平衡条件可得
(1)
(2)
将式(1)两端同除以小主应力σ3，并认为土体处于朗金被动状态，即σ1/σ3等于朗金被动土压力系数Kp，式(1)变为
(3)
由图2可知：σh=σ1+σ
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