小議SMP強(qiáng)度準(zhǔn)則在巖土工程計(jì)算中的應(yīng)用

■王桃桃，劉 潔 ■西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院，陜西 西安 710061

1 SMP強(qiáng)度準(zhǔn)則的相關(guān)介紹

1．1 強(qiáng)度準(zhǔn)則概述

大家都知道，土壤是由一組離散的土壤顆粒，當(dāng)剪切破壞，因?yàn)榉鬯橥寥李w粒單點(diǎn)失效，也就是說，土壤顆粒本身比土相對(duì)滑移更容易。因此，相互滑動(dòng)的趨勢(shì)或相對(duì)土顆粒間的滑動(dòng)是指土壤的承載能力。因此，使土體顆粒間產(chǎn)生相互滑動(dòng)趨勢(shì)或者相對(duì)滑動(dòng)的極限能力是指土的強(qiáng)度。通常土的強(qiáng)度又稱之為土的抗剪強(qiáng)度。破壞準(zhǔn)則是用來衡量抗剪強(qiáng)度的指標(biāo)，又被稱為破壞包線模型。換句話說，當(dāng)土壤被破壞，這意味著土壤應(yīng)力狀態(tài)的破壞準(zhǔn)則和應(yīng)力狀態(tài)和交叉的破壞包絡(luò)線模型。材料的破壞準(zhǔn)則，如金屬材料，金屬材料，有兩個(gè)著名的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是二維應(yīng)力狀態(tài)特萊斯C(Tresca)準(zhǔn)則，另一個(gè)指的是優(yōu)化三維應(yīng)力狀態(tài)(msies)準(zhǔn)則。因?yàn)橥恋牟牧虾徒饘俨牧舷嗖钌醮?，所以金屬材料的?zhǔn)則是不適合于土體材料，因此，土體材料有屬于自己的準(zhǔn)則，比較有名的是莫爾-庫侖準(zhǔn)則的二維應(yīng)力狀態(tài)和(MOH rcuolomb)利用莫爾-庫侖準(zhǔn)則推廣到SMP(一個(gè)在松崗)準(zhǔn)則。

2 土壓力概述

2．1 擋土墻的類型

在平常的工程中，比如常見的土木、水利、交通等工程中，在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中經(jīng)常遇到，擋土結(jié)構(gòu)是支持一些天然或人工邊坡坍塌的預(yù)防作用，擋土是一種保持土體穩(wěn)定性的建筑物，故又被稱為擋土墻。常用的擋土在路基擋土墻基礎(chǔ)兩側(cè)壁，兩側(cè)壁上，對(duì)翼墻進(jìn)出口和兩個(gè)側(cè)壁，水力結(jié)構(gòu)橋臺(tái)，河岸的防護(hù)墻，雙方港口的邊坡?lián)跬翂?，地下結(jié)構(gòu)的邊墻，等。由上面可知擋土墻是多種作樣的，如果根據(jù)擋土墻的特點(diǎn)可以將其分為重力式擋土墻，懸臂式擋土墻，扶臂式擋土墻，支撐墻，板樁墻擋土墻，錨定板擋土墻，加筋土擋土墻等等。

2．2 作用于擋土墻上的土壓力

作用在擋土墻上的土壓力的來源是土，地下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)上的擋土墻土壓力，無論什么樣的建筑物承受從的側(cè)壓力就是土壓力。因此，土壓力是在保留部分設(shè)計(jì)的主要考慮因素，檢查土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

自從十八世紀(jì)開始就有許多學(xué)者意識(shí)到了這個(gè)問題并對(duì)此進(jìn)行了研究，而且很多學(xué)者還得到了不錯(cuò)的效果并對(duì)應(yīng)提出了許多土壓力的計(jì)算理論和計(jì)算方法。其中最為著名的是1773年庫侖(C．A．Cuolomb)提出的土壓力理論和1857年朗肯(W．J．Ranklne)提出的土壓力理論，這兩個(gè)土壓力理論子已廣泛應(yīng)用于土壓力的計(jì)算，基礎(chǔ)仍在工程建設(shè)。作用于擋土墻上的土壓力，所受到的因素是多方面的，比如擋土墻的形式和墻體剛硬度、擋土墻的與地面傾斜度及其表面粗糙程度、擋土墻的變形和位移、填土的材料、填土表面荷載情況、地下水情況等等。

當(dāng)擋土墻的形式發(fā)生改變時(shí)，作用在其上的土壓力的大小和分布也會(huì)隨著改變。正常情況下，只要?jiǎng)傂該鯄Γ瑩鯄ξ灰飘a(chǎn)生足夠的，你可以把墻回填土后處于極限平衡狀態(tài)，然后土壓力的分布是一個(gè)三角形。恰好庫侖土壓力理論和朗肯土壓力理論都是適用于剛性擋土墻。而柔性擋土墻由于受到墻體本身變形的影響，土壓力的大小及其分布與剛性擋土墻有很大的區(qū)別。如前所述，對(duì)墻體的位移和變形會(huì)使作用在擋土墻土壓力的變化。靜止土壓力是指壁靜態(tài)，而不產(chǎn)生位移，不變形，墻背填擋土墻土壓力填充彈性平衡狀態(tài)。如果墻體填充方向偏離水平位移墻的頂部附近，或在填充墻的旋轉(zhuǎn)方向，或墻在墻附近的地球旋轉(zhuǎn)墻踵，偏離土體的變形方向，靜止土壓力時(shí)，土壓力逐漸降低，逐漸失去了原來的平衡狀態(tài)，如果填充的極限平衡狀態(tài)，土壓力作用在擋土墻被稱為主動(dòng)土壓力。被動(dòng)土壓力是指墻向平移或旋轉(zhuǎn)地球的方向，并填寫朝墻的位移或變形的方向，墻背填土壓實(shí)，因?yàn)橹饾u失去原有的平衡狀態(tài)，當(dāng)位移達(dá)到一定數(shù)量，且土體壓密到一定程度，從而使墻背填土處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，填土作用在擋土墻上的土壓力。

3 朗肯土壓力理論

朗肯土壓力理論第一次面世是在1857年，是由英國人朗肯(W．J．M．Ranklne)提出的，這一理論自面世以來由于其概念明確、方法簡(jiǎn)單、至今仍然被廣泛應(yīng)用。朗肯研究半無限土體內(nèi)各點(diǎn)在重應(yīng)力作用下，從極限平衡狀態(tài)發(fā)展過程中的應(yīng)力平衡狀態(tài)，然后提出在擋土墻上的土壓力的理論計(jì)算。這一理論的前提條件是土的極限平衡，在極限平衡的狀態(tài)下提出如下的基本假定:(1)擋土墻的墻面時(shí)豎直且光滑的，接觸面是毫無摩擦的;(2)擋土墻墻背面的是各向同性的均質(zhì)填土，填土表面光滑;(3)在壓力的作用下，足夠產(chǎn)生位移和變形，是填土處于極限平衡狀態(tài)。朗肯土壓力理論是基于土的應(yīng)力狀態(tài)和朗肯土壓力理論計(jì)算的基礎(chǔ)上的兩種理論及其研究極限平衡的半空間理論。朗肯在計(jì)算擋土墻壓力時(shí)應(yīng)用了半空間體的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡理論。直壁的第一假設(shè)回填土表面，光滑，墻的水平。在這種狀態(tài)下的墻背土壓力和剪切對(duì)土的界面應(yīng)力為零。如果不改變右邊土體中的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)主動(dòng)或被動(dòng)的擋土墻位移極限平衡條件，朗肯主動(dòng)土壓力與擋在墻背土壓力被動(dòng)土壓力的作用。

4 三維化的臨塑荷載公式

化簡(jiǎn)可得:

從以上的臨界荷載公式可以看出，是不考慮中間主應(yīng)力的影響，但是最近的研究表明，中主應(yīng)力對(duì)土體強(qiáng)度有一定影響，所以，如果計(jì)算結(jié)果沒有考慮中主應(yīng)力的影響會(huì)使計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致結(jié)果偏小。此外，前者還提到，土是一種顆粒材料，其強(qiáng)度包線和莫爾-庫侖準(zhǔn)則的三維應(yīng)力是不同的，一些實(shí)驗(yàn)表明，在國內(nèi)和國外。三維度的SMP強(qiáng)度準(zhǔn)則在1974松崗元，Nakai Teruo兩位科學(xué)家是非常相似的三維土壓力作用下的強(qiáng)度包絡(luò)線。因此，因此，臨界荷載公式中引入了三維應(yīng)力狀態(tài)，不再采用莫爾-庫侖準(zhǔn)則的二維，而是直接由三維SMP破壞準(zhǔn)則，這樣子做不僅可以使現(xiàn)有的臨塑荷載理論更為完善，還可以反映出工程實(shí)際的情況。

5 結(jié)語

本文選中SMP強(qiáng)度準(zhǔn)則作為說明對(duì)象，只是因?yàn)镾MP強(qiáng)度準(zhǔn)則在實(shí)驗(yàn)中的效果性是最好的。但是，眾所周知，任何事物都不可能只有一條標(biāo)準(zhǔn)，同理，土體的強(qiáng)度準(zhǔn)則也不是一個(gè)SMP準(zhǔn)則就可以概括所有土體的強(qiáng)度性質(zhì)，就目前而言，其他的強(qiáng)度準(zhǔn)則也都有其可以很好使用情況，在使用準(zhǔn)則的時(shí)候，要根據(jù)土體的強(qiáng)度性質(zhì)對(duì)應(yīng)找出最合適的強(qiáng)度準(zhǔn)則，而不是一味的人為某一個(gè)準(zhǔn)則是最好用的。本篇文章只是大致的講解了SMP的一個(gè)參考方向，如果研究者可以更深入的研究出更符合當(dāng)代適用的準(zhǔn)則強(qiáng)度，這會(huì)是巖土工程的一個(gè)福音。

［1］焦峰，扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)［J］，蘭州理工大學(xué)，2004．

［2］井玉國，超限鋼筋混凝土扶壁式擋墻的研究與應(yīng)用［J］，山東大學(xué)，2007．

［3］曾玉瑩，基于智能優(yōu)化技術(shù)土壓力分析計(jì)算方法研究［J］，中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［4］谷云峰．SMP強(qiáng)度準(zhǔn)則在巖土工程計(jì)算中的應(yīng)用［J］．合肥工業(yè)大學(xué)，2004．