范毅雄

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司 武汉430010)

引言

各国顶管设计规范中, 顶管管顶竖向土压力的计算公式在形式上有所不同, 日本下水道管渠推进技术协会规范[1]采用太沙基松弛土压力公式计算,德国水资源管理协会规范[2]和污水处理技术协会规范[3]根据筒仓理论计算, 美国土木工程师协会规范[4]采用马斯顿-斯潘格勒公式计算, 但差别只是形式上的, 德、美规范中计算公式实际上和太沙基松弛土压力公式是一致的, 都遵循相同的理论假设和推导过程, 只是计算参数的取值有区别。

决定松弛土压力的主要是剪切面形态及其间距、剪切阻力计算参数、地面荷载等几个关键计算参数, 日、德、美规范对这些参数的取值是不同的, 中国规范则主要参考美国规范的做法。本文期望通过对各国规范不同参数取值方法的分析和比较, 综合总结, 得到一个更全面、合理、便捷的计算公式。

1 太沙基松弛土压力公式

太沙基(1943)[5]对活门试验[6]进行总结,基于以下三条假设推导了平面应变状态下的松弛土压力公式: ①剪切面竖直平行, ②任意水平面上松弛土压力均匀分布, ③剪切面上的剪切阻力按摩尔-库仑公式计算。计算模型如图1 所示。

图1 太沙基松弛土压力计算模型Fig.1 Terzaghi relaxation earth pressure calculation model

其中B为剪切面间距(本文和德、美规范一致定义为B, 太沙基原文和日本规范则定义为2B以简化公式),q为地面分布荷载,γ为土体重度,c为土体内聚力,φ为土体内摩擦角; 取深度z处的微单元dz,σv为竖直松弛土压力,σh为水平土压力, 引入水平土压系数K, 令σh=Kσv; 则根据摩尔-库仑公式, 剪切面上的剪切阻力为c+μσh=c+Ktanφσv。……