摘要：水工建筑物地震主動動土壓力計算較為復雜，在現行《水工建筑物抗震設計規范》中提供的計算公式存在一定缺陷。通過大量計算分析及驗證，對現行規范計算公式提出了改進意見，供大家借鑒。

關鍵詞：地震 主動 動土壓力 抗震規范

1前言

水工建筑物地震動土壓力計算問題十分復雜，國內外目前大多采用在靜土壓力的計算式中，增加對滑動土楔的水平向和豎向地震作用，以此近似估算主動動土壓力值。鑒于近似計算的滑動平面假定，在計算被動土壓力時與實際情況差得很遠，使結果不合理。因此，規范規定，地震被動動土壓力計算應結合工程經驗作專門研究。本文只針對主動動土壓力計算公式進行分析。

利用《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97） 中給出的計算公式進行地震主動土壓力計算時發現，計算的結果與原規范偏差很大。有的文獻曾經分析過其中的取值，但不全面，現對公式中的某些數學符號進行比較分析，供大家借鑒。

2算例

為便于分析，現舉一實例進行分析。

某懸臂式擋土墻，墻后填土高度4.13 m，填土表面單位長度的荷重為0 KN/m，擋土墻面與垂直面夾角為0°，填土表面和水平面夾角為0°，土的重度的標準值取18.0 kN/m3，土的內摩擦角為30°，擋土墻面與土之間的摩擦角取三分之一土的內摩擦角，即10°。

3計算公式

《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）中給出的地震主動動土壓力計算公式如下，其中Ce應取公式中按“＋”、“－”號計算結果中的大值。

式中 FE——地震主動動土壓力代表值（kN/m）；

q0——土表面單位長度的荷重；

ψ1——擋土墻面與垂直面夾角；

ψ2——土表面和水平面夾角；

H——土的高度；

g——土的重度的標準值；

j——土的內摩擦角；

qe——地震系數角；

d——擋土墻面與土之間的摩擦角；

z——計算系數，擬靜力法計算地震作用效應時一般取 0.25，對鋼筋混凝土結構取0.35，本計算取z=0.35；

ah——水平向設計地震加速度代表值，地震烈度Ⅶ度為0.1 g，Ⅷ度為0.2 g；

av——豎向設計地震加速度代表值，av = 2 ah/3；

g——重力加速度，9.8 m2/s。

4計算成果分析

4．1 計算成果

為便于對比分析，土的摩擦角分別取10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，地震烈度分別取Ⅶ度和Ⅷ度，按照SL203-97和SDJ10-78(試行)兩套規范分別進行計算，計算結果見表1、表2。

4．2 成果分析

從以上計算成果可以得出如下結論：

1)97規范計算出的地震力是78規范計算值的數倍。

2)隨著土的摩擦角的增大，78規范計算出的土壓力越來越小，97規范計算出的土壓力越來越大，受力趨勢不一致。

3)地震烈度越大，97規范計算出的土壓力越小，這是不符和實際規律的。

從以上統計分析可以看出，現行《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）計算的地震主動土壓力的計算公式存在一定的不合理成份。

從地震的作用效應來看，地震豎向分量av有兩個方向，向上或向下，計算地震土壓力時應分別計算，取其中的最大值為選用成果。至于原規范中規定的Ce應取公式中按“＋”、“－”號計算結果的大值沒有實際意義。

根據以上分析，修改計算公式如下（此公式已得到原規范主要起草人的答復）：

修改后的計算成果見表3。

從上表可以得出如下結論：

1）修改后的公式新、舊規范計算結果相差不大，新規范比舊規范結果偏于安全。

2）當θe公式中取“-”號、Fe公式取“+”號時計算地震主動土壓力最大。

3）無論Fe公式取“+”還是“-”號，θe公式中取“-”號比取“+”號計算的結果偏于安全。

從上面分析可以看出，用修改后的公式計算土壓力更合理，同時從第3條可以得出結論，θe公式不用取“+”、“-”號，可以直接取“-號”。

5結語

《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）中計算地震動土壓力的計算公式確實存在一定的問題，作者本人于1999年8月曾致信原規范起草單位請教，上述結論得到證實。

與《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）一同頒布的《水工建筑物抗震設計規范》（DL5073-1997）已經于2001年被《水工建筑物抗震設計規范》（DL5073-2000）替代，該規范中將地震主動土壓力計算公式進行了修正（見上述）。因此涉及到地震動土壓力計算的問題可以參考該規范進行計算。

1 《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97），中國水利水電出版社，1998.4

2 《水工建筑物抗震設計規范》（DL5073-2000），中國電力出版社，2001.3

Discussion on the Calculation Formula for Active Earth Pressure Caused by Earthquake

Abstract: The active earth pressure for hydraulic structures caused by earthquake is rather complicated. There are some defects in its calculation formula in current seismic design specification. Based on a lot of analysis， test and verification， improvement on the formula has been put forward in this paper.

Key words: Earthquake，Active Earth pressure， seismic design specification.