(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211065301.3 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 李明广　陈锦剑　林彤　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 徐红银　张琳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定和 挡土墙设计方法 (57)摘要 本发明公开基于对数螺旋滑裂面的被动土 压力确定和挡土墙设计方法， 包括： 确定土体的 物理力学参数； 基于参数结合对 数螺旋滑裂面获 得滑裂面与两侧墙体间的夹角； 基于物理力学参 数和夹角， 获得临界土地宽度； 基于临界土地宽 度确定滑裂面与墙体交点， 采用薄层单元法计算 土压力； 基于土压力获得土压力合力及其作用点 位置。 本发明基于对数螺旋滑裂面假定， 建立大 主应力与滑裂面的耦合关系， 结合应力莫尔圆导 出滑裂面与两侧墙体的夹角， 提出有限宽度土体 的滑裂面控制方程， 随后通过对滑动土楔薄层单 元应力分析， 推导出被动土压力的大小和分布表 达式， 将土压力应用于弹性地基梁模 型开展挡土 墙结构的设计。 该方法求解形式简单， 具有很好 的工程应用价 值。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115329442 A 2022.11.11 CN 115329442 A 1.一种基于对数螺 旋滑裂面的被动土 压力确定方法， 其特 征在于， 包括： 确定土体的物理力学参数； 基于所述物理力学参数 结合对数螺 旋滑裂面获得滑裂面与两侧墙 体之间的夹角； 基于所述物理力学参数和所述夹角， 获得临界土地宽度； 基于所述临界土地宽度确定滑裂面与墙 体交点， 采用薄层单 元法计算土 压力； 基于所述土 压力获得土 压力合力及其 合力作用点 位置。 2.根据权利要求1所述的一种基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定方法， 其特征在 于， 所述物理力学参数包括土体内摩擦角、 墙土摩擦角、 土体宽度和土体重度。 3.根据权利要求2所述的一种基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定方法， 其特征在 于， 所述基于所述物理力学参数结合对数螺旋滑裂面获得滑裂面与两侧墙体之间的夹角， 包括： 建立对数螺 旋滑裂面基本方程： 其中， r( θ )为 极坐标系下滑 裂面上任一点所对应的极半径和极角； rb为左侧墙底对应的 极半径； θb为左侧墙底对应的极角； 为所述土体内摩擦角； 结合墙体的土单 元莫尔圆求得主应力迹线和滑裂面偏转角： 其中， β 为滑裂面与墙 体夹角的偏转角； δ 为墙土之间的摩擦角； 为土体内摩擦角； 基于所述主应力迹线和滑裂面偏转角， 求 解滑裂面与两侧墙 体之间的夹角： 其中， α1和 α2分别代表滑裂面和左侧、 右侧墙 体之间的夹角。 4.根据权利要求3所述的一种基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定方法， 其特征在 于， 所述基于物理力学参 数和所述夹角， 获得临界土 地宽度b0、 b1， 其包括根据不同土体宽度 b、 滑裂面与 右侧墙体的交点位置以及两侧墙土摩擦角的发挥值分为的三种情况， 分别为与 右侧墙体相交即0≤b≤b0， 滑裂面与右侧墙顶相交即b0≤b≤b1以及滑裂面与右侧墙体 分离 即b≥b1。 5.根据权利要求4所述的一种基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定方法， 其特征在 于， 当土体宽度0≤b≤b0时， 滑裂面与右侧墙体相交， 两侧墙土摩擦角完全发挥， 建立方程 组求解所述滑裂面方程： 通过方程组得到此时的土体宽度分界值b0：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329442 A 2其中， rd和θd为滑裂面与墙体的交点D的极半径和 极角， H为围护墙深度， rb为左侧墙底 对应的极半径； θb为左侧墙底对应的极角； 为土体内摩擦角； β 为滑裂面与墙体夹角的偏转 角； 当土体宽度b0≤b≤b1时， 滑裂面与右侧墙顶相交， 左侧墙土摩擦角完全发挥， 而右侧墙 土摩擦角的发挥值逐渐减小到 0， 建立方程组求 解滑裂面方程： 通过方程组得到此时的土体宽度分界值b1： 当土体宽度b≥b1时， 滑裂面与右侧墙 体分离， 滑裂面形状不变。 6.根据权利要求5所述的一种基于对数螺旋滑裂面的被动土压力确定方法， 其特征在 于， 所述基于临界土地宽度确定滑裂面与墙 体交点， 采用薄层单 元法计算土 压力， 包括： 基于所述临界土地宽度， 使用计算软件求 解得到滑裂面与墙 体交点D； 所述交点D以上的土体的土 压力荷载采用矩形薄层单 元进行分析， 计算公式为： 其中， pz是指单元体两侧受到的墙体水平向平均压应力， γ为土体重度， δ为墙土摩擦 角， z为土体埋深， kp为被动土 压力系数， 由库伦公式确定： 交点D以下的土体的土压力荷载采用 梯形薄层单元进行分析， 水平和竖向平衡方程建 立微分方程： qz是指梯形薄层单 元顶面的竖向平均荷载值， bz为单元体顶边的宽度； 将土体沿深度方向划分为若干个单元， 所述微分方程采用有限差分法求解， 由MATLAB 编写差分程序， 差分方程 为： zi+1为第i+1层土体单 元体的深度； zi为第i层土体单 元体的深度。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329442 A 3