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水工建筑物压力计算分析论文
１问题的提出
当水工建筑物修筑在地震烈度７°（含７°）以上区域时，应进行抗震计算，以保证工程的正常运行。为做好水工建筑物抗震设计，水利部先后两次编制《水工建筑物抗震设计规范》，即ＳＤＪ－７８（试行）和ＳＬ２０３－９７。
在执行规范ＳＬ２０３－９７过程中，发现４．９．１地震主动动土压力计算公式中，对主动动土压力系数Ｃｅ取值的提法值得商榷。
２地震主动动土压力计算
《水工建筑物抗震设计规范》ＳＬ２０３－９７中给出的地震主动动土压力代表值计算公式为：
式中Ｆｅ——地震主动动土压力代表值
ｑｏ——土表面单位长度的荷重
Ψ１——挡土墙面与垂直面夹角
Ψ２——土表面和水平面夹角
Ｈ——土的高度
γ——土的重度的标准值
φ——土的内摩擦角
θｅ——地震系数角
δ——挡土墙面与土之间的摩擦角
ζ——计算系数，动力法计算地震作用效应时取１．０，拟静力法计算地震作用效应时一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５并规定，公式中的Ｃｅ应取式（２）中按“＋”、“－”号计算结果中的大值
３墙后填土为水平面时主动土压力系数应小于１
主动土压力按库伦理论计算，墙后填土是砂土，只有内摩擦角φ，没有凝聚力Ｃ（若考虑凝聚力Ｃ的影响，则通过加大内摩擦角的办法，即采用“等值内摩擦角φ０”将凝聚力Ｃ包括进去），因此主动土压力系数是与土的内摩擦角φ密切相关的。在墙后填土为水平面，砂性土内摩擦角φ为１５°～５０°时，主动土压力系数应小于１。
３．１地震主动动土压力系数Ｃｅ计算公式中的明显不合理
在ＳＬ２０３－９７中４．９．１条地震主动动土压力公式中，主动土压力系数Ｃｅ值的大小关键在于，规范要求取“＋”、“－”号计算结果中的大值。此种提法不妥，因为采用时，Ｃｅ值肯定会大于１。
（１）地震主动动土压力与静土压力计算不同，在于水工建筑物遭遇地震时主动动土压力要考虑地震系数角θｅ的影响，θｅ是随着地震烈度的大小而变化，其公式为：
式中ζ——计算系数，一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５
αｈ——水平向设计地震加速度
αｖ——竖向设计地震加速度，应取２／３×ａｈ
现将不同地震列度的θｅ值计算如表１，可供抗震设计时应用。
可见，当Ｃｅ取“－”号时得２．８８９１，数值不确切。
在进行抗震设计时，应将库伦公式中的土容重γ，土的内摩擦角φ和墙面与土之间的摩擦角δ，均按地震基本烈度对应的地震系数角θｅ，分别修正为λ／ｃｏｓθｅ，φ－θｅ。
（２）取地震烈度７°，土的内摩擦角φ为２２°，１１°，其余Ψ１、Ψ２为零的情况下，分析对Ｃｅ值的影响。不同φ值的Ｃｅ值计算如表２。
可见，Ｃｅ在采用时，其结果毫无实用价值。
３．２动土压力与静土压力比值分析。
地震主动动土压力包括静土压力和动土压力，用两者比值分析地震动土压力系数Ｃｅ采用的正确性。
（１）利用公式分析
已知地震主动动土压力系数为０．４３１８，而静土压力系数
（２）利用ＳＤＪ－７８（试行）中公式核算