土压力和挡土墙计算简明手册
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前言

挡土墙在工程建设中应用很广,在土木工程、房屋建筑、铁路、公路、桥梁、航运、矿山、水利水电等工程建设中都广泛应用挡土墙作为护坡墙、护岸墙、建筑物的边墙和翼墙、桥梁的桥台等。

挡土墙的形式很多,其中刚性挡土墙在工程建筑中使用更广。所谓刚性挡土墙,主要是指墙体刚度较大,变形很小的挡土墙,如用砖、石、混凝土建造的重力式挡土墙和墙体变形较小的少筋混凝土挡土墙(如悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙)。

挡土墙的荷载,主要是土压力。土压力的理论计算始于1773年,库仑(C.A.Coulomb)发表了以挡土墙墙背填土滑裂体整体极限平衡为条件的库仑土压力理论;随后在1857年朗肯(W.J.M.Rankine)又发表了以散粒体极限平衡为条件的朗肯土压力理论,这两个土压力理论最初只能适用于无黏性填土,但由于后人的不断研究和改进,目前已可应用于黏性填土,并仍然成为当前土压力计算的重要方法。随着许多学者的研究,又提出了许多新的计算理论和方法,如能量理论、凝聚力等效原理、水平层计算法、考虑挡土墙变形的计算方法等,使土压力的计算有很大发展。

过去一般将土压力分为三类,即静止土压力、主动土压力和被动土压力,认为作用在挡土墙上的土压力就只可能是这三类土压力。但实际上将土压力分为五类更科学和更合理,即分为静止土压力、主动弹性阶段土压力、主动土压力、被动弹性阶段土压力和被动土压力。目前在工程建设中挡土墙的设计方法常常是按经验先拟定挡土墙的尺寸,根据主动土压力进行计算,核算挡土墙墙体的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性,检验其安全度是否满足规定的要求。由于挡土墙的设计具有一定的安全度(即安全系数),所以挡土墙并非处于主动极限平衡状态,而是处于静止状态和主动极限平衡状态之间,即处于主动弹性状态,所以挡土墙上实际作用的土压力,并非主动土压力,而是主动弹性状态土压力(或简称主动弹性土压力)。主动弹性阶段土压力目前尚无计算方法,笔者提出了一个近似方法,计算十分简便,可供读者参考。

按库仑理论和其他一些方法计算得的被动土压力一般都偏大,而按朗肯理论计算结果则较小和较安全,而且计算也十分方便。为了使朗肯理论可用于计算填土表面倾斜和挡土墙墙面倾斜情况下的土压力,笔者提出了一个近似方法,可以方便地计算黏性土和无黏性土的主动土压力和被动土压力。

本书讲述了库仑土压理论、朗肯土压理论、考虑挡土墙变形的计算方法、能量理论、水平层计算方法、凝聚力等效原理、按微分滑动块体极限平衡原理计算土压力、按图解解析法计算土压力、静止土压力和弹性土压力计算等土压力的计算方法,书中附有大量计算图表和计算实例,可供读者参考。

参加本书撰稿的有顾慰慈、蒋幼新、高红、蒋栩。

本书可供土木、建筑、铁路、公路、桥梁、航运、矿山、水利水电等专业的工程技术人员、设计人员和科研人员阅读,也可供上述专业的大专院校师生阅读及参考。

编者

2017年8月30日