地震动土压力计算管理论文

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1前言

水工建筑物地震动土压力计算问题十分复杂，国内外目前大多采用在静土压力的计算式中，增加对滑动土楔的水平向和竖向地震作用，以此近似估算主动动土压力值。鉴于近似计算的滑动平面假定，在计算被动土压力时与实际情况差得很远，使结果不合理。因此，规范规定，地震被动动土压力计算应结合工程经验作专门研究。本文只针对主动动土压力计算公式进行分析。

利用《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中给出的计算公式进行地震主动土压力计算时发现，计算的结果与原规范偏差很大。有的文献曾经分析过其中的取值，但不全面，现对公式中的某些数学符号进行比较分析，供大家借鉴。

2算例

为便于分析，现举一实例进行分析。

某悬臂式挡土墙，墙后填土高度4.13m，填土表面单位长度的荷重为0KN/m，挡土墙面与垂直面夹角为0°，填土表面和水平面夹角为0°，土的重度的标准值取18.0kN/m3，土的内摩擦角为30°，挡土墙面与土之间的摩擦角取三分之一土的内摩擦角，即10°。

3计算公式

《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计算公式如下，其中Ce应取公式中按“＋”、“－”号计算结果中的大值。

式中FE——地震主动动土压力代表值（kN/m）；

q0——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；

g——土的重度的标准值；

j——土的内摩擦角；

qe——地震系数角；

d——挡土墙面与土之间的摩擦角；

z——计算系数，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，本计算取z=0.35；

ah——水平向设计地震加速度代表值，地震烈度Ⅶ度为0.1g，Ⅷ度为0.2g；

av——竖向设计地震加速度代表值，av=2ah/3；

g——重力加速度，9.8m2/s。

4计算成果分析

4．1计算成果

为便于对比分析，土的摩擦角分别取10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，地震烈度分别取Ⅶ度和Ⅷ度，按照SL203-97和SDJ10-78(试行)两套规范分别进行计算，计算结果见表1、表2。

4．2成果分析

从以上计算成果可以得出如下结论：

1)97规范计算出的地震力是78规范计算值的数倍。

2)随着土的摩擦角的增大，78规范计算出的土压力越来越小，97规范计算出的土压力越来越大，受力趋势不一致。

3)地震烈度越大，97规范计算出的土压力越小，这是不符和实际规律的。

从以上统计分析可以看出，现行《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）计算的地震主动土压力的计算公式存在一定的不合理成份。

从地震的作用效应来看，地震竖向分量av有两个方向，向上或向下，计算地震土压力时应分别计算，取其中的最大值为选用成果。至于原规范中规定的Ce应取公式中按“＋”、“－”号计算结果的大值没有实际意义。

4．3公式修正

根据以上分析，修改计算公式如下（此公式已得到原规范主要起草人的答复）：

修改后的计算成果见表3。

从上表可以得出如下结论：

1）修改后的公式新、旧规范计算结果相差不大，新规范比旧规范结果偏于安全。

2）当θe公式中取“-”号、Fe公式取“+”号时计算地震主动土压力最大。

3）无论Fe公式取“+”还是“-”号，θe公式中取“-”号比取“+”号计算的结果偏于安全。

从上面分析可以看出，用修改后的公式计算土压力更合理，同时从第3条可以得出结论，θe公式不用取“+”、“-”号，可以直接取“-号”。

5结语

《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）中计算地震动土压力的计算公式确实存在一定的问题，作者本人于1999年8月曾致信原规范起草单位请教，上述结论得到证实。

与《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）一同颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）已经于2001年被《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）替代，该规范中将地震主动土压力计算公式进行了修正（见上述）。因此涉及到地震动土压力计算的问题可以参考该规范进行计算。

参考文献：

1《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）,中国水利水电出版社，1998.4

2《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000），中国电力出版社，2001.3

作者简介：

（乔裕民，男，高级工程师，河北省水利水电第二勘测设计研究院副院长，1960.3）

（刘树玉，男，工程师，河北省水利水电第二勘测设计研究院设计处处长，1971.2）

DiscussionontheCalculationFormulaforActiveEarthPressureCausedbyEarthquake

QIAOYu-minLIUShu-yu

(TheSecondDesignandResearchInstituteofWarterConservancyandHydro-powerofHebeiProvince,Shijiazhuang,China,050021)

Abstract:Theactiveearthpressureforhydraulicstructurescausedbyearthquakeisrathercomplicated.Therearesomedefectsinitscalculationformulaincurrentseismicdesignspecification.Basedonalotofanalysis,testandverification,improvementontheformulahasbeenputforwardinthispaper.