【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及路基防护的重力式挡土墙受力分析，尤其涉及一种考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法。
技术介绍
1、重力式挡土墙在建筑工程、水利工程、公路和铁路工程的土坡支护中得到广泛应用，其特点是以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定性。挡土墙一旦破坏，不仅影响本身的正常使用和功能的发挥，还会引起边坡的失稳。有关挡土墙震害调查显示，重力式挡土墙的破坏数量占破坏总数的97％，加筋土挡墙、预应力锚索桩、锚索框架的破坏数量仅占破坏总数的3％。由此可见，重力式挡土墙在地震条件下是最易遭受破坏的，而且会造成道路受损、桥梁破坏，甚至阻断交通的严重后果。因此，地震作用下重力式挡土墙所受的土压力研究对挡土墙的抗震设计具有至关重要的作用。
2、目前，关于地震条件下重力式挡土墙所受地震土压力的计算主要有基于极限平衡分析的mononobe-okabe理论、考虑土压力与墙体变形的协调变形计算方法和考虑土体实际应力－应变的有限单元法。协调变形计算方法和有限单元法考虑了动土压力与墙体变位的关系，能得到较符合实际的土压力值，但计算过程复杂，且计算精度取决于土体特性参数的选取及地震波的准确测定，而这些参数常常难以确定。基于极限平衡分析的拟静力法求解挡土墙地震土压力成为工程设计人员的首选方法，但挡土墙与土体之间作用力的极值求解是基于极限平衡分析的拟静力法的关键。目前无论是《土力学》教材，还是有关挡土墙国家行业方面的标准，都已给出了重力式挡土墙主动土压力的公式，但无法确定破裂角。
3、因此，亟需一种简便实用的计算方法，不仅能
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，依据库仑土压力理论的基本假定，由滑动土楔体的静力平衡条件，得到考虑地震作用的重力式挡土墙作用力计算公式，然后采用excel自带的规划求解方法，就可快速求解得到考虑地震作用的重力式挡土墙土压力值，而且能获得墙后填土破裂面与水平面的夹角，为地震条件下重力式挡土墙主动土压力的计算提供有效的设计方法。
2、为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：一种考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，包括以下步骤：
3、s1.根据库伦土压力理论的基本假定，由滑动土楔体的极限平衡状态，建立地震作用下重力式挡土墙主动土压力计算模型；
4、s2.再根据滑动土楔体的静力平衡条件，建立x方向和y方向平衡方程，从而求得地震作用下重力式挡土墙对土楔体的作用力e的计算公式；
5、s3.将考虑地震作用的重力式挡土墙作用力e的计算公式写入excel表格，采用excel自带的规划求解重力式挡土墙作用力e的最大值emax，即为考虑地震作用的重力式挡土墙的主动土压力值，同时得到墙后填土破裂面与水平面的夹角θ。
6、可选地，步骤s1具体包括：假定重力式挡土墙为刚性体，墙后填土为砂土，当挡土墙背离填土，墙后填土达到极限平衡状态，墙后填土是一个三角形的土楔体(δabc)，沿挡土墙的墙背和填土土体中某一破裂面(bc)同时向下滑动，此时土楔体的受力包括滑动土楔体的重力g、填土土体作用在破裂面上的反力r、挡土墙对土楔体的作用力e、土楔体所受水平地震惯性力fh、土楔体所受竖向地震惯性力fv；
7、重力式挡土墙高为h，墙后填土为砂土，填土的容重为γ，内摩擦角为墙背与竖直线之间夹角为α，填土面与水平面之间的倾角为β，墙背与填土之间的摩擦角为δ，墙后填土破裂面(bc)与水平面的夹角为θ，水平向地震系数为kh；竖向地震系数为kv；土楔体水平地震惯性力fh、竖向地震惯性力fv和重力g的合力为f合；
8、作用力e与挡土墙墙背法线间的夹角等于挡土墙墙背与填土之间的夹角δ；所述反力r与墙后填土破裂面法线的夹角等于填土土体的内摩擦角土楔体合力f合与竖直方向的夹角为η，η的求解为：
9、
10、可选地，所述步骤s2具体包括：根据土楔体δabc的几何关系，得：
11、
12、在土楔体δabc中，由正弦定理知：
13、
14、于是土楔体δabc的面积为：
15、
16、土楔体δabc的重力为：
17、
18、土楔形体△abc受到的水平地震惯性力fh和竖向地震惯性力fv为：
19、fh＝khg (6)
20、fv＝kvg (7)
21、根据土楔体δabc的静力平衡条件，建立x方向和y方向平衡方程；
22、由x方向平衡条件得：
23、
24、
25、由y方向平衡条件得：
26、
27、将式(9)代入式(10)，得到：
28、
29、将(5)代入式(11)，得到地震作用下重力式挡土墙作用力为：
30、
31、可选地，所述步骤s3具体为：将考虑地震作用的重力式挡土墙作用力e的计算公式写入excel表格，并在excel规划求解中设置作用力e为求解目标，其目标值为最大值，墙后填土破裂面与水平面的夹角θ设定为更改可变单元格，θ值的约束范围值为并给θ一个大于的初始值，采用非线性grg求解，就可获得作用力e的最大值emax，即为考虑地震作用的重力式挡土墙的主动土压力值，同时得到墙后填土破裂面与水平面的夹角θ。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果和优点在于：
33、本专利技术是根据滑动土楔体力学平衡条件，得到了考虑地震作用的重力式挡土墙作用力的计算公式，并通过excel自带规划求解重力式挡土墙对土楔体作用力的最大值，即为考虑地震作用的重力式挡土墙的主动土压力值，并可得到墙后填土破裂面与水平面的夹角。目前针对该计算公式的求解方法就是将重力式挡土墙作用力进行求导de/dθ＝0，并采用数解法解出θ值，然后再将θ值代入地震作用下重力式挡土墙作用力计算公式，即可得出考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力值，其表达式为：
34、
35、式中：e—土压力；h—挡土墙高；γ—填土的容重；—填土内摩擦角；α—挡土墙墙背与竖直线之间夹角；β—墙后填土面与水平面之间的倾角；δ—墙背与填土之间的摩擦角；η—为地震角。
36、利用公式(13)即可直接求出地震作用下重力式挡土墙的主动土压力值，但无法获得墙后填土破裂面与水平面的夹角θ值，而且该计算公式中若填土容重、内摩擦角、挡土墙墙背与竖直线之间的夹角、墙后填土面与水平面之间的倾角、墙背与填土之间的摩擦角以及地震角不变，墙后填土破裂面的与水平面的夹角是不变的，其主动土压力仅与挡土墙的高度相关；而实际上挡土墙的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：假定重力式挡土墙为刚性体，墙后填土为砂土，当挡土墙背离填土，墙后填土达到极限平衡状态，墙后填土是一个三角形的土楔体，沿挡土墙的墙背和填土土体中某一破裂面同时向下滑动，此时土楔体的受力包括滑动土楔体的重力G、墙后填土土体作用在破裂面上的反力R、挡土墙对土楔体的作用力E、土楔体水平地震惯性力Fh、土楔体竖向地震惯性力Fv；
3.根据权利要求1所述的考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：根据土楔体△ABC的几何关系，得：
4.根据权利要求1所述的考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将考虑地震作用的重力式挡土墙作用力E的计算公式写入EXCEL表格，并在EXCEL规划求解中设置E为求解目标，其目标值为最大值，墙后填土破裂面与水平面夹角θ设定为更改可变单元格，θ值的约束范围值为并给θ一个大
...【技术特征摘要】
1.一种考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑地震作用的重力式挡土墙主动土压力计算方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：假定重力式挡土墙为刚性体，墙后填土为砂土，当挡土墙背离填土，墙后填土达到极限平衡状态，墙后填土是一个三角形的土楔体，沿挡土墙的墙背和填土土体中某一破裂面同时向下滑动，此时土楔体的受力包括滑动土楔体的重力g、墙后填土土体作用在破裂面上的反力r、挡土墙对土楔体的作用力e、土楔体水平地震惯性力fh、土楔体竖向地震惯性力fv；
3.根据权利要求1所述的考虑地震作用的重...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾超，罗红明，何先志，李伟鹏，张木森，罗冰，刘孜，刘凯，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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