D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.01.006 第25卷第1期 北京科技大学学报 Vol.25 No.1 2003年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2003 交通载荷下挡土墙的失稳分析 张友葩” 高永涛”方祖烈”宋玉亮)许 福) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)山东省泰安市公路局，泰安271000 摘要根据土体的动载特性，初步分析了土体在随机车辆动载荷下的移动规律，以及由此 而引起的对公路挡土墙的破坏.根据土体和挡土墙的受力情况以及平衡条件，分别采用抗滑 力分析和力矩分析方法建立起了在随机动载荷下重力式挡土墙一一滑移体的系统极限平衡 方程.为此类挡土墙的设计及失稳加固提供了一种简单可行的计算方法.利用此方法对实际 工程事例进行了计算，并用计算机模拟技术对实际工程进行了比较系统的分析，结果表明此 方法是可行的. 关键词随机交通动载荷；车辆动载系数；失稳机理；挡土墙 分类号TD325;TU457 公路挡土墙墙背后的填土表面由于车辆载1】抗滑力分析 荷作用，使土体产生附加的竖向应力，从而产 如图1所示，参照文献[3]的分析方法，为简 生附加的侧向压力，加速了挡土墙的破坏)由 化计算可以作以下假设：(1)土体干燥均质无粘 于应力的不断叠加，土体中将出现一个滑移体. 性；(2)墙背面光滑无摩擦；(3)是一个平面应变问 当滑移体的运动加速度超过挡土墙自身的本征 题.在动载荷作用下，一部分能量将沿着路面以 值时，挡土墙便会失稳.传统的计算方法是将作 及路面与土体的接触面向周边传播，由此而直接 用在墙背后的车辆载荷设定成沿整个路面的均 形成对挡土墙的侧压力，因而这里考虑一个侧压 布载荷，而后将其换算成与填土容重相同的均布 系数k.而由于车辆载荷的不断作用，土压力的 土层.这种计算方法并没有考虑通行车辆与路边 侧压力系数也会随之改变，其改变值就是动载荷 及挡土墙边缘的距离.另外，对车辆自身动载引 施加给土体的动载系数k.同时，车辆在运行过 起的侧压力以及由此引起的土体侧压力增加，只 程中一般不会沿着路边缘行驶，因而应考虑一个 是与滑移土体按同一个侧压力系数计算也不太 距离常数入， 合理.为此本文在根据土体的动载特性在算式和 根据极限平衡理论和朗金(Rankine)主动土 图形中引人了三个参数：一个是由随机动载荷引 压力计算理论，在极限状态下挡土墙的受力状态 起的土体动载侧压力系数，另一个是由于动载荷 可以表示为： 自身作用而引起的作用于路面附近的随机动载 9kL-m+w.[K.+tan(45°-号+取.k.=F(（) 侧压力系数，再一个是车辆运行过程中距离挡土 式中，9为公路某一截面内作用于路面上的交通车 墙边缘的距离常数，在此基础上根据抗滑力和抗 辆等效载荷，k为动载荷的侧压力系数，入表示车辆 滑力矩分别建立起了力学平衡方程. 在通行过程中距离挡土墙边缘的距离常数，W为 挡土墙的重量，k为挡土墙的侧压力系数，W,为滑 1挡土墙稳定性分析 移土体的重量，k为动载荷增加的土体侧压力系 按照重力式挡土墙的破坏形式，分别采用抗 数，P为土体的内摩擦角，F,表示墙体的摩擦力 滑力和抗滑力矩两种分析方法对挡土墙的稳定 F,=W4,4为摩擦系数 性进行分析 形-2，L-n (2) 式中，y为土体的密度，其他符号意义见图1 收稿日期200102-23张友葩男，36岁，高级工程师 在实际工程中k趋向于0，所以式(1)就可以第 2 5 卷 第 1期 2 030 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e r s tiy o f S e ie n c e a o d Te c h n o l 0 gy B e ji i n g V 6 1 . 2 5 N o . l F e b . 2 003 交 通 载 荷 下 挡 土 墙 的 失 稳 分析 张 友 葩 ” 高永 涛 ` , 方 祖烈 ` , 宋 玉 亮 2 , 许 福 2 , 1) 北京 科技 大学 土木 与环境 工程学 院 , 北京 10 0 0 83 2) 山 东省 泰安市 公路 局 , 泰安 2 71 0 0 摘 要 根据 土 体的动载 特性 , 初 步 分析 了土体在 随机 车辆 动载荷 下 的移 动规律 , 以 及 由此 而引起 的 对公路 挡 土墙 的破坏 . 根据 土体和挡 土墙 的受 力情 况 以 及平衡 条件 , 分 别采用 抗 滑 力分 析和 力矩 分析 方法 建立 起 了在 随机动 载荷 下重 力式 挡 土墙— 滑移 体 的系 统极 限平 衡 方程 . 为此 类挡 土墙 的设 计及 失稳加 固提 供 了一种 简单 可行 的计算 方 法 . 利 用此 方法 对 实际 工程 事例进 行 了计算 , 并 用计算机模 拟技 术对 实 际工程 进行 了 比较 系统的 分析 , 结果 表 明此 方法 是可 行 的 . 关键 词 随 机交 通动 载荷 ; 车辆 动载 系数 ; 失稳机 理 ; 挡 土墙 分 类号 T D 3 2 5 : T U 4 5 7 公路 挡 土墙 墙背 后 的填 土 表 面 由于 车 辆 载 荷 作用 , 使土 体产 生 附加 的竖 向应 力 , 从 而 产 生 附加 的 侧 向压 力 , 加速 了挡土 墙 的破 坏 `l,2 ] . 由 于 应力 的 不断 叠 加 , 土体 中将 出现一 个滑移 体 . 当滑 移体 的运 动 加 速 度 超过 挡 土 墙 自身的本 征 值时 , 挡 土 墙便会失 稳 . 传统的计算方 法 是将作 用 在 墙 背后 的车辆载 荷设定 成 沿 整个路 面 的均 布载荷 , 而后将其换算成与 填土容重 相 同 的均 布 土层 . 这种 计算方 法并没有 考 虑通行 车辆 与路边 及 挡 土墙 边缘 的距 离 . 另 外 , 对车辆 自身动载 引 起 的侧压力 以 及 由此 引起 的土体侧压 力增 加 , 只 是 与滑 移 土 体按 同一 个侧 压 力 系数计算也不 太 合理 . 为此本 文 在根据 土 体的动载 特性 在算式 和 图形 中引人 了三个 参数 : 一 个 是 由随机 动载 荷 引 起 的土体动载 侧压 力 系数 , 另 一个 是 由于动 载荷 自身作用 而 引 起 的作用 于路 面 附近 的随 机 动 载 侧 压 力 系数 , 再一个是车辆运 行过 程 中距 离挡 土 墙边 缘的距离 常 数 . 在此 基础 上根 据抗 滑 力和抗 滑 力矩 分别 建 立起 了力 学平 衡 方程 . 1 挡 土墙 稳定 性分 析 按 照重 力式 挡 土墙 的 破坏 形式 , 分别 采用 抗 滑 力 和 抗 滑力 矩 两 种 分析 方法 对 挡 土墙 的稳 定 性 进行分析 . 收稿 日期 20 01 一2 一 23 张友 葩 男 , 36 岁 , 高级工 程师 L l 抗滑 力 分析 如 图 1 所 示 , 参照 文献 l3] 的分 析方 法 , 为简 化 计算 可 以作 以 下假 设 : ( l) 土 体 干燥均 质 无粘 性 ; (2 )墙 背 面光 滑 无摩 擦; (3 )是 一个 平 面 应 变 问 题 14] . 在动 载荷 作用 下 , 一部 分能量将沿着 路面 以 及 路面与土 体的接触面 向周 边传播 , 由此 而 直接 形 成对 挡土 墙 的侧压 力 , 因而这 里考 虑一 个 侧压 系 数ak 、 . 而 由于车 辆 载荷 的不 断作 用 , 土 压 力 的 侧压力 系数 也会 随之改 变 , 其改 变值就 是 动载荷 施 加 给 土体的动 载 系数 凡 ` . 同 时 , 车辆在 运 行过 程 中一 般不 会沿着路边缘 行驶 , 因而应 考 虑一个 距 离 常数入 . 根 据极 限平 衡理 论 和 朗金 ( R a n k i n 。 ) 主动 土 压 力计算理论 , 在 极 限状态 下 挡土 墙 的受 力状 态 可 以 表 示 为 : 、 ak · (L 一洲 + 双 [asK + ant ’ ( 4 5 。 一 等) ] + 矶ak , =tF ( , ) 式 中 , q 为公 路某一截 面 内作用 于路面上的 交通车 辆等效载荷 , ak !为动载荷 的侧压力系数 , 又表示车辆 在通 行过程 中距离挡 土墙边缘 的距 离常数 , 爪 为 挡土墙的重 量 , ak , 为挡土墙 的侧压 力系数 , 礁 为滑 移 土体的重 量 , ka 。为 动载 荷增 加 的 土体侧 压 力 系 数冲 为 土 体 的 内摩 擦 角 , 凡 表 示 墙 体 的 摩 擦力 几 = 巩召 , 产为摩擦系数 . 礁即城偿黔遨鹦! +q (L 一 * (2) 式 中 , 夕为土体的密度 , 其他符号意义见图 1 . 在 实 际工程 中 ak 、 趋 向于 0 , 所 以 式 ( l) 就可 以 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 01. 006