基本介紹
- 中文名：庫爾曼圖解法
- 外文名：Culmannn construction
- 學科：土力學
- 定義：以圖解方式確定土壓力的方法
- 原理：庫倫土壓力理論
- 適用：不規則土坡
定義,擋土牆的分類及計算,有關理論,
定義
在建築工程中，遇到在土坡上、下修築建築物時，為防止土坡發生滑坡和坍塌，需要用擋土牆等支擋結構加以支擋，土壓力的計算是擋土牆設計的重要依據。關於土壓力計算方法的研究是岩土工程領域探討的焦點之一，眾多的土壓力計算方法及圖解方法都是從靜止土壓力理論、朗肯土壓力理論、庫倫土壓力理論中發展而來的。其中，基於庫倫土壓力的庫爾曼圖解法，由於概念清晰、可以套用於不規則土坡等優點而受到廣泛的套用。在庫爾曼圖解法中， 對於每一次假設的滑動土體，都需要計算出其土體自重，然後按照一定的比例尺線上上用線段表示滑動土體的自重，計算量大、計算過程繁瑣，且按比例量取線段也比較麻煩，容易出現較大的誤差， 計算結果精度難以保證。針對這種情況，王奎華等對庫爾曼圖解法進行了改進， 提出了一種新的土壓力圖解法，改進的方法無需計算滑動土體的自重和逐一按比例尺量取線段表示滑動土體自重，使得計算量大大減少，作圖更方便，所得結果更精確。
擋土牆的分類及計算
擋土牆就其結構型式通常分為3 種主要類型：重力式擋土牆、懸臂式擋土牆、扶壁式擋土牆。重力式擋土牆結構簡單，可就地取材，施工方便，是工程中套用較廣泛的一種型式; 其缺點是體積大、擋土高度不高，一般只能做到8 m 左右。懸臂式擋土牆一般用鋼筋混凝土建造，它由3個懸臂板組成，即立壁、牆趾懸臂和牆踵懸臂。牆的穩定主要靠牆踵底板上的土重，而牆體內的拉應力則由鋼筋承擔；這類擋土牆的優點是能充分利用混凝土的受力特性、 牆的截面積較小，缺點是擋土較高時，立壁牆的抗彎性能不足導致牆體開裂和上部牆體位移較大。扶壁式擋土牆是沿擋牆的縱向每隔一定距離設定一道扶壁，以增強懸臂擋牆的抗彎能力，有效限制了擋牆上部分的水平位移，彌補了懸臂式擋土牆的缺點，其在市政工程及廠礦儲庫中廣泛套用。計算支擋結構的土壓力時， 可按主動土壓力計算；當填土為無粘性土時，主動土壓力係數可按庫倫土壓力理論確定。當支擋結構滿足朗肯條件時，主動土壓力係數可按朗肯理論確定。粘性土或粉土的主動土壓力也可採用楔體試算法圖解求得。擋土牆的計算通常包含3部分內容：擋牆的穩定性驗算（包括抗傾覆和抗滑移穩定性驗算）、地基的承載力驗算、牆身強度的驗算。擋土牆的穩定性破壞通常有2 種形式，一種是在主動土壓力作用下外傾，對此應進行傾覆穩定性驗算；另一種是在土壓力作用下沿基底外移， 需要進行滑移穩定性驗算。在擋牆設計中，無論是進行穩定性驗算還是進行地基承載力驗算還是牆身強度的驗算，都要最先確定擋牆的主動土壓力的大小及在當牆上作用的位置 。因此， 確定擋牆的主動土壓力的大小及作用位置是擋牆設計的第一要務。
有關理論
計算擋牆主動土壓力( E a ) 的理論主要有2種：朗肯土壓力理論和庫倫土壓力理論。朗肯土壓力理論和庫倫土壓力理論分別根據不同的假設 ，以不同的分析方法計算土壓力，只有在最簡單的情況下，用這2 種理論計算結果才相同，否則就會得出不同的計算結果。朗肯土壓力理論套用半空間的應力狀態和極限平衡理論的概念比較明確， 對於粘性土和無粘性土都可套用；但為了使牆後的應力狀態符合半空間的應力狀態，必須假設牆背直立的、光滑的，牆後的填土是水平的；由於該理論忽略了牆背與填土之間摩擦的影響， 使計算的主動土壓力偏大。庫侖土壓力理論根據牆後滑動土楔的靜力平衡條件推導得土壓力計算公式，考慮了牆背與土之間的摩擦力，並可用於牆背傾斜的情況，但由於該理論假設填土是無粘性土，因此不能用庫倫理論的原公式直接計算粘性土的土壓力。實驗表明， 在計算主動土壓力時，只有當牆背的斜度不大，牆背與填土的摩擦角較小時，破裂面才接近一個平面， 計算結果與實際誤差一般在2%～ 10%。庫爾曼( Culmann) 圖解法是以庫倫理論為基礎的一種確定土壓力的圖解方法，其主要用於地面不規則的和填土面有地面荷載的情況。由於作圖方法的引用及Autocad 的作圖的精確和方便，面對擋土不規則的情況，其求主動土壓力顯然要比數字計算要簡便得多。
