1.一种基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,所述求解方法包括如下步骤:步骤1,建立基于库伦土压力理论的挡土墙受力分析模型;
所述挡土墙的墙底比墙顶宽,所述挡土墙的一侧表面外具有墙后填土,所述一侧表面倾斜;
所述挡土墙的侧表面受到来自所述墙后填土的侧向压力,侧向压力即土压力;
所述挡土墙在土压力或外力作用下发生水平位移;
步骤2,建立砂土静止土压力线性变位模型;
基于所述挡土墙的移动方向和墙后填土的极限平衡状态,构建所述挡土墙与所述墙后填土之间的土压力E与所述挡土墙的水平移动量 的对应关系,得所述挡土墙所受土压力E与水平移动量 的非线性关系曲线;
步骤3,基于库伦土压力理论求解静止土压力系数近似解;
通过所述砂土静止土压力线性变位模型中应力‑应变线性关系,得到线性关系下的静止土压力强度近似解 ,进而求得砂土静止土压力系数线性近似解 ,在所述步骤1中,所述一侧表面与竖直面之间的夹角为α,所述墙后填土为砂土;
所述挡土墙的侧表面粗糙,所述挡土墙的侧表面与墙后填土之间存在摩擦力,摩擦角为δ,所述墙后填土与水平面间的坡角为β,所述挡土墙在土压力的作用下向背离填土方向水平移动量达到 后,墙后填土达到主动极限平衡状态,此时所述挡土墙上的土压力为主动土压力 ;
所述挡土墙在外力作用下向靠近填土方向水平移动量达到 后,墙后填土达到被动极限平衡状态,此时所述挡土墙上的土压力为被动土压力 ;
所述挡土墙不产生任何移动时,墙后填土处于弹性平衡状态,此时所述挡土墙上的土压力为静止土压力 ,在所述步骤2中,为了消除所述挡土墙高度H的影响,反映所述挡土墙所受土压力E与水平移动量 关系的固有力学性质,将所述关系曲线的纵坐标E除以单位宽度为1m的所述挡土墙侧表面的表面积A,用侧向应力P表示,即公式(1)
同理,将所述关系曲线的横坐标 除以挡土墙高度H,用侧向线应变ε表示,即公式(2)假设所述墙后填土所用砂土为弹性、各向同性、均质体,并将侧向线应变ε与侧向应力P的关系曲线近似成线性关系,建立所述墙后填土所用砂土的静止土压力线性变位模型,用一次函数表述所述砂土的应力‑应变线性关系,即公式(3)
公式(3)中, 为主动土压力强度; 为被动土压力强度;P为一次函数曲线任意一点应力; 为主动土压力强度所对应的应变, ; 为被动土压力强度所对应的应变,;ε为P所对应的应变;E为土体弹性模量,在所述步骤3中,满足如下关系:
公式(4)
将 和 代入公式(4)化简可得:
公式(5)
由库伦土压力理论可知,所述挡土墙的墙底处主动土压力强度 、被动土压力强度和静止土压力强度近似解 分别满足:公式(6)
公式(6)中, 为库伦主动土压力系数; 为库伦被动土压力系数; 为静止土压力系数;γ 为所述砂土的重度;
将公式(6)代入公式(5)进行化简进而求得砂土静止土压力系数线性近似解 为公式(7)。
2.根据权利要求1所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,由库伦土压力理论得库伦主动土压力系数为:公式(8)
公式(8)中,φ 为所述墙后填土的内摩擦角,所述库伦被动土压力系数为:
公式(9)。
3.根据权利要求2所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,将公式(8)和公式(9)代入公式(7),得砂土静止土压力系数线性近似解 为:公式
(10)
公式(10)中,A和B为化简的系数,分别为:, 。
4.根据权利要求3所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,当所述挡土墙的墙背直立α=0时,所述墙后填土与水平面间的坡角β=0,所述挡土墙与所述砂土间无摩擦δ=0时,公式(10)化简为:公式(11)
所述公式(11)为基于朗肯土压力理论的砂土静止土压力系数线性近似解 。
5.根据权利要求3所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,根据公式(10)确定地下工程竖井外荷载 ,计算所述竖井外荷载 时,公式(10)中,参数α=0,参数β=0,所述竖井与所述砂土间存在摩擦,δ≠0,得所述竖井外荷载 计算公式为:公式(12)
公式(12)中,A和B为化简的系数,分别为:, ,
当所述竖井的外壁光滑,即所述竖井与所述砂土间无摩擦,δ=0,根据公式(11)计算获得所述竖井外荷载 的计算公式为:公式(13)。
6.根据权利要求3所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,根据公式(10)确定地下工程矩形顶管刀盘控制土压力 ,计算所述矩形顶管刀盘控制土压力 时,公式(10)中,参数α=0,参数β=0,所述刀盘与所述砂土间存在摩擦,δ≠0,得所述矩形顶管刀盘控制土压力 的计算公式为:公式(14)
公式(14)中,A和B为化简的系数,分别为:, ;
为所述矩形顶管埋深; 为所述矩形顶管机高度。
7.根据权利要求1所述的基于砂土侧向应力‑应变线性相关的 系数求解方法,其特征在于,在所述步骤1中,
所述墙后填土达到主动极限平衡状态、被动极限平衡状态和弹性平衡状态时,所述墙后填土均形成三角形滑动土楔体。