挡土墙后坡体破裂角的探讨

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摘要：摘 要：为研究挡土墙后坡体破裂角的变化情况，采用了理正和数值计算软件对同一挡墙高度，不同填土材料;不同挡墙高度，同一种填土材料的情况下进行了稳定性分析。同时，对挡墙后坡体破裂角的形成机理进行了分析。结果表明挡墙后破裂角随着墙后填土内摩擦角的

　　摘 要：为研究挡土墙后坡体破裂角的变化情况，采用了理正和数值计算软件对同一挡墙高度，不同填土材料;不同挡墙高度，同一种填土材料的情况下进行了稳定性分析。同时，对挡墙后坡体破裂角的形成机理进行了分析。结果表明挡墙后破裂角随着墙后填土内摩擦角的增大而增大，而挡墙高度的变化对破裂角的影响相对较小。墙后破裂面的形成是沿着整体结构中最薄弱的位置发生的。但该位置并不一定是初始状态中具有结构缺陷的部位。

　　关键词：挡土墙破裂角 细观结构 机理 边坡

　　目前，我國正处于大规模的建设发展时期，工程建设都在紧张快速地进行。岩土工程设计者们在挡墙的初步设计过程中，往往需要对支护结构的位置及埋设深度做出快速地判断，以达到配合建筑结构设计的目的。在这个过程中若支护结果离建筑物较近时，常常通过破裂角来进行支护结构与建筑物间距以及埋深的初步设置。《建筑边坡设计规范》中对破裂角的定义是基于均质土的基础上的。虽然大部分设计过程中设计者要求挡土墙后的填土是均质的压实碎石土，但实际施工中往往达不到设计的要求。填料可能是分层土，本文就主要对运用破裂角来判定边坡破坏形态的合理性进行探讨，力求为岩土的设计和施工提供一定的依据。

　　破裂角在土力学中是在计算库伦土压力时提出的，库伦土压力的基本假定就是墙后填土是理想的散粒体。是基于点的极限平衡状态提出的。而边坡的破裂角实际上是指的破坏时滑动面与水平面的夹角，虽然也是基于极限平衡理论提出的，但是两者还是存在有本质的区别的。本文主要讨论后者。

　　国内有许多学者对破裂角进行了研究，如：袁洪升通过对土钉支护结构中的土体单元进行应力分析，得出了垂直基坑中土钉支护结构滑移面的破裂角为45° +φ /2 -θ的结论[1]。谭凡等通过三轴UU、CU及CD试验对破裂角与内摩擦角之间的关系进行了论证，并得到了同一饱和土样在不同类型的三轴试验中破裂角与由有效应力指标计算的破裂角基本相等的结论[2]。马平等对考虑黏聚力及放坡角度的土钉墙侧土压力计算公式进行了研究，并推导了产生主动土压力时的剪切破坏角的计算公式[3]。还有其他一些学者也对土体的破裂角进行了研究，但对于挡土墙后破裂角的变化的研究还较为少见。

　　本文通过理正计算、数值计算结合土体剪切破坏试验成果对挡土墙后破裂角的变化规律进行了研究。

　　1 数值模拟计算

　　本文采用理正计算软件和岩土数值计算软件对不同的工况下的挡土墙后土体破裂角的变化情况进行了研究。根据实际工程中挡墙设计的使用情况，同时考虑到类比分析更便于总结破裂角的变化情况，主要对以下几种情况进行了同步的计算：(1)同一挡墙高度，不同填土材料;(2)不同挡墙高度，同一种填土材料。最后对具有土层变化的实际边坡工程也进行了分析计算。工况(1)的计算结果详见表1以及图1、图2。

　　理正是实际工程设计中常用的计算软件，本文先是通过理正对所设定的坡体进行分析，从计算结果表1中可以发现，理正所计算的安全系数和采用flac进行计算的结果基本上是一致的。同时从计算结果中还可以发现，采用条分法进行计算的时候，滑动圆弧都要经过挡墙的底部，滑动圆弧并不随着填土材料内摩擦角的改变而改变。而从数值计算的结果图1和图2中可以发现最大应变是发生在挡墙上墙后，以及挡墙前方地面以下的部分，从图1和图2中可以看出，最终挡墙的破坏，实际上是类似于倾倒状的破坏，挡墙后方的坡体还是有一条较为明显的剪切带，也就是破裂带，其角度分别为48o和45o，可见填土内摩擦角的变化并未对墙后坡体破裂角产生较大的影响。

　　推荐阅读：《工程力学》是中国科协主管、中国力学学会主办，清华大学土木工程系承办的以工程应用为特点的全国综合性学术刊物。

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