关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷(1)
毕业论文
2014/4/1
摘要：在水工建筑物的抗震设计过程中，地震主动动土压力计算问题较复杂，在工程实际中计算方法一不。通过总结各种计算方法，提出计算地震主动动土压力的意见。
关键词：水工建筑物 地震 动土压力 规范
１ 问题的提出
当水工建筑物修筑在地震烈度７°（含７°）以上区域时，应进行抗震计算，以保证工程的正常运行。为做好水工建筑物抗震设计，水利部先后两次编制《水工建筑物抗震设计规范》，即ｓｄｊ－７８（试行）和ｓｌ２０３－９７。
在执行规范ｓｌ２０３－９７过程中，发现４．９．１地震主动动土压力计算公式中，对主动动土压力系数ｃｅ取值的提法值得商榷。
２ 地震主动动土压力计算
《水工建筑物抗震设计规范》ｓｌ２０３－９７中给出的地震主动动土压力代表值计算公式为：
式中 ｆｅ——地震主动动土压力代表值
ｑｏ——土表面单位长度的荷重
ψ１——挡土墙面与垂直面夹角
ψ２——土表面和水平面夹角
ｈ——土的高度
γ——土的重度的标准值
φ——土的内摩擦角
θｅ——地震系数角
δ——挡土墙面与土之间的摩擦角
ζ——计算系数，动力法计算地震作用效应时取１．０，拟静力法计算地震作用效应时一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５并规定，公式中的ｃｅ应取式（２）中按“＋”、“－”号计算结果中的大值
３ 墙后填土为水平面时主动土压力系数应小于１
主动土压力按库伦理论计算，墙后填土是砂土，只有内摩擦角φ，没有凝聚力ｃ（若考虑凝聚力ｃ的影响，则通过加大内摩擦角的办法，即采用“等值内摩擦角φ０”将凝聚力ｃ包括进去），因此主动土压力系数是与土的内摩擦角φ密切相关的。在墙后填土为水平面，砂性土内摩擦角φ为１５°～５０°时，主动土压力系数应小于１。
３．１ 地震主动动土压力系数ｃｅ计算公式中的明显不合理
在ｓｌ２０３－９７中４．９．１条地震主动动土压力公式中，主动土压力系数ｃｅ值的大小关键在于，规范要求取“＋”、“－”号计算结果中的大值。此种提法不妥，因为采用时，ｃｅ值肯定会大于１。
（１）地震主动动土压力与静土压力计算不同，在于水工建筑物遭遇地震时主动动土压力要考虑地震系数角θｅ的影响，θｅ是随着地震烈度的大小而变化，其公式为：
式中 ζ——计算系数，一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５
αｈ——水平向设计地震加速度
αｖ——竖向设计地震加速度，应取２／３×ａｈ
现将不同地震列度的θｅ值计算如表１，可供抗震设计时应用。
可见，当ｃｅ取“－”号时得２．８８９１，数值不确切。
在进行抗震设计时，应将库伦公式中的土容重γ，土的内摩擦角φ和墙面与土之间的摩擦角δ，均按地震基本烈度对应的地震系数角θｅ，分别修正为λ／ｃｏｓθｅ，φ－θｅ。
（２）取地震烈度７°，土的内摩擦角φ为２２°，１１°，其余ψ１、ψ２为零的情况下，分析对ｃｅ值的影响。不同φ值的ｃｅ值计算如表２。
可见，ｃｅ在采用时，其结果毫无实用价值。
３．２ 动土压力与静土压力比值分析。
地震主动动土压力包括静土压力和动土压力，用两者比值分析地震动土压力系数ｃｅ采用的正确性。
（１）利用公式分析
已知地震主动动土压力系数为０．４３１８，而静土压力系数
（２）利用ｓｄｊ－７８（试行）中公式核算
按公式
式中 ｃｅ——地震动土压力系数，取４．０
ｃｚ——综合影响系数，取１／４
ｋｈ——水平向地震系数，７°度地震时为０．１
φ——内摩擦角，２２°
ｅ——静土压力
动土压力与静土压力比值为４％。
（３）利用ｓｌ２０３－９７中４．９．１公式的编制说明近似估算主动动土压力值和其比值。
经过对某工程实例计算后，动土压力与静土压力比值为５％。
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