豎向土壓力重要性

在地鐵設計中，豎向土壓力是主要的設計荷載之一，豎向土壓力的設計值與其他各荷載的設計值進行不同的內力組合，以此來計算結構的內力，進行地鐵結構的設計。所以，豎向土壓力的取值會對地鐵結構的設計產生直接的影響。而土的強度指標則是其中重要的計算參數，對土壓力的計算存在程度不同的影響。 2100433B

豎向土壓力是作用于土中地下結構的頂蓋上的土壓力。通常由地層自重產生，方向垂直向下。地層非常松軟，地下結構埋置較淺時，可認為等于全部覆土的自重；地層整體性較好，地下結構埋置較深時，則僅相鄰覆土的自重起作用。前者屬于淺埋地下結構，后者則為深埋地下結構。工程設計中，后者常由淺埋深埋界限區(qū)分。

一、朗肯與庫倫土壓力理論均屬于極限狀態(tài)土壓力理論。用這兩種理論計算出的土壓力都是墻后土體處于極限平衡狀態(tài)下的主動與被動土壓力。

二、兩種分析方法上存在的較大差別，主要表現在研究的出發(fā)點和途徑的不同。朗肯理論是從研究土中一點的極限平衡應力狀態(tài)出發(fā)，首先求出的是作用在土中豎直面上的土壓力強度sa或sp及其分布形式，然后再計算出作用在墻背上的總土壓力Ea和Ep，因而朗肯理論屬于極限應力法。庫倫理論則是根據墻背和滑裂面之間的土楔，整體處于極限平衡狀態(tài)，用靜力平衡條件，先求出作用在墻背上的總土壓力Ea或Ep，需要時再算出土壓力強度sa或sp及其分布形式，因而庫倫理論屬于滑動楔體法。

三、上述兩種研究途徑中，朗肯理論在理論上比較嚴密，但只能得到理想簡單邊界條件下的解答，在應用上受到限制。庫倫理論顯然是一種簡化理論，但由于其能適用于較為復雜的各種實際邊界條件，且在一定范圍內能得出比較滿意的結果，因而應用廣泛。

四、朗肯理論的應用范圍：墻背垂直、光滑、墻后填土面水平，即a= 0，b= 0，d= 0。無粘性土與粘性土均可用。庫倫理論的應用范圍：用于包括朗肯條件在內的各種傾斜墻背的陡墻，填土面不限，即a，b，d可以不為零或等于零，故較朗肯公式應用范圍更廣。數解法一般只用于無粘性土，圖解法則對于無粘性土或粘性土均可方便應用。

五、計算誤差

朗肯和庫倫土壓力理論都是建立在某些人為假定的基礎上，朗肯假定墻背為理想的光滑面，忽略了墻與土之間的摩擦對土壓力的影響，庫倫理論雖計及墻背與填土的摩擦作用，但卻假定土中的滑裂面是通過墻鍾的平面，與比較嚴格的擋土墻土壓力解（按極限平衡理論，考慮d，土體內的滑裂面是由一段平面和一段對數螺線曲面所組成的復合滑動面求得），計算結果都有一定的誤差。

對于主動土壓力計算，各種理論的差別都不大。朗肯土壓力公式簡單，且能建立起土體處于極限平衡狀態(tài)時理論破裂面形狀和概念。在具體實用中，要注意邊界條件是否符合朗肯理論的規(guī)定，以免得到錯誤的結果。庫倫理論可適用于比較廣泛的邊界條件，包括各種墻背傾角、填土面傾角和墻背與土的摩擦角等，在工程中應用更廣。被動土壓力的計算、當d和j較小時，這兩種古典土壓力理論尚可應用；而當d和j較大時，誤差都很大，均不宜采用。

靜止土壓力定義

靜止土壓力系數是巖土工程領域中一個至關重要的參數，是確定水平場地的應力狀態(tài)和計算靜止土壓力的基礎。但對靜止土壓力系數的研究還不夠。對自然堆積而成處于臨界狀態(tài)的砂堆內應力狀態(tài)進行分析，推導出自然固結土的靜止土壓力系數的理論表達式，并與砂性土靜止土壓力系數表達式 k₀ =0.95-sinψ和黏性土靜止土壓力系數表達式 k₀=1-sinψ進行對比結果表明，靜止土壓力公式砂性土公式十分吻合，粘性土公式存在一定偏差。文中給出的靜止土壓力系數公式和推導，較為科學合理地闡述了常用靜止土壓力系數的由來，有效彌補了當前這塊研究的空白，為靜止土壓力系數的室內、現場試驗和經驗公式的推導提供了理論支撐，起到了一定的推進作用。

靜止土壓力計算

設斜墻墻背傾斜角為α，其后是重度為γ的半無限土體，土體表面傾斜角為 β，在距土體表面深度 z 處緊靠墻背取三角形單元體 abc，頂面 ab 與土體表面平行，側面 bc 為豎直面，斜截面 ac 平行于墻背。沿 ab 水平投影方向上取單位長度則ab=1。設單元體頂面 ab 沿斜向上單位1/cosβ。長度的荷載為p，正應力為σβ及剪應力為τβ，其值分別為：

p = γzcosβ

σ_β =γzcos2β

τ =γzsinβcosβ

并交圓C于點V的直線PV，則OV為豎直面的應力，因OV線(亦即下β線)與β線對稱，所以 ，bc面上的應力傾斜角β₀=β。過點P作與PV成墻背傾斜角α并交圓C于點U，則OU為△abc 斜截面bc(亦即墻背方向)的應力。連接OU線成βq 線，βq線與σ軸的夾角βq即為斜截面上的應力傾斜角，也即作用于墻背上的土壓力傾斜角。由上可知，點U是βq線與線PU的交點，同時又是與應力圓的C的交點。OV、OU及βq均與應力圓的參數( 圓心位置及半徑)有關，圓心O_c是任意設定的，對于準靜土壓力，要求圓心位置應滿足墻背后土體不產生線應變的要求。

擋土墻側向壓力的大小與巖土力學性質、墻高、支護結構形式及位移方向和大小等因素有關。由于錨桿擋土墻構造特殊，側向壓力的影響因素更為復雜 。

在理論上還沒有準確的計算方法能如實地反映各種因素對錨桿擋土墻側向核動力的影響。

現行的一些規(guī)范中采用土壓力增大系數來反映錨桿擋土墻側向壓力的增大。由于是否考慮土壓力增大和土壓力增大系數都帶有一定的經驗性，因此，該領域還需要做進一步的研究。