绍兴文理学院土木工程学院 浙江绍兴 312000
摘要：本文以土压力做主题，理论分析了朗肯土压力和非饱和土土压力，并引入部分实例。
关键词：土压力；剪力；非饱和
1土压力的定义
土压力是作用在挡土结构物上的侧向压力的总称，而侧向压力是由挡土结构物后的土体因其自身重力或外部荷载作用对墙背产生的。挡土结构物是用来侧向支持土体，保证结构物或土体的稳定性，以及防止土体坍塌和滑坡的一种常见构筑物，在实际工程中常采用砖、块石以及钢筋混凝土等材质建成，比如土木工程中的地下室侧墙、水利工程中的堤岸挡土墙、交通工程中的隧道侧壁等基础建设工程中被广泛应用。根据地质力学报告概述地质力学研究结果表明，有效应力原理是土力学中最基本和最重要的原理。
考虑到土压力是作用在挡土结构物上的主要荷载组成部分的原因，可以知道土压力的计算是设计挡土结构物时的重要环节。而在计算过程中，我们可以根据挡土墙的移动情况和墙后土体的应力状态来判断土压力类型，而我们通常将土压力分为三种类型，分别是静止土压力、主动土压力、被动土压力，一般用E0、Ea、Ep表示。
土压力的计算理论主要涉及到两个理论原理，分别是朗肯土压力理论和莫尔-库伦土压力理论。尽管这些理论都是在各种不同的假定环境基础上进行计算并简化，但胜在其计算过程简便，并且国内外诸多研究也曾表明其实用可靠性。
实际工程中，作用在埋地结构上的土荷载是已知的，它受到土的特性、结构的刚度和几何形状的影响。为了减小埋地结构的土压力，几十年来一直推荐和应用诱导沟安装技术。它包括在埋藏结构物上方立即安装一个软土地带，以调动回填材料中的抗剪强度。已有研究利用触觉传感技术测量结构墙体上的接触压力。利用试验结果验证了所建立的土-土工合成材料-结构相互作用的有限元模型。然后利用该数值模型研究了三种不同 密度下回填材料的土拱效应和应力发展规律。这种类型夹杂物对埋藏结构周围土压力分布的影响是有效的。
2朗肯土压力
2.1定义
朗肯土压力属于两个著名的土压力理论之一，它是通过研究自重应力下半空间土体内各点应力的大小关系，基于土的极限平衡理论，计算得出土压力的计算理论方法。因其概念简单明确，且方法快捷，常在工程建设中被广泛应用。
2.2验证方法
朗肯土压力是在其三个基本假设的基础上进行推导的，其内容为：①挡土墙背光滑且垂直；②墙后填土表面水平且无限延伸；③墙体本身为刚性体，不作任何变形。假设①表明墙背与填土间是不存在摩擦力的，即没有剪应力，假设②是将填土看作半无限空间，竖向和水平方向都是主动力方向。
2.3基本原理
朗肯认为当墙后填土达到极限平衡状态时，与之接触的任一土单元都处于极限平衡状态，利用极限平衡条件，先求出压力强度，再推导求出了主动土压力和被动土压力的计算公式，属于极限应力法。但在实际工程应用中，该理论却忽略了墙背与填土之间的摩擦力，墙背不可能是光滑的，导致计算出的数值与真值有偏差（主动土压力偏大、被动土压力偏小）。
2.4简述碳化土壤朗肯拟静力土压力
有学者为计算刚性挡土墙背面的地震主动土压力提供了解析解。
使用胡公式是基于共轭应力的概念，没有采用任何额外的假设，类似于朗肯的原始土压力公式。考虑了倾斜回填和墙体倾斜的影响。此外，还推导了土墙摩擦角作为惯性力和问题几何的函数的闭式解，而不是实际中常用的常数值。根据提出的公式计算的净地震主动力与先前公布的方法计算的净地震主动力相当[1]。
3非饱和土土压力
非饱和土是一种三相复合土，因其气体存在，使非饱和土的性质复杂多样，而我们在实际工程中遇到的土大多数是非饱和状态，这给工程建设带来了不同程度的困扰，甚至仍有工程还在饱受非饱和土带来的威胁。
从力学角度来看，基质吸力与非饱和土中的表面张力是有关联的，则含水率与吸力两者关系密切，甚至对于一些特殊的非饱和土来说，吸力的大小关键取决于其含水率的大小，关系曲线为水分特征曲线（SWCC）。反之溶质吸力就相较小了，随含水量的变化也较小。以工程问题的紧密程度来讲，基质吸力相较于溶质吸力来说，基质吸力更具有研究意义。
由于吸力的原因，使得非饱和土的强度得以提高，而非饱和土的强度是土体颗粒间相互作用力的宏观反映，该指标是非饱和土理论研究的重要内容其中，被广泛应用的Bishop强度公式和Fredlund强度公式都是基于饱和土有效应力原理来提出的，直接反映了吸力与强度的影响。
非饱和土的土压力理论是继饱和土土压力理论的进一步研究，而现有的关于非饱和土提出的强度公式已有试验表明，是不能直接反映非饱和土的实际应力状态和强度，同时也不能让非饱和土自身的强度潜能和承载能力得以发挥。关于非饱和土的强度理论，在众多的研究过往来看，应结合非饱和土的压缩试验，并符合实际工程的受力情况，采用合理的强度理论，进一步加强完善非饱和土的理论基础。
4实例
加筋土挡土墙主动土压力的解析计算方法：许多土力工程问题都需要计算挡土墙后面的主动土压力，因为挡土墙后面的回填土会受到附加费的影响。有研究采用分析方法，确定加筋回填土挡土墙上超载引起的压力。对水平条分法进行了评述，并提出了一个完整的公式来确定线超载对摩擦或粘结-摩擦回填加筋挡土墙的影响。首先，计算了无配筋墙体上管线附加荷载的侧压力，并与其它方法进行了比较。然后，利用这一公式，对管线超载引起的主动土压力进行了评估。在此基础上，提出了一个新的计算公式，该公式考虑了线超载对加筋填土墙的加筋力和主动土压力的影响。算结果表明，新方法考虑了土体粘聚力和内摩擦角对超载引起的主动土压力的影响[2]。
5结束语
库伦土压力理论和朗肯土压力理论至今在工程领域仍是被广泛应用的最重要的土压力理论，这些理论虽然在工程建设中广泛使用，但本身局限性也是很明显的。
参考文献：
[1]Lin Li，Weibing Gong，Jingpei Li.Prediction on service life of concrete pipeline buried in chlorinated environment under nonuniformly distributed earth pressure[J].Construction and Building Materials，2020，243.
[2]Wenru Jia，Chunlai Zhang，Xueyong Zou，Liqiang Kang.Effect of transverse ridge microtopography on the surface shear stress distribution and soil wind erosion[J].Soil & Tillage Research，2020，198.
作者简介：姚霞（1998-），贵州遵义人，土木工程专业，本科生，Email：1666063895@qq.com