渗流作用下仰斜式挡土墙的主动土压力研究

渗流作用下仰斜式挡土墙的主动土压力研究

黄贤聪

深圳市建工建设集团有限公司 广东深圳 518000

[摘要]伴随现代工程行业的持续发展，针对挡土墙受墙后主动土压力方面的研究也在不断深入，这主要是因工程实践当中，边坡垮塌多数产生于暴雨施工环境中，挡土墙通常设置泄水孔，强降雨恶劣天气影响下，水分大量渗入墙背土体，边坡土体饱和度势必增加，渗透力随之产生，致使边坡及挡土墙失稳，诱发边坡垮塌及相关事故问题。为进一步了解倾斜式挡土墙主动土压力的情况，避免此类事件出现，本文主要探讨渗流作用之下仰斜式挡土墙主动土压力，仅供业内相关人士参考。

[关键词]挡土墙；仰斜式；渗流作用；主动土；压力；

前言：

工程实践当中，考虑到渗透作用条件下，边坡及挡土墙极易因稳定性下降，而导致整个边坡出现严重的垮塌或是其他事故问题，严重威胁着工程总体的建设安全。故对渗流作用之下仰斜式挡土墙主动土压力开展综合分析较有必要。

1、关于仰斜式挡土墙及主动土压力概述

仰斜式挡土墙，墙背承受较小土压力，应用到路堑墙当中，墙背和开挖面边坡整体呈良好贴合状态，呈较小的开挖量及回填量。但是，该墙后填土要求不可过压，这样对后期施工也较为不利。墙趾地面横坡倘若相对较陡的情况下，选取仰斜式墙背，能够确保墙身增高，并且增加断面，故仰斜式挡土墙墙背比较适合路堑墙的基墙趾位置地面平坦路堤墙、路肩墙当中应用[1]。那么，针对主动土压力，即挡土墙向着外侧或是前方移动，墙后土体实际应力状态将会处于主动极限性的一种平衡状态，所有填土作用至墙背位置土压力，便属于主动土压力。主动土压力实际求取过程中，库伦理论往往比较常用。

2、渗流作用之下仰斜式挡土墙主动土压力情况实践研究

2.1 基础算法

针对以库伦理论为基础，可做出如下几个假设，即滑裂面属于平面，土楔体属于刚性体，且不会有变形情况出现，整个土楔体维持极限平衡性状态。选取土楔体作为研究对象，并以主动土压力、坡顶荷载、滑动面部位摩擦力及支撑力作为主要边界力[2]。研究对象处于暴雨环境当中所承受总渗透力，则视同作用在每个土颗粒当中所累加的渗透力，与重力的体积力比较类似。故增加的渗透力可当成不影响到库伦理论假设分析。把典型的基础模型有效构建起来，路堑挡墙的铅垂高度设定H，破裂面和水平面之间夹角设θ，路堑挡墙整个墙身和水平面之间夹角设定 α，墙背和土体之间摩擦角设δ，墙顶边坡和水平面之间夹角设β，黏聚力设c，土体内摩擦角设ψ。三角形abc经正弦定理，则bc=l，。在bc上面高设定h，可获取列式h=。针对1延米重度G列式，即G=。把、h=这两个列式带入至G=当中，则G=。墙顶坡面无荷载，滑裂面无内聚力，则单纯考虑到重力情况下，针对土楔体自身受重力G、滑裂面部位反力R、挡墙反力Ea1及三力平衡，可以借助三角形edm获取如下的列式，，把G=列式带入至上述列式当中，单纯考虑到重力条件执行挡墙反力Ea1，则可获取列式，

Ea1=

墙顶坡面存在荷载q条件下，方向和重力同样铅垂向下。滑裂面无内聚力情况下，单纯考虑到重力及荷载时候，则土楔体自身受重力G、滑裂面部位反力R、挡墙反力Ea2、荷载qlcosβ及三力平衡，借助三角形dhk获取如下列式，、，把Ea1=、这两个列式带入至

当中，便可获取重力及荷载作用条件之下挡墙反力Ea2，即，

Ea2=

考虑到土体当中黏聚力c条件下，内聚力所提供阻力则平行于整个滑裂面，结合滑裂面及其反力R相互间角度关系，且经三角形jkl可获取到。结合渗透特性了解到，渗流方向和墙顶坡面为同等方向，结合三角形fgh能够了解到，考虑到渗流力j条件之下，挡墙反力实际增量为Ea4，即可获取列式，

、J=、

针对gk轴上面作用力予以求和后，即可获取挡土墙承受总体压力Ea，即Ea=Ea2-Ea3+Ea4。那么，为对挡土墙尺寸能否满足于现行安全系数要求实施验算分析，需对此处所设挡土墙承所主动土压力相应最大值予以明确下来。经观察了解，发现Ea为关于θ的一个函数，经求导便可获取到E一个最大值，也就是滑动临界条件之下主动土压力。在工程实践当中可借助EXCEL表格，以不同θ数值获取主动土压力Ea最大数值。

2.2 实例分析

工况一：某仰斜式路肩墙整体墙高约8m,且墙背坡度为1:0.1。该挡墙段处在呈圆曲线状的超高段，针对超高部位横坡度约4%，其墙顶边坡呈2°。针对汽车荷载为10.5kN/m，周边以粉质黏土居多，饱和重度约为20kN/m³,呈16°内摩擦角、墙背和土体呈8°摩擦角，内聚力约15kPa。通过对挡土墙总体压力计算后获得Ea=219.2kN,破裂角θ则呈51°。处于渗流力状态之下，对于挡土墙产生作用力约为E₄=5~25kN。那么，在不考虑到渗流条件下，θ=50°破裂现象产生，作用力为Ea2-Ea3=210.20kN。由此可确定，考虑到渗流力这一作用条件后，极限状态下，对于挡土墙产生最大的作用力明显增加约9 kN,但未考虑到渗流条件之下最大的土压力则为4.3%；工况二：某路堑墙整体墙高约8m,且墙背坡度为1:0.25，整个墙顶边坡呈10°。充分考虑落石相应活荷载条件下，取坡面荷载约9kPa，周边以粉质黏土居多，饱和重度约20kN/m³,总体呈16°内摩擦角，且墙背和土体相互间呈8°摩擦角，实际内聚力为15kPa,渗流方向和坡面维持平行状态。挡土墙总体压力约为E=234.90kN，呈43°破裂角（θ）。渗流力对于挡土墙产生作用力为E

a4=5~245kN[3]。那么，在不考虑渗流条件下，θ=40°破裂现象产生，作用力为Ea2-Ea3=165.90kN。由此了解到，充分考虑该渗流力相应作用，且处于一种极限状态条件下，对于挡土墙产生最大的作用力明显增加69kN,而未考虑到渗流条件之下最大的土压力约41.60%。

3、结语

综上所述，此次通过以库伦理论的土压力为基础，确立并且补充渗流作用下静力平衡基础模型，与具体案例相结合加以分析后了解到，以库伦理论为基础下，对渗流力产生影响加以补充。经由多个不同静力平衡组合顺序，合理选取最具简洁性静力平衡基础模型，求得gk轴上的矢量和后便能够获取到总体压力Ea。对单纯考虑到重力作用条件之下土压力Ea、荷载和重力作用等之下土压力Ea2和滑裂面部位黏聚力所致土压力实际损失Ea3，还可获取到渗流作用条件之下土压力Ea4的算式，为后期工程实践中选择所需分项，且有效实施独立分析提供便利条件。经分析了解到，墙顶坡面呈较小坡度条件下,渗流对于挡土墙无明显作用。墙顶坡面实际坡度持续增加条件下，渗流对于挡土墙产生的作用力实际影响随之增大。所以，针对坡顶较陡部分的挡土墙，应当着重考虑渗流方面影响。此外，推广至路堑边坡中，多数土质边坡整个放坡面实际坡率为1:1~1:1.5,也就是33°～45°，此角度条件之下，切勿忽略渗流作用，以便对处于暴雨等恶劣工况条件下路堑边坡产生水毁情况的真实原因作出解释。

参考文献：

[1] 李昭颖, 肖世国. 悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法[J]. 岩土工程学报, 2023, 45(1):196-205.

[2] 汪小刚, 林兴超, 李金航,等. 一种基于极限分析下限定理的挡土墙主动土压力求解方法, CN202211113327.0[P]. 2022.

[3] 傅鹤林, 王成洋, 李寰. 考虑回填黏土抗拉强度截断及渗流效应的路基挡土墙主动土压力计算[J]. 中南大学学报：英文版, 2020, 27(7):2148-2159.