水土合算与水土分算.doc

.页眉. 页脚.. 1 水土分算的概念与原理 基本概念水土分算原则, 即分别计算土压力和水压力, 两者之和即为总的侧压力。这一原则适用于土体孔隙中存在自由的重力水的情况, 或土的渗透性较好的情况, 一般适用于砂土、粉土和粉质粘土。 侧压力计算原理 土压力计算侧向土压力通常按朗金主动土压力和被动土压力计算, 计算时地下水位以下的土的重度采用浮重度。朗金理论的基本假定为:①挡土墙背竖直, 墙面光滑, 不计墙面和土层之间的摩擦力; ②挡土墙后填土的表面为水平面, 土体向下和水平方向都能伸展到无穷, 即为半无限空间; ③挡土墙后填土处于极限平衡状态。在弹性均质的半空间体中, 离开地表面深度为 Z 处的任意一点的竖向应力和水平应力分别为: σ z=γ Z(1) σ x =K 0γ Z(2) 在朗金主动土压力状态下, 最大主应力为σ 1=γ Z, 最小主应力为σ 3 =Pa, Pa= γ Ztg2(45 °-φ/2)-2ctg(45 °-φ/2) (3) 在朗金被动土压力状态下, 最大主应力为被动土压力σ 1=Pp, 最小主应力为竖向压力σ 3= γZ ,Pp= γ Ztg2(45 °+φ/2)+2ctg(45 °+φ/2)(4) 引入主动土压力系数 Ka 和被动土压力系数 Kp, 并令: Ka=tg2(45 °-φ/2) (5) Kp=tg2(45 °+φ/2) (6) 将式(5) 、式(6) 分别代入式(3) 、式(4) 得: Pa= γ ZKa-2c Ka(7) Pp= γ ZKp+2c Kp(8) 用朗金或库仑理论进行土压力计算时, 通常要用到土的物性参数: 重度γ、内摩擦角φ和粘聚力c 。而各层土的物性参数是不一样的, 在工程应用中一般有两种处理方法。(1) 直接取用各层土物性参数的方法当地层由多层土组成时, 可分别采用各层土的物性参数, 分别计算得到各层土的主动土压力强度和被动土压力强度。由于通常各土层是不同的, 因此土压力强度图形沿挡土墙深度方向是不连续的; 在土压力计算过程中要比单一土层情况复杂些, 但计算结果比较符合工程实际。目前基坑支护结构土压力计算多采用专用程序计算, 土层的数量几乎不会对计算速度产生影响。因此, 该方法在工程实际中得到广泛采用。(2) 取土层物性参数加权平均的方法该方法一般在地下结构的初步设计阶段, 希望采用简单的计算方法来初步确定基坑的支护方案, 不需要对土压力进行精确计算。为简化计算, 将土层简化成单一均质土层的情况, 通常采用土层厚度进行加权平均, 算出等效的地层物性参数。 土层中水压力的计算地下水位稳定的地下结构物的侧向水压力可按静水压力确定, 水压力强度根据帕斯卡定理计算:p w =h wγ w (9) 式中 p w ———侧向静水压力的强度值;h w ———水头高度, 即地下水位到计算点的垂直距离; γ w ———水的重度。.页眉. 页脚.. 在基坑内外存在水头差的情况下, 按照是否考虑地下水渗流的影响, 侧向水压力分布存在三种形式, 如图 1 所示。(1) 不考虑地下水渗流影响的水压力分布图式图 1a中, 当基坑位于渗透性很小的粘土层中, 尽管基坑内外存在很大的地下水位差, 但不考虑地下水渗流的影响, 于是基坑内、外侧均按静水压力考虑( 如图 1 中虚线所示的三角形)。