[拼音]：tuyali

[外文]：earth pressure

土壓力理論主要研究擋土結(jié)構(gòu)（擋土墻、橋臺(tái)、碼頭板樁墻、基坑護(hù)壁墻等）所受土體側(cè)壓力的大小和分布規(guī)律。在土與結(jié)構(gòu)的相互作用下，擋土結(jié)構(gòu)所受側(cè)壓力的總值，隨著結(jié)構(gòu)與土相對(duì)位移的方向和位移量而變化，側(cè)壓力的分布圖形則隨著結(jié)構(gòu)的柔性變形和施工程序的不同而變化。因此，土壓力必須針對(duì)各種擋土結(jié)構(gòu)的不同特性而采用不同的計(jì)算方法（見(jiàn)路基擋土結(jié)構(gòu)）。

經(jīng)典的土壓力解析方法遠(yuǎn)自 C.-A.de庫(kù)侖于1776年和W.J.M.蘭金于1857年開(kāi)始，基于以剛塑性模型為前提的極限平衡理論，至今仍廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以后，隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，對(duì)土壓力進(jìn)行的分析探討逐漸采用非線性模型和彈塑性模型，并考慮土與結(jié)構(gòu)的共同作用，但至今仍處于研究階段。

靜止、主動(dòng)和被動(dòng)土壓力

天然土層中的豎直壓應(yīng)力等于其上覆地層的有效壓應(yīng)力σ_v＝γz，式中 σ_v為任何一點(diǎn)的豎直壓應(yīng)力；γ為容重；z為該點(diǎn)距地面的深度。土層內(nèi)部在未受任何干擾時(shí)的水平壓應(yīng)力稱為靜止土壓力σ₀。靜止土壓力與豎直壓應(yīng)力的比值稱為靜止土壓力系數(shù)K₀＝σ₀/σ_v。正常固結(jié)土層的K₀小于1，在砂土層中K₀≈0.4，在粘土中 K₀介于0.4至0.8之間，在正常壓密土層中可以用K₀＝1－sinφ′(φ′為土的有效內(nèi)摩擦角)作為經(jīng)驗(yàn)估算式。但在超固結(jié)土層和用機(jī)械壓實(shí)的填土層中，靜止土壓力系數(shù)可能大于1，甚至達(dá)到2以上，須另作具體的試驗(yàn)研究。

如果土層表面為水平的，擋土結(jié)構(gòu)的背面垂直光滑并向離開(kāi)土體的方向移動(dòng)，則土與結(jié)構(gòu)之間的側(cè)壓力逐漸減小。當(dāng)側(cè)壓力減至極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體開(kāi)始剪裂，此時(shí)的側(cè)壓力為最小值，稱為主動(dòng)土壓力σ_a。與此相反，如果擋土結(jié)構(gòu)向土體推擠，則土與結(jié)構(gòu)之間的側(cè)壓力逐漸增大。當(dāng)側(cè)壓力增至極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體亦開(kāi)始剪裂，此時(shí)的側(cè)壓力為最大值，稱為被動(dòng)土壓力σ_p。

對(duì)于土中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，其主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力和極限平衡條件的公式如下：

主動(dòng)土壓力

　　　(1)

被動(dòng)土壓力

　　　(2)

極限平衡條件

　　　(3)

式中σ₁、σ₃分別為最大和最小主應(yīng)力；с、φ 分別為土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。公式(1)和(2)稱為蘭金應(yīng)力狀態(tài)的土應(yīng)力。

剛性擋土墻的土壓力

用庫(kù)侖土壓理論計(jì)算。若墻背AB在土壓力作用下向左方移動(dòng)，則墻后產(chǎn)生滑動(dòng)土楔體ABC，此時(shí)墻背受主動(dòng)土壓力E_A的作用，如圖1a。

如果墻背向右推動(dòng)，從而?骨膠笸撂宀?生被動(dòng)土壓裂面，這個(gè)推力稱被動(dòng)土壓力E_P，如圖1b。實(shí)際裂面是曲線形狀的，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算起見(jiàn)，庫(kù)侖假設(shè)滑裂面BC為直線，從而推導(dǎo)求得剛性擋土墻的土壓力計(jì)算公式如下：

　　　　　 (4)

　　　　　 (5)

(6)

(7)

式中E_a、E_p分別為主動(dòng)和被動(dòng)的總土壓力；K_a和 K_p分別為主動(dòng)和被動(dòng)土壓力系數(shù)；H為墻高；α為墻背AB的傾斜角；β為填土頂面坡角；δ為墻背摩擦角，填料為砂土。庫(kù)侖理論假定土壓力的分布圖式為三角形，其合力作用點(diǎn)在墻背三分之一高度處。

柔性擋土墻的土壓力

碼頭板樁墻（圖2）下端插入天然土層，上端用拉桿和錨定板維持平衡。這種擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下的位移量一般相當(dāng)于其高度的百分之一左右，它所受土壓力的總值與庫(kù)侖土壓理論的計(jì)算值相近似，但壓力的分布圖形不是三角形。板樁在側(cè)壓力的作用下，本身產(chǎn)生很大的柔性變形。土體中由于相鄰部位的不同變形而產(chǎn)生拱作用，因而使錨桿附近和板樁底部的主動(dòng)土壓力增大，板樁中部的主動(dòng)土壓力減小，在板樁前方靠近港池底面處的被動(dòng)土壓力增大。

施工中的基坑護(hù)壁墻，要求盡量防止坑壁變形和地面沉降。因此，施工時(shí)先將板樁打入地下（或灌注地下連續(xù)墻），然后從地面逐層開(kāi)挖基坑，每挖一層便及時(shí)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿。這種結(jié)構(gòu)的土壓力受施工方法的影響，一般均大于庫(kù)侖主動(dòng)土壓力，也不是三角形分布。K.泰爾扎吉（一譯太沙基）和R.B.佩克在他們所著的《實(shí)用土力學(xué)》（1967年再版）中，曾提出計(jì)算基坑土壓力的經(jīng)驗(yàn)圖式可供參考。這種護(hù)壁土壓力合力的作用點(diǎn)，一般約在墻背二分之一高度處。

影響土壓力的各種因素

雖然庫(kù)侖和蘭金土壓力理論已被廣泛應(yīng)用許多年，但實(shí)際土壓力還受許多其他因素的影響。由于擋土墻在設(shè)計(jì)時(shí)均采用較大的安全系數(shù)，理想的極限狀態(tài)實(shí)際不會(huì)發(fā)生。擋土墻施工過(guò)程中的填土夯實(shí)以及完工后填土繼續(xù)沉降和水分變化的影響，均可能增大側(cè)壓力。車輛震動(dòng)、溫度和濕度對(duì)土壓力的影響在某些情況下頗為復(fù)雜，當(dāng)墻背填料為粘性土?xí)r，強(qiáng)度指標(biāo)不易精確測(cè)定；蠕變作用對(duì)土壓力也可能有所影響；這些都正在進(jìn)行研究。

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標(biāo)簽：土壓力

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文章名稱：《土壓力》

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