擋土結構內力分析，給大家粗略介紹一下

擋土結構內力分析是基坑工程設計中的重要內容。隨著基坑工程的發展和計算技術的進

擋土結構內力分析的古典方法主要包括平衡法、等值梁法、塑性鉸法等。平衡法，又稱自由端法，適用於底端自由支承的懸臂式擋土結構和單錨式擋土結構。當擋土結構的入土深度不太深時，結構底端可視為非嵌固，即底端自由支承。圖 6-1 為單錨擋土結構在砂性土中的平衡法的計算簡圖。為使擋土結構在非嵌固條件下達到極限平衡狀態，作用在擋土結構上的錨系力 Ra、主動土壓力 Ea 以及被動土壓力 Ep 必須平衡。具體計算方法是：利用水平方向合力等於零以及水平力對錨系點的彎矩和等於零，求得擋土結構的入土深度。代入水平力平衡方程即求得錨系點的錨系拉力 Ra，進而可求解擋土結構的內力。

等值梁法，又稱假想鉸法，可以求解多支撐（錨杆）的擋土結構內力。首先假定擋土結構彈性曲線反彎點即假想鉸的位置。假想鉸的彎矩為零，於是可把擋土結構劃分為上下兩段，上部為簡支梁，下部為一次超靜定結構（圖 6-2），這樣即可按照彈性結構的連續梁求解擋土結構的彎矩、剪力和支撐軸力。等值梁法的關鍵問題是確定假想鉸 Q 點的位置。通常可假設為土壓力為零的那一點或是擋土結構入土面的那點，也可假定 Q 點距離入土面深度為 y，該 y 值可根據地質條件和結構特性確定，一般為（0.1～0.2）倍開挖深度。

塑性鉸法，又稱 Terzaghi 法，該方法假定擋土結構在橫撐（除第一道撐）支點和開挖面處形成塑性鉸，從而解得擋土結構內力。

擋土結構內力分析的解析方法是通過將擋土結構分成有限個區間，建立彈性微分方程，再根據邊界條件和連續條件，求解擋土結構內力和支撐軸力。常見的解析方法主要有山肩幫

山肩幫男法的精確解有如下基本假定：

（1）粘土地層中擋土結構為無限長彈性體；

（2）開挖面主動側土壓力在開挖面以上為三角形，開挖面以下抵消被動側的靜止土壓力後取為矩形；

（3）被動側土的橫向反力分為塑性區和彈性區；

（4）橫撐設置後作為不動支點；

（5）下道支撐設置後，上道支撐軸力保持不變，且下道支撐點以上擋土結構位置不變。山肩幫男法將結構分成三個區間，即第 k 道橫撐到開挖面區間，開挖面以下塑性區及彈性區（圖 6-3）。

基本求解過程是首先建立彈性微分方程，再根據邊界條件和連續條件，導出第 k 道橫撐軸力的計算公式及變位和內力公式。由於山肩幫男法的精確解計算方程中有未知數的五次函數，計算較為繁複。山肩幫男法的近似解法對上述基本假定做了修改，只需應用兩個平衡方程就可依次求得各道橫撐內力。彈性法與山肩幫男法在基本假定上基本相同，只有在對土壓力的假定有差別。彈性法中假設主動側土壓力已知，但開挖面以下只有被動側的土抗力，被動側的土抗力數值與牆體變位成正比（圖 6-4）。

彈塑性法與上述兩種方法的主要差別在於，山肩幫男法和彈性法都假定土壓力已知且擋土結構彎矩及支撐軸力在下道支撐設置後不變化，而彈塑性法假定土壓力已知但擋土結構彎矩及支撐軸力隨開挖過程變化。彈塑性法的基本假定如下：

（1）支撐以彈簧表示，即考慮其彈性變位；

（2）主動側土壓力假設為豎向座標的二次函數並採用實測資料；

（3）擋土結構入土部分分為達到朗肯被動土壓力的塑性區和土抗力和擋土結構變位成正比的彈性區；

（4）擋土結構有限長，端部支承可為自由、鉸結或固定。

早期的古典分析方法和解析方法由於在理論上存在各自的侷限性而難以滿足複雜基坑工程的設計要求，因而現在已應用得很少。目前常用的分析方法主要有平面彈性地基梁法和平面連續介質有限元方法。平面彈性地基梁法將單位寬度的擋土牆作為豎向放置的彈性地基梁，支撐和錨杆簡化為彈簧支座，基坑內開挖面以下土體採用彈簧模擬，擋土結構外側作用已知的水壓力和土壓力。平面彈性地基梁法一般可採用杆繫有限元方法求解，考慮土體的分層及支撐的實際情況，沿著豎向將彈性地基梁劃分成若干單元，列出每個單元的上述微分方程，進而解得單元的位移和內力。平面連續介質有限元方法一般是在整個基坑中尋找具有平面應變特徵的斷面進行分析。土體採用平面應變單元來模擬。擋土結構如地下連續牆等板式結構需承受彎矩，可用梁單元來模擬。支撐、錨杆等只能承受軸向力的構件採用杆件單元模

平面彈性地基梁法和平面連續介質有限元方法適合於分析諸如地鐵車站等狹長形基坑。對於有明顯空間效應的基坑，採用平面分析方法不能反映基坑的三維變形規律，可能會得到保守的結果。當基坑形狀不規則時，採用平面分析方法則無法反映所有的支撐結構的受力和變形狀況。因而，對有明顯空間效應的基坑和不規則形狀的基坑有必要利用三維分析方法進行分析。目前空間彈性地基板法和三維連續介質有限元方法在一些基坑工程中也得到了實際運用，併成功地指導了基坑工程的設計。

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