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1、10申请公布号CN104268373A43申请公布日20150107CN104268373A21申请号201410455355X22申请日20140909G06F19/00201101G06F17/50200601G06T17/00200601E02D1/0020060171申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号72发明人王明珉王桂林吴曙光谢强陈建功许明74专利代理机构重庆大学专利中心50201代理人王翔54发明名称一种支护桩的桩间挡土板主动土压力计算方法57摘要本发明公开一种支护桩桩间挡土板主动土压力计算方法。主要操作流程是建立桩间挡土板后侧土体滑塌破坏的三维滑动楔形体模。
2、型，计算出土体三维失稳机构的内部能量耗损率和外荷载功率，根据内部能量耗损率与外荷载功率相等这一极限分析原理，得到桩间挡土板土压力P与三维滑动楔形体模型特征角角的关系，P对于的最大值即为作用在桩间挡土板上的主动土压力合力的大小；本发明可以用于计算支护桩桩间挡土板及桩间挡土墙的主动土压力。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页10申请公布号CN104268373ACN104268373A1/1页21一种支护桩的桩间挡土板主动土压力计算方法，其特征在于,包括以下步骤1建立三维坐标体系土体临空面设置若干垂直于水平面。
3、的支护桩，相邻的两根支护桩A和支护桩B之间设置垂直于水平面的挡土板；建立三维坐标系后，所述土体的顶面为三维坐标的X0Y面，土体临空面为三维坐标的X0Z面；若所述挡土板后面的土体发生滑塌后，将形成一个滑塌面，所述滑塌面被近似地看作一个规则的三维曲面；所述滑塌面上方滑塌掉的土体为滑动体；所述滑动体被近似地看作一个规则的三维立体图形；所述滑塌面与土体顶面的交线为抛物线AE0B，其中，E0为抛物线顶点，A点和B点分别是支护桩A和支护桩B的顶点；三维坐标系的原点O是A点和B点连线的中点，OE0垂直于AB；所述滑塌面底端为GO点，OGO垂直于AB；2获取参数OE0等于桩间挡土板高度为H，AB等于桩间净距W。
4、，土体重度为，土体粘聚力为C，土体内摩擦角为OGO与E0GO的夹角；3桩间挡土板主动土压力PA为根据该式得到P对于的最大值即为作用在桩间挡土板上的主动土压力PA的大小。权利要求书CN104268373A1/5页3一种支护桩的桩间挡土板主动土压力计算方法技术领域0001本发明涉及岩土工程领域。背景技术0002支护桩是边坡工程和基坑工程中常用的一种土体支挡结构。由于支护桩是一种水平方向不连续的挡土结构，当两桩之间的土体存在临空面时，在外荷载及土体自身重力的作用下，桩间土可能发生局部滑塌破坏。为确保两桩之间土体的稳定性，使支挡系统能够长期有效运行，一般需要在两桩之间设置挡土板。0003支护桩桩间挡土。
5、板土压力计算是典型的三维问题，无法采用平面应变假定。目前，桩间挡土板土压力计算主要采用“拟化筒仓法”，该法基于散体力学中的JANSSEN公式，认为当挡土板设于桩前临空侧时，挡土板荷载的计算可通过拟化一个由桩、土拱和桩间支挡组成的筒仓的一个侧壁来计算其所受的静止土压力。该方法假定由桩、土拱和桩间支挡组成的筒仓侧壁不发生位移和变形。0004然而，在支护桩桩间挡土板系统中，为充分发挥土拱效应，使土压力更多地传递到支护桩上，桩间挡土板一般选用刚度较小的薄板或支护桩桩间挡土板之间采用允许发生变形的柔性连接，也可以在桩间挡土板后侧回填砂土从而形成缓冲层。在重力等外荷载作用下，挡土板后侧土体会形成一个滑动楔。
6、形体，并向挡板方向移动。此时作用在挡土板上的土压力并非“拟化筒仓法”得到的静止土压力，而是更接近于主动土压力。“拟化筒仓法”由于采用了与实际情况不同的假设前提，不能够准确地获得数据。发明内容0005本发明的目的是解决挡土板后侧土体形成一个滑动楔形体时，不能够较为准确地计算支护桩桩间挡土板土压力的问题。0006为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种支护桩的桩间挡土板主动土压力计算方法，其特征在于,包括以下步骤00071建立三维坐标体系0008土体临空面设置若干垂直于水平面的支护桩，相邻的两根支护桩A和支护桩B之间设置垂直于水平面的挡土板；建立三维坐标系后，所述土体的顶面为三维坐标的X0Y。
7、面，土体临空面为三维坐标的X0Z面；0009若所述挡土板后面的土体发生滑塌后，将形成一个滑塌面，所述滑塌面被近似地看作一个规则的三维曲面；所述滑塌面上方滑塌掉的土体为滑动体；所述滑动体被近似地看作一个规则的三维立体图形；0010所述滑塌面与土体顶面的交线为抛物线AE0B，其中，E0为抛物线顶点，A点和B点分别是支护桩A和支护桩B的顶点；三维坐标系的原点O是A点和B点连线的中点，OE0垂直于AB；所述滑塌面底端为GO点，OGO垂直于AB；00112获取参数说明书CN104268373A2/5页40012OE0等于桩间挡土板高度为H，AB等于桩间净距W，土体重度为，土体粘聚力为C，土体内摩擦角为O。
8、GO与E0GO的夹角；00133桩间挡土板主动土压力PA为00140015根据该式，求得P对于的最大值PA；即得到作用在桩间挡土板上的主动土压力PA的值。0016值得说明的是，在支护桩桩间挡土板系统中，由于各个构件或构件的连接部分具有弹性，使得挡土板后侧土体会形成一个滑动楔形体，并向挡板方向移动。本发明通过建立模型，并充分考虑上述动态的过程，通过上述步骤即获得作用在支护桩桩间挡土板上的主动土压力。该方法也适用于桩间挡土墙的情况。附图说明0017图1为桩间土体三维滑塌面模型示意图；0018图2为三维滑动失稳机构俯视图及侧视图；0019图3为三维滑动面简化过程。具体实施方式0020下面结合附图和实。
9、施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。0021实施例10022本实施例公开一种支护桩的桩间挡土板主动土压力计算方法，并公开其推导过程。00231建立三维坐标体系，即首先建立符合速度相容条件的支护桩桩间土体滑塌失稳机构。0024土体临空面设置若干垂直于水平面的支护桩，相邻的两根支护桩A和支护桩B之间设置垂直于水平面的挡土板；建立三维坐标系后，所述土体的顶面为三维坐标的X0Y面，土体临空面为三维坐标的X0Z面；0025若所述挡土板后面的土体发。
10、生滑塌后，将形成一个滑塌面，所述滑塌面被近似地看作一个规则的三维曲面；所述滑塌面上方滑塌掉的土体为滑动体；所述滑动体被近似地看作一个规则的三维立体图形；0026所述滑塌面与土体顶面的交线为抛物线AE0B，其中，E0为抛物线顶点，A点和B点分别是支护桩A和支护桩B的顶点；三维坐标系的原点O是A点和B点连线的中点，OE0垂直于AB；所述滑塌面底端为GO点，OGO垂直于AB；0027值得说明的是，建立上述模型的依据可以从实际的工程现场获得。本实施例中，桩间挡土板后侧土体局部失稳的三维滑塌面模型如附图1所示。如附图2所示，该模型中的滑塌面采用母线沿准线平移的方法生成，其中准线定义为滑塌面与土体顶面的交。
11、线，用抛说明书CN104268373A3/5页5物线AE0B表示；母线定义为滑塌面与平行于坐标平面YOZ的竖直面的交线，采用与竖直面XOZ夹角为的直线EIGI表示，这样的直线一共作了N1条，其中I0、1、2N，N为自然数，每一根母线与桩后土体顶面的交点EI都在准线AE0B上。桩间对称截面上母线E0G0的端点G0位于桩间土体临空面即挡土板与土体的界面的下边缘。挡土板与土体的界面、土体顶面和三维滑塌面所围成的几何实体即为桩间挡板后侧滑动楔形体模型所述的滑动体。00282获取参数0029附图2所示模型中，OE0等于桩间挡土板高度为H，AB等于桩间净距W，土体重度为，土体粘聚力为C，土体内摩擦角为OG。
12、O与E0GO的夹角；00303获得桩间挡土板土压力P0031在重力等外荷载作用下，滑动楔形体有向挡土板方向移动的趋势。根据关联流动法则，滑动楔形体的速度V与母线的夹角为忽略挡土板与土体之间的摩擦，则挡土板对滑动楔形体的反作用力P水平作用在楔形体上。0032根据极限分析理论，当滑动机构内部能量耗损率与外荷载功率相等时，机构处于临界稳定状态。0033滑动机构的内部能量耗损率由三维滑塌面上的能量耗损和挡土板滑动楔形体界面上的能量耗损组成。在忽略挡土板与土体之间摩擦的情况下，只需要计算三维滑塌面上的能量耗损率。0034直接计算三维滑塌面上的能量耗损率较为困难，基于微分思想对滑动楔形体进一步处理。以桩间。
13、对称面为界面取滑动楔形体的一半作为研究对象，作一组平行于坐标面YOZ的等间距竖直面将其分为N个薄片，每一薄片的宽度为W/2N。各竖直面与准线AE0B相交于E0,E1,EN。过E0,E1,EN作与XOZ竖直面夹角为的斜面，从而形成以直角折线来近似准线的空间滑动折面图3。0035进行上述近似处理之后，滑塌面上的能量耗损率D转变为计算阶梯面平行于母线的部分的能量耗损率DI和阶梯面竖直部分的能量耗损率。0036结合附图2与附图3所示模型，设准线方程为0037YAX2B10038式中，A与B为常数。由于A，B两点坐标已知，OE0的长度为HTAN，0039因此A与B可由待定系数法求得BHTAN。0040进。
14、一步得到以下几何关系004100420043OE0HTAN4说明书CN104268373A4/5页6004400450046计算空间滑动折面倾斜部分的能量耗损率时，各点处的速度方向与滑动面方向夹角均为满足关联流动法则。因此，其能量耗损率可以由该面的面积与黏聚力C以及与切向速度的连乘积计算。每个倾斜滑动条面的能量耗损率为00470048计算空间滑动折面竖直部分的能量耗损率时，由于刚体速度V平行于坐标平面YOZ，速度V与滑面的夹角为0，不满足库仑材料对窄过渡层的要求，因此将其看作TRESCA材料窄过渡层。根据TRESCA材料窄过渡层计算竖直窄条滑动面的能量耗散率之和为00490050由以上推导可得。
15、，对于图2所示的平移失稳机构，沿滑动面的总能量耗损率D为00510052由前述计算模型可得，滑动楔形体每一薄片重力做功的功率WGI等于速度的垂直分量与薄片土体重量的乘积，00530054滑动楔形体重力做功的功率WG为00550056桩间挡土板对楔形体的反作用力做功的功率为00570058使内部能量耗损率与外荷载功率相等，则005900600061将式26所示几何关系代入13式可得0062说明书CN104268373A5/5页70063当N趋向于无穷大时006400650066将式15、16代入式14得00670068在几何参数和物理参数已知的情况下，式17反映了角与桩间挡土板土压力P的关系。P的最大值对应的角为最不稳定的滑动楔形体。此时P的最大值即为桩间挡土板主动土压力合力，将其记为PA。说明书CN104268373A1/3页8图1说明书附图CN104268373A2/3页9图2说明书附图CN104268373A3/3页10图3说明书附图CN104268373A10。