一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法技术

本发明专利技术属于岩土工程和地质工程技术领域，具体地涉及一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法。本发明专利技术通过获取待预测黄土的抗剪强度、法向应力、黏聚力强度、内摩擦角、抗拉强度及黄土重度的参数值；建立联合强度包线、建立抗剪强度

【技术实现步骤摘要】
一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法


[0001]本专利技术属于岩土工程和地质工程
，具体地涉及一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法。

技术介绍

[0002]近几年我国经济蓬勃发展，西北地区大量存在傍山公路、高边坡等岩土工程结构和地质边坡，这就使得工程中需对结构物的抗裂能力提出更高要求，在预先估算测算裂缝产生的原因及工程处理中，土体抗拉强度的测试必不可少。
[0003]纵观我国西部地区，到处耸立着陡峭的黄土边坡，通过一定力学机制分析可知，仅靠抗剪强度作用，黄土边坡无法支持其坡体的稳定，因此不可忽视黄土独特的抗拉特性在其中发挥的重要作用；同时，在实际工况中往往遇到更为复杂多变的情形，在许多黄土区挡土墙工程中，实际工程中发现大量挡土墙墙后填土(黄土)表面常具有一定倾角，挡土墙墙后填土表面倾角必然会对挡土墙的受力特性产生重大的影响，这就需要对墙后填土土体表面具有倾角时土压力进行更为精确的预测测算分析。
[0004]在黄土区预测测算挡土墙土压力时，由于黄土的抗拉强度相对较高，在综合考虑黄土抗剪特性和抗拉特性建立起来的联合强度理论也已逐渐成熟、开始应用于工程技术中，因而，基于联合强度理论公式，探讨墙后填土表面存在倾角时黄土主动土压力预测测算方法具有重要的工程意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法，目的在于提供一种能够适用于黄土边坡以及挡土墙工程设计的挡土墙及墙后填土压力的预测方法，为黄土边坡以及挡墙工程的稳定性设计提供支持。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法，包括如下步骤，
[0008]步骤一：获取待预测黄土的抗剪强度、法向应力、黏聚力强度、内摩擦角、抗拉强度及黄土重度的参数值；
[0009]步骤二：建立联合强度包线；
[0010]步骤三：建立抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系，求取应力莫尔圆方程；
[0011]步骤四：根据步骤三求取的应力莫尔圆方程，求取黄土主动土压力的预测值；
[0012]步骤五：将步骤四得到的黄土主动土压力的预测值应用于黄土边坡以及挡土墙工程的设计。
[0013]所述的步骤二中联合强度包线的方程为
[0014][0015]式中测试参数为：τ为抗剪强度；σ为法向应力；c为黏聚力强度；为内摩擦角；σ
t
为抗拉强度。
[0016]所述的步骤三建立抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系，求取莫尔圆方程的方法如下：
[0017]在抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系即σ
‑
τ直角坐标系中，若墙后填土土体处于主动极限平衡状态时，则土体中的任意一点应力状态对应的应力莫尔圆与联合强度包线相切；经坐标原点O在正交轴上画出与σ轴偏角角度大小均是i的两条射线OA和OC；射线OA与应力莫尔圆相交有两点，且将远离原点O的交点定义为A点；射线OC与应力莫尔圆相交于B、C两点，且将远离原点O的交点定义为C点，此时线段OA代表主动极限状态中较大的应力p
A
，而OB线段则代表平行于地表方向的应力，即作用于挡土墙墙背竖直面上的土压力p
B
，p
B
即为所预测的以联合强度理论作为推导前提下墙后填土土体斜面倾角为i时的主动土压力p
a
预测测算值；
[0018]假定M为应力莫尔圆相切于联合强度包线的切点，N点为应力莫尔圆在σ轴上的圆心，线段MF与σ轴正交垂直，设垂足为F；
[0019]由于点M在联合强度包线上，假设点M的横坐标为σ
M
，通过步骤二中的联合强度包线的方程可得到点M的纵坐标，即得到M的坐标为通过对联合强度包线求导可得点M处的切线斜率k
t
为：
[0020][0021]于是得到法线MN的方程表达式：
[0022][0023]由于法线MN与横坐标(τ＝0)相交于点N，则将式(3)与τ＝0联立可得应力莫尔圆圆心N的横坐标：
[0024][0025]则应力莫尔圆圆心N的坐标为
[0026]在三角形ΔMFN中，切点M的纵坐标即可用线段MF的大小进行表示，即|MF|＝τ
M
，|FN|＝k
t
τ
M
，则为应力莫尔圆半径的大小，则应力莫尔圆方程可表示为：
[0027][0028]所述的抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系即σ
‑
τ直角坐标系中的坐标原点选取在应力零点，并使纵轴及横轴的应力均为零。
[0029]所述的步骤四中根据应力莫尔圆方程，求取黄土主动土压力的预测值的具体方法如下：
[0030]因为直线BC的方程为τ＝σtani，应力莫尔圆与此直线交为B、C两点，于是联立应力莫尔圆方程与直线BC的方程，可求得：
[0031][0032]由于B点横坐标即为σ
B
，C点横坐标与A点横坐标相等，均可表示为σ
A
，据此求解方程(6)，则可分别求得σ
A
与σ
B
的值，即：
[0033][0034][0035]于是根据p
A
、p
B
分别与σ
A
、σ
B
的几何关系，又可得：
[0036][0037][0038]又因为p
A
、p
B
表达式中均含σ
M
，于是由p
A
表达式(9)可反解σ
M
，得：
[0039][0040]由p
B
表达式(10)可反解σ
M
，得：
[0041][0042]为了方便且简化公式的表达，设：
[0043][0044]则以上两式(11)、(12)可简化表示为：
[0045][0046][0047]由(14)与(15)两式相等，即：
[0048][0049]于是根据上式可求解得到：
[0050][0051]若墙后填土土体斜面倾角的大小用i表达时，在墙后填土土体达到主动极限平衡状态的情况时，其中较大应力为施加在平行于倾斜地表即墙后填土表面上的应力，即p
A
＝γhcosi，较小应力是施加在挡土墙墙背铅垂面上的应力，其方向平行于地表，因此p
B
＝p
a
，则由式(16)得墙后填土土体斜面倾角大小为i时的主动土压力预测测算公式为：
[0052][0053]其中：p
a
表示墙后填土土体斜面倾角大小为i时的主动土压力预测测算值，γ表示墙后土体的重度，h表示墙后土体深度，i表示墙后填土土体斜面倾角。
[0054]有益效果：
[0055]本专利技术在基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一：获取待预测黄土的抗剪强度、法向应力、黏聚力强度、内摩擦角、抗拉强度及黄土重度的参数值；步骤二：建立联合强度包线；步骤三：建立抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系，求取应力莫尔圆方程；步骤四：根据步骤三求取的应力莫尔圆方程，求取黄土主动土压力的预测值；步骤五：将步骤四得到的黄土主动土压力的预测值应用于黄土边坡以及挡土墙工程的设计。2.如权利要求1所述的一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法，其特征在于：所述的步骤二中联合强度包线的方程为式中测试参数为：τ为抗剪强度；σ为法向应力；c为黏聚力强度；为内摩擦角；σ
t
为抗拉强度。3.如权利要求1所述的一种墙后填土地表倾斜时黄土主动土压力的预测测算方法，其特征在于，所述的步骤三建立抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系，求取莫尔圆方程的方法如下：在抗剪强度
‑
法向应力直角坐标系即σ
‑
τ直角坐标系中，若墙后填土土体处于主动极限平衡状态时，则土体中的任意一点应力状态对应的应力莫尔圆与联合强度包线相切；经坐标原点O在正交轴上画出与σ轴偏角角度大小均是i的两条射线OA和OC；射线OA与应力莫尔圆相交有两点，且将远离原点O的交点定义为A点；射线OC与应力莫尔圆相交于B、C两点，且将远离原点O的交点定义为C点，此时线段OA代表主动极限状态中较大的应力p
A
，而OB线段则代表平行于地表方向的应力，即作用于挡土墙墙背竖直面上的土压力p
B
，p
B
即为所预测的以联合强度理论作为推导前提下墙后填土土体斜面倾角为i时的主动土压力p
a
预测测算值；假定M为应力莫尔圆相切于联合强度包线的切点，N点为应力莫尔圆在σ轴上的圆心，线段MF与σ轴正交垂直，设垂足为F；由于点M在联合强度包线上，假设点M的横坐标为σ
M
，通过步骤二中的联合强度包线的方程可得到点M的纵坐标，即得到M的坐标为通过对联合强度包线求导可得点M处的切线斜率k
t
为：于是得到法线MN的方程表达式：
由于法线MN与横坐标(τ＝0)相交于点N，则将式(3)与τ＝0联立可得应力莫尔圆圆心N的横坐标：则应力莫尔圆圆心N的坐标为在三角形ΔMFN中，切点M的纵坐标即可用线段MF的大小进行表示，即|MF...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊义，吴军，杨鹏，纪鹏，郭玉华，杨绥院，张曦，曾发荣，杨星月，王峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：