第一破裂面计算公式.docx
第一破裂面计算公式1.库仑土压力公式介绍破裂角概念来自于库仑土压力计算公式,这里需要对库仑土压力公式计算做一个简单介绍。图1库仑土压力理论基本假设：（1）平面滑动面假设。当墙移动，使墙后填土达到破坏时，填土两个平面同时滑动。一个是沿墙背AB,一个是沿土体内某一滑动面BC,BC与水平面成角。这个角就是破裂角，BC面也称第一破裂面。（2）刚体滑动假设。（3）楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗剪强度已充分发挥,即滑动面上的剪应力T均已达抗剪强度f°（部分文献还验算第二破裂面上的下滑力，抗滑力，这个意思是一样）受力分析：假设滑动土楔自重为W,下滑时受到墙面给予的支撑力E（其反力就是土压力），和滑动面外土体支撑力R,则（1）根据楔体整体处于极限平衡状态的条件，可得知E、R的方向。反力R的方向与BC面的法线成夹角（土的内摩擦角）；反力E的方向则应与墙背AB面的法线成夹角。只是当土体处于主动状态时，为阻止楔体下滑，R、E在法线的下方；被动状态时，为阻止楔体被挤而向上滑动，R、E在法线的上方。（2）根据楔体应满足静力平衡力三角形闭合的条件，可知E、R的大小。（3）求极值，找出真正滑动面，从而得出作用在墙背上的总主动土压力Ea和被动土压力Epo图2库仑主动土压力计算图利用正弦定理：E_WSiI1（。一（P）sin11800（8召+欧）E_WSin（G-W）sin（一3+玖）2 .坦墙土压力计算2.1. 坦墙概念当。中时，滑面依然可以沿墙背滑动。但当o=时，就可能出现两种情况。一是墙背较陡，公式依然成立。二是墙背较缓，墙后土体破坏时可能不再沿墙背AB滑动，而是沿图3的BC和BD面滑动，两个面均发生在土中。这种情况，BCD仍处于极限平衡状态，而ABC未达极限平衡，它将贴附于墙背AB上与墙一起移动，故而可以视为墙体的一部分。显然，对于坦墙，库仑公式不能用来直接求出作用在墙背AB面上的土压力，但却可用其求出作用于第二滑动面BC上的土压力ET。要注意的是，由于滑动面BC也存在于土中，是土与土之间的摩擦，Ea，与BC面法线的夹角不是。而应是°这样，最终作用于墙背AB面上的主动土压力Ea就是E1与三角形土体ABC重力的合力。第二破裂面出现的条件是墙背倾角大于临界倾斜角cro研究表明，acr=f(,)o可以证明，当。=巾时，acr可以用下式表示：aer=45。_工十八加3222SinS若填土面水平，B=O，则y1roC452以上推论是来自于库仑土压力理论。2.2. 坦墙土压力计算方法对于填土面为平面的坦墙，朗肯与库仑两种土压力理论均可应用。下面对B=。，。=4）为例，进行说明。图4坦墙的土压力计算（1） 按库仑理论计算：墙后滑动土楔将以过墙铺C点的竖直面CD面为对称面下滑，两个滑动面BC和Bt与CD夹角都应是45。-。，从而两个滑动面位置均已知，根据库仑理论可以求出作用在BC面上的土压力大小和方向，再与AABC的重力W（竖向）进行向量求和即为作用在AC上的土压力。图5主动朗肯状态的变形条件已满足（2）按朗肯理论计算由于滑动楔体BCB，以垂直面CD为对称面，故CD面可以视为无剪应力的光面，符合朗肯的竖直光滑墙背条件。当填土面水平的时候，可按朗肯公式求作用在CD面上的朗肯主动土压力。最后与三角形ABC的士压力求矢量和。2.3. GE05中的计算理论Determinabonofearth-pressurewedge>ncaseofJeVeearthpressurea1hnbyang1%gtvnby:£CoS(。-)sn(0-cos(a+6)+B.cos(-a-)sin-)sin(-kos(<z+6)-8sin(-a-)MM-MStns_8cosi)+6)cos(+6)+BjB_2.coscos(-Icos夕.泮一防-力巴侬竽32yh根据几何关系，可以用Va表示第二破裂角和Vas,然后求解出来第二破裂面。在DIN4085中可以找到类似公式的推导过程。3 .计算异同3.1. GEO5与公式相同之处GEO5中没法直接读取破裂角的大小，故用标注功能，标注破裂角的投影宽，和实际长度，求解正弦值。与李广信土压力学中的公式进行对比。y1co.1.SinScr=45-Z-arcsn-c2sn(I)墙踵足够长，第二破裂面交于坡面图6GE05中第二破裂面示意图表1土力学中的公式与GEO5算的结果对比()BC)公式(sina)GEO5(sina)底投影实际长300300.50.499567111.555.77301024.8390.4200695970.42007104811.264.73302018.41990.3159787660.30966638211.693.62303000013.460两者的结果在精度允许范围内是一样的。说明：（1）继续加长墙踵宽度，破裂面依然交在坡面，第二破裂角不变。（2）当坡角B=巾时，公式破裂角是0,即破裂角垂直于墙锤。而此时，GEO5的破裂面也是垂直于墙锤。两者理论是等效的。（3）当改变GEO5中的岩土材料的粘聚力，第二破裂角不变。GEO5中的假设也是无粘性士假设，不会换算综合内摩擦角，只是用输入的内摩擦角按无粘性土计算。（4）改变岩土材料中的。，第二破裂面依然不变。这与土力学中假定。=巾是一致的。从GEO5中的计算书中可以看到I：动上IE力结构后评端站果厚度C1gdQ()1(,1kPa(kN3dUh.注理I10.0()25.000.0020.00MojxJ0.51521.000.00IO.0.0020.000.217无论。输入多少，这个值依然和相等。这个假设和土力学中的假设一样。3.2. GEO5与土力学公式不同之处3.2.1, 假想墙背的起点不同图71型挡墙计算土力学书里的公式是从墙锤B点引直线BE交墙顶于D,BD为假想墙背。判断夹角是否大于临界角。这里是简化的，BE段是简化过的。GE05是从E点开始引直线，这点有所不同。土力学书中是为了简化计算，多用于注岩考试时计算：在公路设计手册路基第二版和铁路工程设计手册中的假想墙背与GE05中一致。图8GE05中土压力计算原理GE05中从E处将士压力计算分为两块。处用第二破裂角的假想墙背，处用真实墙背。用力式打上墙分析验算编号I行动土修力姑构Ju详细结聚焙展厚度WQ&注胃C)IkPaJ(kN>)CJI10.0025.0022.00-bo40.000.0020.0010.(X)0.51540.000.0020.00112.00|0.203这时，墙背就是挡墙墙踵，岩土材料与结构的摩擦角也用输入的值进行计算。当墙踵较厚的情况下，与土力学中计算的结果会有不同。3.2.2, 假想墙背的终点不同土力学公式假设终点是在墙顶，不会出现第二破裂面交到墙背上。GE05没有这个限制。对于没有墙踵的挡墙，两者是一致的。对于有墙踵的情况，两者计算方式不同。图9第二破裂面交于墙背吸力式挡上墙分析教算一号1主动上低力站构后详细结果、区域使用真实墙背进行计算，处使用虚拟墙背进行计算。红线是假想墙背，黄线是公式计算的第二破裂面的平移。很明显，这种情况假想墙背夹角不大于临界夹角，不会出现第二破裂面。不考虑第二破裂面的影响。实际情况中是可以出现这种第二破裂面的，G2分析中可以证明有这种破坏。图11G2分析挡墙时出现的局部第二破裂面4 .结论：(1)两者第二破裂角的计算完全一致。(2)墙踵处土压力计算不同，土力学书中的假设适用于墙踵较薄的情况，对于墙踵较厚的情况，其假设是不合适的。GE05在处理墙踵时，与公路和铁路路基手册中一致，较为合理。(3)第二破裂面交到墙背上时的计算不同。土力学书中不考虑这种情况，用数值分析软件可以很容易发现这种情况的存在。GE05的计算更符合实际情况，也更细致。使用的理论的假设、公式前提都一样。不同的是GE05对公式进行了延伸，能计算更复杂的情况。
