小議SMP強度準則在巖土工程計算中的應用

■王桃桃，劉 潔 ■西安工業大學北方信息工程學院，陜西 西安 710061

1 SMP強度準則的相關介紹

1．1 強度準則概述

大家都知道，土壤是由一組離散的土壤顆粒，當剪切破壞，因為粉碎土壤顆粒單點失效，也就是說，土壤顆粒本身比土相對滑移更容易。因此，相互滑動的趨勢或相對土顆粒間的滑動是指土壤的承載能力。因此，使土體顆粒間產生相互滑動趨勢或者相對滑動的極限能力是指土的強度。通常土的強度又稱之為土的抗剪強度。破壞準則是用來衡量抗剪強度的指標，又被稱為破壞包線模型。換句話說，當土壤被破壞，這意味著土壤應力狀態的破壞準則和應力狀態和交叉的破壞包絡線模型。材料的破壞準則，如金屬材料，金屬材料，有兩個著名的標準，一個是二維應力狀態特萊斯C(Tresca)準則，另一個指的是優化三維應力狀態(msies)準則。因為土的材料和金屬材料相差甚大，所以金屬材料的準則是不適合于土體材料，因此，土體材料有屬于自己的準則，比較有名的是莫爾-庫侖準則的二維應力狀態和(MOH rcuolomb)利用莫爾-庫侖準則推廣到SMP(一個在松崗)準則。

2 土壓力概述

2．1 擋土墻的類型

在平常的工程中，比如常見的土木、水利、交通等工程中，在支護結構施工中經常遇到，擋土結構是支持一些天然或人工邊坡坍塌的預防作用，擋土是一種保持土體穩定性的建筑物，故又被稱為擋土墻。常用的擋土在路基擋土墻基礎兩側壁，兩側壁上，對翼墻進出口和兩個側壁，水力結構橋臺，河岸的防護墻，雙方港口的邊坡擋土墻墻，地下結構的邊墻，等。由上面可知擋土墻是多種作樣的，如果根據擋土墻的特點可以將其分為重力式擋土墻，懸臂式擋土墻，扶臂式擋土墻，支撐墻，板樁墻擋土墻，錨定板擋土墻，加筋土擋土墻等等。

2．2 作用于擋土墻上的土壓力

作用在擋土墻上的土壓力的來源是土，地下連續墻等結構上的擋土墻土壓力，無論什么樣的建筑物承受從的側壓力就是土壓力。因此，土壓力是在保留部分設計的主要考慮因素，檢查土壤結構的穩定性。

自從十八世紀開始就有許多學者意識到了這個問題并對此進行了研究，而且很多學者還得到了不錯的效果并對應提出了許多土壓力的計算理論和計算方法。其中最為著名的是1773年庫侖(C．A．Cuolomb)提出的土壓力理論和1857年朗肯(W．J．Ranklne)提出的土壓力理論，這兩個土壓力理論子已廣泛應用于土壓力的計算，基礎仍在工程建設。作用于擋土墻上的土壓力，所受到的因素是多方面的，比如擋土墻的形式和墻體剛硬度、擋土墻的與地面傾斜度及其表面粗糙程度、擋土墻的變形和位移、填土的材料、填土表面荷載情況、地下水情況等等。

當擋土墻的形式發生改變時，作用在其上的土壓力的大小和分布也會隨著改變。正常情況下，只要剛性擋墻，擋墻位移產生足夠的，你可以把墻回填土后處于極限平衡狀態，然后土壓力的分布是一個三角形。恰好庫侖土壓力理論和朗肯土壓力理論都是適用于剛性擋土墻。而柔性擋土墻由于受到墻體本身變形的影響，土壓力的大小及其分布與剛性擋土墻有很大的區別。如前所述，對墻體的位移和變形會使作用在擋土墻土壓力的變化。靜止土壓力是指壁靜態，而不產生位移，不變形，墻背填擋土墻土壓力填充彈性平衡狀態。如果墻體填充方向偏離水平位移墻的頂部附近，或在填充墻的旋轉方向，或墻在墻附近的地球旋轉墻踵，偏離土體的變形方向，靜止土壓力時，土壓力逐漸降低，逐漸失去了原來的平衡狀態，如果填充的極限平衡狀態，土壓力作用在擋土墻被稱為主動土壓力。被動土壓力是指墻向平移或旋轉地球的方向，并填寫朝墻的位移或變形的方向，墻背填土壓實，因為逐漸失去原有的平衡狀態，當位移達到一定數量，且土體壓密到一定程度，從而使墻背填土處于被動極限平衡狀態時，填土作用在擋土墻上的土壓力。

3 朗肯土壓力理論

朗肯土壓力理論第一次面世是在1857年，是由英國人朗肯(W．J．M．Ranklne)提出的，這一理論自面世以來由于其概念明確、方法簡單、至今仍然被廣泛應用。朗肯研究半無限土體內各點在重應力作用下，從極限平衡狀態發展過程中的應力平衡狀態，然后提出在擋土墻上的土壓力的理論計算。這一理論的前提條件是土的極限平衡，在極限平衡的狀態下提出如下的基本假定:(1)擋土墻的墻面時豎直且光滑的，接觸面是毫無摩擦的;(2)擋土墻墻背面的是各向同性的均質填土，填土表面光滑;(3)在壓力的作用下，足夠產生位移和變形，是填土處于極限平衡狀態。朗肯土壓力理論是基于土的應力狀態和朗肯土壓力理論計算的基礎上的兩種理論及其研究極限平衡的半空間理論。朗肯在計算擋土墻壓力時應用了半空間體的應力狀態和土的極限平衡理論。直壁的第一假設回填土表面，光滑，墻的水平。在這種狀態下的墻背土壓力和剪切對土的界面應力為零。如果不改變右邊土體中的應力狀態。當主動或被動的擋土墻位移極限平衡條件，朗肯主動土壓力與擋在墻背土壓力被動土壓力的作用。

4 三維化的臨塑荷載公式

化簡可得:

從以上的臨界荷載公式可以看出，是不考慮中間主應力的影響，但是最近的研究表明，中主應力對土體強度有一定影響，所以，如果計算結果沒有考慮中主應力的影響會使計算結果出現誤差，導致結果偏小。此外，前者還提到，土是一種顆粒材料，其強度包線和莫爾-庫侖準則的三維應力是不同的，一些實驗表明，在國內和國外。三維度的SMP強度準則在1974松崗元，Nakai Teruo兩位科學家是非常相似的三維土壓力作用下的強度包絡線。因此，因此，臨界荷載公式中引入了三維應力狀態，不再采用莫爾-庫侖準則的二維，而是直接由三維SMP破壞準則，這樣子做不僅可以使現有的臨塑荷載理論更為完善，還可以反映出工程實際的情況。

5 結語

本文選中SMP強度準則作為說明對象，只是因為SMP強度準則在實驗中的效果性是最好的。但是，眾所周知，任何事物都不可能只有一條標準，同理，土體的強度準則也不是一個SMP準則就可以概括所有土體的強度性質，就目前而言，其他的強度準則也都有其可以很好使用情況，在使用準則的時候，要根據土體的強度性質對應找出最合適的強度準則，而不是一味的人為某一個準則是最好用的。本篇文章只是大致的講解了SMP的一個參考方向，如果研究者可以更深入的研究出更符合當代適用的準則強度，這會是巖土工程的一個福音。

［1］焦峰，扶壁式擋土墻結構的最優設計［J］，蘭州理工大學，2004．

［2］井玉國，超限鋼筋混凝土扶壁式擋墻的研究與應用［J］，山東大學，2007．

［3］曾玉瑩，基于智能優化技術土壓力分析計算方法研究［J］，中國建筑工業出版社，2005．

［4］谷云峰．SMP強度準則在巖土工程計算中的應用［J］．合肥工業大學，2004．