[发明专利]膨胀土中设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的计算方法

说明书

本发明提供了膨胀土中设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的计算方法，包括以下步骤:①通过现场调查、实测或依据相关技术标准，确定工程所在地膨胀土大气影响深度L；②确定大气影响深度内膨胀土的平均有效内摩擦角φ′；③通过现场实测或依据工程所在地设计经验，确定无EPS缓冲层时大气影响深度范围内的膨胀土在增湿至饱和时对刚性支挡结构作用的侧向土压力随深度Z的分布psubgt;0/subgt;(Z)；④根据库伦土压力理论计算饱和膨胀土作用在刚性支挡结构上的极限主动土压力随深度Z的分布psubgt;a/subgt;(Z)；⑤通过具体公式确定设置EPS缓冲层的刚性支挡结构在膨胀土增湿至饱和时，在大气影响深度范围内承受膨胀土作用的侧向土压力随深度Z的分布psubgt;L/subgt;(Z)。

技术领域

本发明涉及土岩土工程设计技术领域，尤其涉及膨胀土中设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的计算方法。

背景技术

膨胀土在我国20多个省、市、自治区广泛分布，许多岩土工程项目不可避免地会遇到膨胀土。地表大气影响深度范围内的膨胀土在降雨入渗、地表径流等外界环境作用下增湿时，会产生明显的三维体积膨胀。地表膨胀土中的刚性支挡结构(即不可移动或挠曲的支挡结构，如地下室外墙、拱形重力式挡墙、桥墩等)约束膨胀土的膨胀时，受到膨胀土作用的侧向土压力会显著增大，其值可能达到传统设计中确定的侧向土压力的数倍甚至数十倍，进而造成支挡结构出现失稳、断裂等破坏现象。

在刚性支挡结构和膨胀土之间设置一定厚度的EPS缓冲层可起到显著的减小侧向土压力的效果。减压机理在于：EPS缓冲层在土压力的作用下压缩，可允许膨胀土发生指向支挡结构外侧方向的位移，减小刚性支挡结构对膨胀土侧向膨胀变形的约束，使膨胀土的抗剪强度得到发挥，进而释放膨胀土在吸湿后产生的侧向膨胀力并使侧向土压力向极限主动土压力过渡，达到减载效果。

目前相关规范、技术标准中并未给出设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的分布模式、计算理论、EPS缓冲层的厚度和模量等因素的影响等关键设计问题的计算方法，目前也无相关文献或专利文献予以报道。工程设计中，只能由设计人员根据经验，在传统土压力计算结果基础上乘以一定的折减系数进行计算；或建立复杂有限元分析模型开展数值分析计算。相关设计是否合理、安全储备是否充足实际上仍不能确认。可见，设置EPS缓冲层的刚性支挡结构在计算设计方面技术不足，迫切需要提出一种适用于该类结构的侧向土压力的计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨胀土中设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的计算方法，用以解决现有技术中存在的无法准确计算设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的问题，通过合理确定膨胀土增湿饱和时支挡结构承受膨胀土作用的侧向土压力的大小，为支挡结构设计提供依据，满足工程需要。

为了达到上述目的，本发明提供了膨胀土中设置EPS缓冲层的刚性支挡结构上侧向土压力的计算方法，包括：

S1：确定工程所在地膨胀土的大气影响深度L；

S2：确定大气影响深度范围内膨胀土的平均有效内摩擦角φ′；

S3：确定无EPS缓冲层时大气影响深度范围内的膨胀土在增湿至饱和时，对刚性支挡结构作用的侧向土压力随深度Z的分布p₀(Z)，其中，当有相关实测或经验数据时，根据实测或经验数据，当没有相关实测或经验数据时，按以下公式进行计算：

其中，

式中：

p_v(Z)为支挡结构顶部以下深度为Z处的膨胀土在等体积饱和过程中产生的竖向膨胀力，单位kPa，

w_n(Z)为支挡结构顶部以下深度为Z处的膨胀土的天然含水率，单位％，