1、书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2022/30(6)-1882-11赵其华，蒋峻峰，郑涛，等 2022 挡墙前有限斜坡土体被动土压力研究J 工程地质学报，30(6):18821892 doi:1013544/jcnkijeg20210552Zhao Qihua，Jiang Junfeng，Zheng Tao，et al 2022 New procedure for lateral earth pressure calculation in finite soil of sloping condition J Journal ofE
2、ngineering Geology，30(6):18821892 doi:1013544/jcnkijeg20210552挡墙前有限斜坡土体被动土压力研究*赵其华蒋峻峰郑涛彭毅王谊(地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059，中国)(华南防灾减灾研究院(深圳)有限公司，深圳 518001，中国)摘要为探究挡墙前存在斜坡临空面条件下土体破坏与侧土压力特征，采用强度折减法研究了不同临坡距与嵌入深度下的挡墙前侧有限斜坡土体的破坏特征，并用水平层分析法与静力平衡法，推导了一种考虑斜坡坡度、临坡距及临空斜坡内土体层间剪切力的被动土压力理论计算公式。通过与室内试验、数值
3、模型及其他计算理论对比，建议方法同模型试验、数值解及其他理论计算结果基本吻合，证明了建议方法对计算有限斜坡条件下被动土压力的有效性，最后分析了斜坡坡度、临坡距对被动土压力与临空斜坡土层中层间剪力的影响。研究表明:平动模式下的有限斜坡土体破坏面主要沿墙底与斜坡坡脚附近破坏，这与半无限空间条件的破坏特征明显不同;斜坡条件下的被动土压力随深度呈指数增加规律，且随临坡距减小与坡度增大，被动土压力均出现了一定程度的减小，其中临坡距为 0 时，被动土压力相比半无限空间条件时降低幅度达到 30%50%;平动模式下的临空斜坡土体中的层间剪切系数为 0.070.1;当墙背光滑且临坡距足够大时，建议方法可简化为理
4、想条件的朗肯被动土压力公式。关键词斜坡坡度;有限土坡;强度折减法;层间剪切应力;水平层分析法中图分类号:TU432文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg20210552*收稿日期:20210802;修回日期:20210830基金项目:国家自然科学基金面上项目(资助号:41272333)，国家重点基础研究发展计划(资助号:2011CB013501)The research is supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No 41272333)and National Program o
5、n Key Basic esearchProject of China(Grant No 2011CB013501)第一作者简介:赵其华(1965)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程方面的研究 E-mail:zhqh163com通讯作者简介:蒋峻峰(1986)，男，博士生，工程师，主要从事岩土体稳定、防护结构健康诊断与监测等方面的研究 E-mail:jjf524973903outlookcomNEW POCEDUE FO LATEAL EATH PESSUE CALCULATION INFINITE SOIL OF SLOPING CONDITIONZHAO QihuaJIANG
6、JunfengZHENG TaoPENG YiWANG Yi(State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)(South China Disaster Prevention and Mitigation esearch Institute(Shenzhen)Co，Ltd，Shenzhen 518001，China)AbstractA new approach is proposed t
7、o evaluate the destruction mode and lateral earth pressure of the finitesloping soil based on the slices method and limit equilibrium method The strength reduction method is used to studythe failure characteristic of the finite sloping soil in front of retaining wall with the different slope distanc
8、es andembedded depths The proposed method takes into account the gradient，width between retaining wall and crest ofthe slope(WWCS)，and shear stress of soil mass The accuracy of the proposed method is demonstrated bycomparing the experimental results，numerically calculated results，and other theoretic
9、al methods The comparisonresults show that the proposed method is appropriate for predicting the distribution of passive earth pressure in thesloping condition At last，a parametric study was undertaken to evaluate the effects of the gradient and WWCS onpassive earth pressure and shear stress by the
10、proposed method The results show that the characteristic of the failuresurface is mainly damaged along the bottom of retaining wall and the toe of the slope under translation mode of thefinite sloping soils，which is significantly different than that in the semi-infinite space condition The passive e
11、arthpressure increases exponentially with depth，and increases with the increasing gradient and decreasing WWCSWhen WWCS is 0，compared with the semi-infinite space condition，the passive earth pressure is reduced by 30%to 50%The coefficient of shear stress in the infinite slope soil is 0.070.1 under t
12、ranslation mode The proposedformulation can be simplified to ankines formulation of passive earth pressure when soil-wall interface is smoothand WWCS is enough largeKey wordsGradient;Finite soil slope;Strength reduction method;Layer shear stress;Horizontal layer analysis0引言有限斜坡岩土体广泛存在于河道斜坡上的桩板墙、基坑中半
13、逆作法施工条件下的围护桩墙、半挖半填路堑边坡上桩板墙等挡墙工程中。这些条件下挡墙前的有限斜坡岩土体，由于受斜坡坡度、挡墙与斜坡边缘距离等因素的影响，导致此种条件下的土体破坏模式与侧土压力分布特征同半无限空间条件下有较大不同(Hu et al，2020)。因此，挡墙前有限斜坡土体能否提供足够的被动土压力，对准确确定有限斜坡土体中挡墙的稳定性具有重要意义。目前被动土压力的研究多以半无限空间条件为研究前提。在被动土压力的试验研究方面，国内外众多砂土的被动土压力的室内试验与原位测试结果表明(Clough et al，1991;Fang et al，1994;顾慰慈，2001;徐日庆等，2002;Bec
14、ker et al，2006;赵建军等，2019)，当墙体平移时，在半无限空间中的被动土压力大致呈三角形分布，当在墙体绕墙脚转动和绕墙顶转动模式下，被动土压力随深度呈现出较强 的 非 线 性 分 布。试 验 测 试 结 果 与 经 典 的ankine 理论与 Coulomb 理论中的土压力随深度呈线性分布的特征存在矛盾之处，因而一些学者根据试验监测结果，在静力极限法(Jiang et al，2021)、图解法(顾慰慈，2001)、应力状态法(朱建明等，2015)、水平层分析法(王元战等，2006)、有限元法(张建勋等，2004;Liu et al，2020;史克宝等，2020;赵亮亮等，202
15、0)等方法的基础上提出了较多关于半无限空间的被动土压力的改进计算理论，主要有对数螺旋线滑面被动土压力计算(Terzzghi etal，1996;顾慰慈，2001)，考虑土拱效应的被动土压力计算(Hu et al，2020)，侧向有限土体中的被动土压力计算(韩同春等 2018;徐日庆等，2020;Chen et al，2021)，弹性地基梁法(陈继彬，2017)，应 变 楔 形 体 计 算 模 型(Ashour et al，2004;Nimtyongskul et al，2018;杨明辉等，2019)，考虑位移影响的非极限被动土压力(Ni et al，2018)等。对有限斜坡岩土体中的被动土压力
16、研究，应宏伟等(2011，2016)采用室内模型试验和数值模型研究了土体有限侧限宽度对被动土压力的影响，但并未考虑斜坡坡度与临 坡 距 影 响。Nimtyongskul et al(2018)、Yin et al(2018)和喻豪俊等(2018)则是研究采用原位试验或数值模型研究了斜坡坡度对水平受荷单桩的侧向地基承载力与地基反力系数分布特征的影响，并对半无限空间的水平受荷单桩侧向极限承载力公式进行了改进。Muraro et al(2014)和Pirone et al(2018)采用强度折减法研究了斜坡条件下单桩加固坡体后的桩位移、被动土压力与结构内力分布特征。由上述被动土压力的研究现状可见，考虑斜坡坡度、临坡距及土层内部剪力的被动土压力的理论计算仍不多见，而目前实际工程中，斜坡条件下挡墙前有限土体的被动土压力的计算仍多采用传统的半无限空间的土压力理论进行折减计算，由于忽略了斜坡坡度、临坡距等因素对侧土压力的影响，导致传统的被动土压力计算理论在斜坡有限土体中的计算误差较大，进而因水平抗力不足而出现挡墙倾覆或推倒破坏等工程问题，如四川茂县黑虎四村滑坡、三岔湖雷打石滑坡等。针对以上情况，本文
