挡土墙朗肯土压力计算原理几何阐释

Question

如题所述

Answer 1

挡土墙在工程中的应用广泛，其核心任务是承受墙后土体、地下水、地面建筑物及其他形式的荷载所引发的侧向压力，即土压力。本章节将深入讨论土压力的计算原理，包括土压力的分类、计算方法以及挡土墙在土压力作用下的破坏形式。

土压力可以分为三种类型：静止土压力、主动土压力和被动土压力。静止土压力适用于挡土墙和墙后土体处于相对静止状态，计算相对简单。主动土压力和被动土压力的计算则更为复杂，需要根据挡土墙的位移情况与墙后土体的应力状态判断。

在朗肯土压力理论中，主动土压力的计算方法是基于挡土墙远离墙后土体移动时，墙后土体发生张拉变形的原理。计算公式为：主动土压力系数=静止土压力系数×tan(φ)，其中φ代表土的摩擦角。主动土压力沿墙高呈三角形分布，单位长度挡土墙上作用的主动土压力大小为：主动土压力系数×填土面到墙底的距离。对于砂土，主动土压力呈三角型分布；对于粘性土，主动土压力由土自重引起的土压力和黏聚力引起的负侧压力两部分组成。

被动土压力的计算方法是基于挡土墙在外力作用下向右挤压土体，竖向应力保持不变，水平方向应力逐渐增大并最终转化为大主应力的原理。被动土压力系数=静止土压力系数×tan(φ)，被动土压力计算公式为：被动土压力系数×填土面到墙底的距离。

在应用朗肯土压力理论时，判断滑裂面与水平面之间的夹角的关键在于判断竖直方向应力和水平方向应力两者孰为大主应力，孰为小主应力。通过判断水平应力和竖直应力之间的大小关系，即可采用莫尔-库伦准则计算主动土压力和被动土压力。

在考虑不同荷载形式时，朗肯土压力理论需综合考虑挡土墙后方土体的表面荷载、局部荷载、分层填土以及地下水等因素。对于挡土墙后方土体存在的地下水，应采用有效重度计算静止土压力系数。

实际应用中，库伦土压力理论作为一种改进的理论，考虑到墙体与土体之间的摩擦力对土压力的影响，更适用于砂土或碎石填料的挡土墙设计。库伦土压力理论假定墙后土体处于极限平衡状态时为滑动楔形体，并根据楔形体的精力平衡条件计算土压力。

总的来说，朗肯土压力理论和库伦土压力理论是土压力计算中的两种重要理论，它们各自适用于不同的土质和挡土墙设计条件，对于工程实践具有重要意义。