深基坑、高边坡工程之二

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1、8 接触压力的分布与哪些因素有关？接触压力的分布与哪些因素有关？ 人们在对挡土墙的土压力进行了实测以后， 就会发现实测的土压人们在对挡土墙的土压力进行了实测以后， 就会发现实测的土压 力分布与理论的分布往往存在比较大的差异。 在一些规范中， 也假定力分布与理论的分布往往存在比较大的差异。 在一些规范中， 也假定 了不同的分布。 这究竟是什么原因？对于经典土压力理论， 人们产生了不同的分布。 这究竟是什么原因？对于经典土压力理论， 人们产生 了较多的困惑，了较多的困惑， 8.1 为什么基坑底面以下的主动土压力可以有不同的分布形式？为什么基坑底面以下的主动土压力可以有不同的分布形式？ 条件： 悬臂

2、支护结构， 场地全部为砂土， 重度都相同， 无地下水。条件： 悬臂支护结构， 场地全部为砂土， 重度都相同， 无地下水。 为什么基坑底面以下的主动土压力可以有不同的分布形式？为什么基坑底面以下的主动土压力可以有不同的分布形式？ 图图 A 为为 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002 附录附录 T 中的中的 计算简图，计算简图， 土压力的不同分布土压力的不同分布 问题：问题： 图图 A 是由图是由图 B 得来的还有由图得来的还有由图 C 得来的？得来的？ 根据建筑基坑支护规范根据建筑基坑支护规范JGJ120-99 第第 3.4 节图节图 3.4.1 规定，规定， 应该按

3、图应该按图 B 计算。计算。 根据 建筑边坡工程技术规范根据 建筑边坡工程技术规范 GB50330-2002 附录附录 F.0.4 规定，规定， 应该按图应该按图 C 计算。计算。 实际遇到这个问题，应该按那个计算简图进行计算？实际遇到这个问题，应该按那个计算简图进行计算？ 各位帮帮各位帮帮 忙，想了好久忙，想了好久 都没想明白。都没想明白。 答复：答复： 根据根据图图 B 或或图图 C 对基坑底面以下土压力分布的假定，主动土压对基坑底面以下土压力分布的假定，主动土压 力和被动土压力的代数和力和被动土压力的代数和都可以得到都可以得到如如图图 A 所示的那种分布所示的那种分布，仅是，仅是 得到的

4、图形上的得到的图形上的土压力分布土压力分布线的斜率线的斜率会有所会有所不同而已不同而已。 在讨论到土压力问题时， 人们就会提到经典的库仑理论和朗肯理在讨论到土压力问题时， 人们就会提到经典的库仑理论和朗肯理 论。由于建设规模的发展，也由于量测技术和计算技术的进步，近代论。由于建设规模的发展，也由于量测技术和计算技术的进步，近代 对于土压力的性质和土压力的分布与变化规律的认识远远超过了朗对于土压力的性质和土压力的分布与变化规律的认识远远超过了朗 肯和库仑的年代， 因此在许多文献中， 人们不断地发现实测的结果与肯和库仑的年代， 因此在许多文献中， 人们不断地发现实测的结果与 理论不符， 也经常听到

5、对经典土压力理论的批评。 但是经典的土压力理论不符， 也经常听到对经典土压力理论的批评。 但是经典的土压力 理论依然是实用计算公式的基本形式， 许多关于土压力计算的讨论常理论依然是实用计算公式的基本形式， 许多关于土压力计算的讨论常 常是环绕着如何修正经典公式来开展的， 经典公式的局限性是明显的，常是环绕着如何修正经典公式来开展的， 经典公式的局限性是明显的， 但至今尚没有看到超越他们的新的理论公式问世。但至今尚没有看到超越他们的新的理论公式问世。 实测数据偏离于计算结果的重要原因是围护结构变形的影实测数据偏离于计算结果的重要原因是围护结构变形的影响。 经响。 经 典土压力理论没有考虑挡墙本身

6、的变形，即将挡墙作为完全刚性的，典土压力理论没有考虑挡墙本身的变形，即将挡墙作为完全刚性的， 只考虑挡墙的平移或转动等刚性位移。 但在实际的基坑工程中， 排桩只考虑挡墙的平移或转动等刚性位移。 但在实际的基坑工程中， 排桩 式和地下连续墙等板式的围护结构都是柔性的， 都会产生比较大的变式和地下连续墙等板式的围护结构都是柔性的， 都会产生比较大的变 形，而且在支撑和锚杆的约束下，围护结构的变形曲线非常复杂，目形，而且在支撑和锚杆的约束下，围护结构的变形曲线非常复杂，目 前也没有解析的方法可以计算柔性挡墙与土体之间的接触压力。 工程前也没有解析的方法可以计算柔性挡墙与土体之间的接触压力。 工程 实

7、测资料表明由于围护结构可能产生一定程度的变形， 因而实际的土实测资料表明由于围护结构可能产生一定程度的变形， 因而实际的土 压力分布也与经典理论的解答会有一定的距离。 因此不同的规范从不压力分布也与经典理论的解答会有一定的距离。 因此不同的规范从不 同的角度考虑，采用不同的分布假定是允许的。同的角度考虑，采用不同的分布假定是允许的。但但问题是图问题是图 B 和和 C 的假定不同， 各本规范按其经验的假定不同， 各本规范按其经验都有其不同的考虑， 规范中此类差别都有其不同的考虑， 规范中此类差别 是比比皆是，但是比比皆是，但如果如果与众不同而与众不同而又又不作说明，令人不知就里，总是不不作说明，

8、令人不知就里，总是不 好的好的。 这些都是经验规则，供设计者参考，按图这些都是经验规则，供设计者参考，按图 B 应该是偏于安全的应该是偏于安全的 假定；看假定；看建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99 p76 第第 3.4.1 条文说条文说 明中讲：明中讲： “基坑外侧水平荷载应由地区经验确定基坑外侧水平荷载应由地区经验确定”， 可见这本规范也将， 可见这本规范也将 地方经验放在第一位。地方经验放在第一位。 从机理上说， 土压力是土和结构物界面上的接触压力， 它的大小从机理上说， 土压力是土和结构物界面上的接触压力， 它的大小 和分布取决于结构物的变形特征和界面特征。 当

9、围护结构顶部绕墙身和分布取决于结构物的变形特征和界面特征。 当围护结构顶部绕墙身 中某一点向基坑方向转动的时候， 墙后各点位移的方向和大小并不完中某一点向基坑方向转动的时候， 墙后各点位移的方向和大小并不完 全一样， 墙的顶部后方土体中主动状态容易得到充分的发挥； 墙底部全一样， 墙的顶部后方土体中主动状态容易得到充分的发挥； 墙底部 的移动方向指向土体， 因此后方的土体是处在被动抗力逐步发挥的过的移动方向指向土体， 因此后方的土体是处在被动抗力逐步发挥的过 程中，位置越接近底部，被动抗力发挥得越充分，在接近转动点的地程中，位置越接近底部，被动抗力发挥得越充分，在接近转动点的地 方， 由于位移

10、非常小， 土侧向压力比较接近于静止土压力。 由此可见，方， 由于位移非常小， 土侧向压力比较接近于静止土压力。 由此可见， 只要墙有转动， 且转动中心在墙身的某个部位， 则墙后土压力是非常只要墙有转动， 且转动中心在墙身的某个部位， 则墙后土压力是非常 复杂的，尤其是对于柔性围护结构，墙复杂的，尤其是对于柔性围护结构，墙身各点的变形更为复杂。根据身各点的变形更为复杂。根据 对这一物理现象认识的不同，得到各种不同的土压力计算简化图式，对这一物理现象认识的不同，得到各种不同的土压力计算简化图式， 在引用各种经验假定时， 要仔细地研究实际工程的情况， 判断各种简在引用各种经验假定时， 要仔细地研究实

11、际工程的情况， 判断各种简 化图式的适用性。 古典的土压力理论是在某些简化假定的条件下导出化图式的适用性。 古典的土压力理论是在某些简化假定的条件下导出 的， 计算结果与实际量测数据之间存在差异是十分正常的， 并不能说的， 计算结果与实际量测数据之间存在差异是十分正常的， 并不能说 明经典理论的不正确， 而是我们对理论的基本假定不十分了解， 或者明经典理论的不正确， 而是我们对理论的基本假定不十分了解， 或者 是使用得并不完全恰当。 经典的土压力理论并不能解决我们所面临的是使用得并不完全恰当。 经典的土压力理论并不能解决我们所面临的 所有技术问题，它只给出了某些特定条件下的结果。所有技术问题，

12、它只给出了某些特定条件下的结果。 土压力的分布与围护结构的刚度有关，图土压力的分布与围护结构的刚度有关，图 C 的分布是按土压力的分布是按土压力 理论计算的结果，土压力是理论计算的结果，土压力是在挡土结构为刚性结构的假定下得到的，在挡土结构为刚性结构的假定下得到的， 如果不是假定为刚性结构，就得不到土压力的计算公式。当然，实际如果不是假定为刚性结构，就得不到土压力的计算公式。当然，实际 的围护结构不可能是完全刚性的，但也不是完全柔性的。的围护结构不可能是完全刚性的，但也不是完全柔性的。 图图 6.1.3-1 是模型试验的结果， 不同宽高比的试验墙体的实测数据是模型试验的结果， 不同宽高比的试验

13、墙体的实测数据 反映了挡墙的不同刚度对土压力分布的影响。宽高比反映了挡墙的不同刚度对土压力分布的影响。宽高比 b/H 越小，表越小，表 示墙体的刚度越小，因此，示墙体的刚度越小，因此，b/H1 的试验曲线偏离库仑理论解（呈直的试验曲线偏离库仑理论解（呈直 线分布） 越远。 这个模型试验的结果验证了挡墙的刚度对土压力分布线分布） 越远。 这个模型试验的结果验证了挡墙的刚度对土压力分布 的重要影响。的重要影响。 图图 6.1.3-1 挡墙的刚度（不同宽高比）对土压力分布的影响挡墙的刚度（不同宽高比）对土压力分布的影响 在考察了试验数据的基础上，进一步讨论一些理论分析的结果。在考察了试验数据的基础上

14、，进一步讨论一些理论分析的结果。 杜勃洛娃提出的压力重分布的方法，杜勃洛娃提出的压力重分布的方法， 假定高度为假定高度为 H 的刚性墙绕其中的刚性墙绕其中 点点 O 转动，土压力分布如图转动，土压力分布如图 6.1.3-2 所示，则在所示，则在 O 点以上部分土体点以上部分土体 处于被动状态，以下部分处于主动状态；极限被动状态位于顶部，虚处于被动状态，以下部分处于主动状态；极限被动状态位于顶部，虚 拟破裂面上的合力与法线的夹角为拟破裂面上的合力与法线的夹角为 ；极限主动状态位于底部，虚；极限主动状态位于底部，虚 拟破裂面上的合力与法线的夹角为拟破裂面上的合力与法线的夹角为 ； 则通过； 则通过

15、O点的虚拟破裂面上，点的虚拟破裂面上， 合力垂直于破裂面， 假定在任意深度处虚拟破裂面上合力与法线的夹合力垂直于破裂面， 假定在任意深度处虚拟破裂面上合力与法线的夹 角角 可由下式计算：可由下式计算：45 = H z2 （6.1.3-1） 土压力随深度的变化可由下式表示：土压力随深度的变化可由下式表示： ( ) () p z z z d dz = + cos . sincos cos 112 2 （6.1.3-2） 根据这一表达式，可以求得不同性质位移时的土压力分布，在图根据这一表达式，可以求得不同性质位移时的土压力分布，在图 6.1.3-2 中， 给出了墙身绕墙顶和墙底转动时，中， 给出了墙

16、身绕墙顶和墙底转动时， 角以及土压力的分布。角以及土压力的分布。 墙高为墙高为 1.8m，填土的内摩擦角，填土的内摩擦角.30 。图。图 6.1.3-2（a）为墙身绕墙顶转）为墙身绕墙顶转 动，此时动，此时 角为正值，随深度线性增大，土压力呈抛物线变化；而图角为正值，随深度线性增大，土压力呈抛物线变化；而图 6.1.3-2（d）为墙身绕墙底转动，）为墙身绕墙底转动， 角为负值，也随深度线性增大，角为负值，也随深度线性增大， 但土压力随深度增大，呈下凹曲线。从图但土压力随深度增大，呈下凹曲线。从图 6.1.3-2 可以看出，这种可以看出，这种 理论计算的结果虽然是在简化假定的基础上求得的， 但和上述试验的理论计算的结果虽然是在简化假定的基础上求得的， 但和上述试验的 结果却非常吻合， 至少可以说明刚性墙的土压力分布的不同图形是由结果却非常吻合， 至少可以说明刚性墙的土压力分布的不同图形是由 于墙的位移性质所决定的。于墙