一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法技术

本发明专利技术提供了一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法包括如下步骤：获取边坡工程的挡土墙的高度，获取挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向荷载函数关系，获取边坡土体重度，获取边坡土体粘聚力，获取边坡土体内摩擦角；将所述挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷与竖直面成角度投影到墙背；计算得到所述挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷在挡土墙墙背投影位置处产生的主动土压力；计算得到主动土压力和主动土压力合力，由计算所得主动土压力及其合力对挡土墙进行尺寸设计或稳定性验算。只需获取坡顶任意竖向荷载与荷载到墙背顶点距离间的函数关系，即可计算坡顶任意竖向荷载下挡土墙主动土压力及其合力，计算原理清晰简洁，便于工程人员使用。便于工程人员使用。

【技术实现步骤摘要】
一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法


[0001]本专利技术涉及岩土设计施工领域，具体涉及一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法。

技术介绍

[0002]挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，尤其作为常见支护体系广泛应用于边坡工程。
[0003]挡土墙墙后边坡坡顶竖向荷载对挡土墙主动土压力有着显著影响，但目前缺少挡土墙的任意竖向载荷计算方法，会导致在实际施工过程中的边坡工程因为缺少设计校核而可能存在安全隐患。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，通过计算挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷土压力便可以判断施工安全。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，包括如下步骤：
[0006]步骤001，获取边坡工程的挡土墙的高度，获取挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向荷载函数关系，获取边坡土体重度，获取边坡土体粘聚力，获取边坡土体内摩擦角；
[0007]步骤002，将挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷与竖直面成角度投影到墙背；
[0008]步骤003，计算得到挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷在挡土墙墙背投影位置处产生的主动土压力；
[0009]步骤004，计算得到主动土压力和主动土压力合力，由计算所得主动土压力及其主动土压力合力对挡土墙进行尺寸设计或稳定性验算。
[0010]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中步骤004包括：
[0011]距离挡土墙墙后边坡坡顶z处所述主动土压力e
az
计算式如下：
[0012][0013]其中，γ为所述边坡土体重度；c为所述边坡土体粘聚力；为所述边坡土体内摩擦角；K
a
为主动土压力系数，并且H为所述挡土墙高度；f为挡土墙墙后边坡坡顶竖向载荷p与该载荷p到墙背顶点距离x间的函数关系，即：p＝f(x)，z∈[0，H]；所述主动土压力合力E
a
计算公式如下：
[0014][0015]同时当公式(1)计算得到的距离挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
＜0时，取e
az
＝0。
[0016]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中当挡土墙墙后边坡为半无限斜面时，则获取所述半无限斜面与水平面的夹角；则有p与x间的函数关系f如下式：
[0017][0018]其中，α为所述半无限斜面与水平面的夹角；于是，根据式(1)得距离挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
如下式：
[0019][0020]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中令公式(4)中的e
az
＝0，当距离挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
＝0时，此时对应z的取值为z0，z0计算公式如下式：
[0021][0022]便可以得出：当z∈[0，z0]，e
az
≤0；当z∈[z0，H]，e
az
≥0。
[0023]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中根据公式(2)，将公式(4)中e
az
≥0的部分进行定积分可得：
[0024][0025]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中当挡土墙墙后边坡为先斜面后水平面时，则获取所述斜面与水平面的夹角，以及斜面与水平面的分界面到挡土墙墙背的距离；则有p与x间的函数关系f为分段函数如下式：
[0026][0027]其中，β为所述斜面与水平面的夹角，x
f
为斜面与水平面的分界面到挡土墙墙背的距离；于是，根据式(1)得距离挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
如下式：
[0028][0029]其中，
[0030]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中令公式(8)中的e
az
＝0，由于式(8)为分段函数，z0可能处于[0，z
f
]区间，z0也可能处于[z
f
，H]区间，则z0计算公式分以下两种情况：
[0031][0032][0033]便可以得出：
[0034]当z∈[0，z0]，e
az
≤0；
[0035]当z∈[
z0
，H]，e
az
≥0。
[0036]进一步地，上述边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法中根据公式(2)，将公式(9)中e
az
≥0的部分进行定积分可得如下两种情况：
[0037]当z0∈[0，z
f
]时，E
a
计算公式如下：
[0038][0039]当z0∈[z
f
，H]时，E
a
计算公式如下：
[0040][0041]通过将挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向荷载以与竖直面成一特定角度投影到墙背，以此得到挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向荷载在挡土墙墙背投影位置处产生的主动土压力，进而求得主动土压力及其主动土压力合力，继而便可以判断施工过程是否安全，是否存在安全隐患。
附图说明
[0042]图1是根据本专利技术实施方式流程的示意图；
[0043]图2是根据本专利技术实施方式挡土墙墙后边坡坡顶为半无限斜面时的土压力分布示意图；
[0044]图3是根据本专利技术实施方式挡土墙墙后边坡坡顶为先斜面后平面时的土压力分布示意图。
具体实施方式
[0045]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0046]下面对本专利技术所示实施例的计算原理进行说明。
[0047]先将挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷与竖直面成一特定角度投影到墙背，在本实施例中，其中投影的角度为：其中是边坡土体内摩擦角，以此得到挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷在挡土墙墙背投影位置处产生的主动土压力，进而求得主动土压力及其主动土压力合力，接着再根据计算所得主动土压力及其主动土压力合力对挡土墙进行尺寸设计或稳定性验算。
[0048]在距离挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
计算式如下：
[0049][0050]其中，γ为边坡土体重度，c为边坡土体粘聚力，为边坡土体内摩擦角，K
a
为主动土压力系数，并且H为挡土墙高度，f为挡土墙墙后边坡坡顶竖向载荷p与该载荷p到墙背顶点距离x间的函数关系，即：p＝f(x)，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤001，获取边坡工程的挡土墙的高度，获取挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向荷载函数关系，获取边坡土体重度，获取边坡土体粘聚力，获取边坡土体内摩擦角；步骤002，将所述挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷与竖直面成角度投影到墙背；步骤003，计算得到所述挡土墙墙后边坡坡顶任意竖向载荷在挡土墙墙背投影位置处产生的主动土压力；步骤004，计算得到所述主动土压力和主动土压力合力，由计算所得所述主动土压力及其所述主动土压力合力对挡土墙进行尺寸设计或稳定性验算。2.由权利要求1所述的一种边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，其特征在于，步骤004包括：距离所述挡土墙墙后边坡坡顶z处所述主动土压力e
az
计算式如下：其中，γ为所述边坡土体重度；c为所述边坡土体粘聚力；为所述边坡土体内摩擦角；K
a
为主动土压力系数，并且H为所述挡土墙高度；f为所述挡土墙墙后边坡坡顶竖向载荷p与该载荷p到墙背顶点距离x间的函数关系,即：p＝f(x)，所述主动土压力合力E
a
计算公式如下：E
a
＝∫
0H
e
az
dz
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)同时当公式(1)计算得到的距离所述挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
＜0时，取e
az
＝0。3.根据权利要求2所述的边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，其特征在于：当挡土墙墙后边坡为半无限斜面时，则获取所述半无限斜面与水平面的夹角；则有p与x间的函数关系f如下式：其中，α为所述半无限斜面与水平面的夹角；于是，根据式(1)得距离所述挡土墙墙后边坡坡顶z处主动土压力e
az
如下式：4.根据权利要求3所述的边坡工程挡土墙边坡坡顶任意竖向荷载土压力计算方法，其特征在于：令公式(4)中的e
az

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志平，付君宜，姚亮，刘欢，孙洪，许飞洲，张晋，杨关文，雷鑫，
申请(专利权)人：贵州正建兴业工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：