关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷.doc

1关于水工建筑物地震主动动土压力计算 的商榷摘要：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2Ｈ——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１３．１ 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１１）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０．３５αｈ——水平向设计地震加速度αｖ——竖向设计地震加速度，应取２／３×ａｈ3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－θｅ２）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４．０Ｃｚ——综合影响系数，取１／４ｋＨ——水平向地震系数，７°度地震时为０．１φ——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4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％４ 计算实例现用某节制闸翼墙桩基整体稳定实例进行分析，地震主动动土压力经采用不同计算方法，其结果见表３已知条件：扶壁式档墙，墙长２０ｍ；墙底宽８．０ｍ，墙后填土水平高度７．５ｍ；填土等值内摩擦角２２°；翼墙墙面与土之间外摩擦角为１１°墙后水深６．７８ｍ 土饱和容重为１８．２ｋｎ／ｍ３，遇７°地震时取地震系数角为１．４６°由表３ 可看出ＳＬ２０３－９７与ＧＢ５０２８６－９８地震主动动土压力数值极其相近，但ＳＬ２０３－９７动土压力仅占静土压力的２．８％。

其原因在于ＳＬ２０３－９７中４．９．１－１公式含有数值当墙后填土表面为水平，且墙面无外荷，墙面与垂直面夹角（Ψ 或 α）为零时，简化计算公式如下：虑０．９８３３影响，计算结果为２４８６．５ＫＮ≈２４８７．３ＫＮ（ＧＢ５０２８６－９８），其动土压力与静土压力比值亦为４．６％另外再分析ＳＬ２０３－９７中４．９．１－１公式，计算系数 ζ 取０．２５和０．３５对地震主动动土数值的影响，见表５当 ζ 为０．３５时，地震角取２．０５°，则Ｃｅ值为０．４３９７， ，和当 ζ 为０．２５时，地震角取１．４６°，则Ｃｅ值为 明计算系数区分０．２５和０．３５实际意义不明显５ 结语5（１）经过分析计算，在采用ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式进行抗震设计时，地震主动动土压力系数Ｃｅ应只取值计算，这和《堤防工程设计规范》ＧＢ５０２８６－９８、 《港口工程技术规范》（１９８７年）、 《水运工程建筑物抗震设计》ＪＴＪ２０１－８４及《水工设计手册》第七卷挡土墙部分的规定相一致２）在采用ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式时，计算系数不再区分０．２５和０．３５３）建议ＳＬ２０３－９７中４．９．１公式与《堤防工程设计规范》ＧＢ５０２８６－９８中当地震设防时主动动土压力库伦公式相统一。

参考文献：(１)甘维义，甘城． 《水工设计手册》[Ｓ]．水利电力出版社，１９８２．(２)冯国栋等． 《土力学地基与基础》[Ｍ]．中国工业出版社，１９６３．(３)《水工建筑物抗震设计规范》ＳＬ２０３－９７[Ｓ]．水利电力出版社， １９９８．(４)《水工建筑物抗震设计规范》ＳＤＪ１０－７８[Ｓ]．水利电力出版社， １９７８．(５)《水运工程水工建筑物抗震设计规范》ＪＴＪ２０１－８４[Ｓ]．人民交通出版社，１９８４．(６)《港口工程技术规范》[Ｓ]．人民交通出版社，１９８７．。