【原】有限范围内土压力的计算

挡墙计算中往往采用主动土压力作为墙体的支挡控制力。因此，主动土压力的合理分析计算对挡墙工程的设置具有控制性的作用。一旦主动土压力分析计算脱离合理的地质模型，那么主动土压力的计算模型将出现不同程度的偏差，导致计算结论与工程实际不符，导致挡墙等支挡工程的设置出现不同程度的偏差。

挡墙主动土压力的计算模型最为常见的是基于墙后土体的半无限体模型，即墙体产生一定的移动或转动时，将在墙后半无限土体中形成破裂体，造成破裂体沿墙背与破裂面发生下滑，从而产生作用于墙背的主动土压力。

下面是俯斜式挡墙为例的计算模型与计算示意图如下：

图1 库仑主动土压力计算示意图

由此，相应的基于墙后半无限体的主动土压力计算公式如下：

（1）

Ea-主动土压力（KN/m）

W-破裂体的重力（KN/m³）

R-墙后陡坡上的反力（KN/m）

a-墙背倾角（°）（俯斜为正，仰斜为负）

δ-墙背摩擦角（°）

φ-墙后土体内摩擦角（°）

θ-破裂角（°）

β-坡面倾角（°）

 以上基于墙后半无限体的主动土压力计算模型与公式，是建立在破裂面在半无限体不受限地在填土中形成。而当墙后存在潜在滑面（结构面）、斜面，且其倾 角陡于半无限体中的破裂面倾角，或墙后开挖坡体为稳定的岩土体时，控制墙后下滑的将不是基于半无限体中形成的破裂面，而是沿着这些既有坡面（结构面）发生滑动。这就是典型的有限范围内填土的土压力计算，其与常规的半无限体土压力计算模型、计算结论等存在很大的差异。

挡墙工程的设置中如果不能依据符合实际情况的地质模型去分析建立相应的计算模型，将导致支挡工程出现较大的偏差，往往造成计算结论明显较实际情况偏大，从而导致工程规模偏大而使工程品质出现不同程度的下降。

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图1 基于欠合理半无限体计算模型造成加宽路基挡墙工程规模偏大

如某西藏高山峡谷段公路，有基本连续的长约29km路基位于岸坡为稳定基岩的岸坡段。但在路基加宽设置时，技术人员采用半无限体计算模型分析后，在填方体前部设置工程规模明显偏大的挡墙工程，工程造价约2.5亿元之巨。

工程咨询期间时，笔者认为路基外侧的岸坡为稳定体坡体，基于此地质条件，路基填方的土压力计算模型应满足破裂面受限于岸坡的边界条件，即依据现场实际情况，由此建立合理的地质模型，继而应采用有限范围内的土压力计算模型进行分析。只有这样，土压力的计算模型方是更接近现场实际情况的。

该咨询建议采纳后，技术人员对计算模型进行调整，相应的墙后土压力出现不同程度的下降。在此基础调整了挡墙的设置规格，经核算工程造价降低了约1亿元。工程完工近十年来，变更调整段路基一直保持稳定，工程在确保安全的基础上，有效降低了工程造价，提高了工程品质。

因此，基于符合实际情况的地质模型，是建立有效计算模型的基础，是合理计算主动土压力和合理设置挡墙工程前提条件。

为了对比方便，以俯斜式挡墙为例，对其有限范围内填土作用于墙背的主动土压力计算进行分析。根据破裂体的极限平衡条件，有限范围内填土作用于墙背的主动土压力计算模型如下：

图1 有限范围内的主动土压力计算示意图

由此，相应的基于有限范围内作用于墙背的主动土压力计算公式如下：

    （2）

θ0-墙后陡坡与垂向的夹角（°）

其它符号同公式（1）

通过以上分析发现，半无限体主动土压力的计算与有限范围内主动土压力计算存在相当大的差异。这就是说，岩土工程的计算结论合理与否，是建立在合理建立地质模型基础之上的。如果不能有效认识事物的真正内涵，而是含含糊糊、不究其因地盲目依赖计算软件，那么所得出的计算结论将可能与工程实际情况之间出现不同程度的偏差，从而导致工程品质出现不同程度的下降。

综上，岩土工程中基于地质的定性分析是处理问题的基础，一旦这个基础出现偏差，那么定量计算的结论的可信度将会大打折扣，甚至沦为数字游戏。