GEO5挡墙中基底偏心距为负时取零的说明

  对于某些形式的挡土墙,例如斜式挡土墙,可能出现基底偏心距为负的情况(基底向墙后偏心)。例如有下图中的挡墙模型(源文件.rar)。

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  当我们点击“承载力验算”,计算结果如下图所示:

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  从图中可以看出,偏心距为零,而实际上此处偏心距并不为零,该仰斜式挡土墙基底的轴力作用点有向右侧的偏心,偏心距应为负值,但是GEO5给出的偏心距结果却为零。

  GEO5这样处理主要有以下三个原因:

  1. 地基承载力如果不满足要求,一定是墙前地基首先发生破坏。

  2. 偏心距为负对抗倾覆有利。

  3. 偏心距为负时墙后土压力将大于主动土压力,偏心距不可能为负。

  下面对这三个原因依次进行详细说明。

  原因之一:当地基土承载力较低时,地基可能产生破坏,如果轴力偏心在左侧(法向力合力作用点偏向墙趾),则墙前地基因为没有上覆填土的压实,很容易发生隆起破坏(如下图);而如果轴力偏心在右侧(法向力合力作用点偏向墙踵),墙后地基因为有上覆填土的压实作用,地基很难发生隆起破坏(如下图)。

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基地偏心为正(法向力合力作用点偏向墙趾)时的地基破坏

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基底偏心为负(法向力合力作用点偏向墙踵)时的地基破坏

  根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011),地基承载力验算应符合下列规定(其中fa为修正后的地基承载力特征值):

Pk≤ fa(式1)

Pk,max≤1.2fa(式2)

注:轴心荷载作用时,满足式1即可;偏向荷载作用时需要同时满足式1与式2。

  基底偏心距为负时,此时基底最大应力Pk,max位于墙踵处,而仰斜式挡土墙墙踵处因为墙后土体的压实作用,地基承载力会远大于1.2fa,所以GEO5中不进行式2的验算,偏心距取值为0。

  原因之二:基底偏心距为负时,挡墙有向墙后土体倾倒的趋势,对抗倾覆是有利的。如果挡墙发生倾倒破坏,都是向前倾倒的,没有出现过挡墙向后倾倒破坏的情况。

  原因之三:这是GEO5将偏心距为负处理为零的最重要的一条原因,即偏心距为负是不可能发生的,即使发生偏心距也非常小。首先我们按照正常的思路来分析一下偏心距为负时挡墙的基地受力和沉降情况,如下图

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基底反力分布(蓝色)

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地基产生差异沉降时挡墙向墙后倾倒

  当挡墙不发生任何转动时,基底反力墙踵部分更大,此时将导致墙踵处的地基沉降更大,因此挡墙会向墙后倾倒。但是,当挡墙向墙后倾倒时,墙后的土压力会增大,不再是主动土压力,相应的由于土压力的增大,墙踵的基地应力会减小,差异沉降也会减小,基底应力会趋于均布。因此,墙后土压力最终会找到一个合适的大小和状态,使得基底应力分布趋于均布,最终可能的负偏心距变为零或很小。

  结论

  1. 当挡土墙基地偏心距为负时,GEO5将其考虑为0是合理的,且是符合工程实际的。

  2. 岩土工程中的计算公式都有其适用条件,当超出适用条件时,应当考虑岩土体会产生什么样的反应,从而更合理的考虑岩土工程问题而不是简单的照搬公式。

GEO5 2022版之后支持偏心距为负的验算,在分析设置中选择中国规范即可。

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