【摘要】本文詳細(xì)介紹了用MIDAS/Civil中的流體壓力荷載的功能計(jì)算土壓力的方法，并給出了實(shí)例驗(yàn)證。
　　【關(guān)鍵詞】土壓力論文，實(shí)用計(jì)算，MIDAS
　　1.概述
　　MIDAS/Civil中的流體壓力荷載可以在板單元和實(shí)體單元的邊緣或表面上定義流體壓力荷載，流體壓力荷載將由程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)荷載。可以直接利用流體壓力荷載的功能定義靜止流體側(cè)壓力，側(cè)壓力的形狀可以是直線也可以是曲線。
　　我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)公路和鐵路橋梁規(guī)范都給出了基于庫(kù)倫土壓力理論的主動(dòng)土壓力以及靜止土壓力計(jì)算公式，計(jì)算土壓力按規(guī)范給出的公式比較繁瑣，本文給出了在MIDAS/Civil中計(jì)算靜止土壓力和主動(dòng)土壓力的方法。該方法可以較快速計(jì)算土壓力，并能較準(zhǔn)確給出壓力的分布。
　　2.流體壓力荷載功能論文
　　MIDAS/Civil中定義流體壓力荷載的對(duì)話框如圖1和圖2所示，在荷載類型中有線性荷載和曲線荷載兩個(gè)選擇。兩種荷載對(duì)應(yīng)的流體壓力荷載計(jì)算公式在圖中已經(jīng)給定，填寫(xiě)對(duì)應(yīng)參數(shù)后，程序可以根據(jù)高度和流體容重信息自動(dòng)計(jì)算不同位置的壓力荷載大小，并以壓力荷載的形式施加在相應(yīng)單元上。這里主要用線性荷載類型。
　　對(duì)線性荷載類型，參考高度H的含義可以這樣理解：H=在荷載變化方向上的結(jié)構(gòu)物底面到液體表面的距離+結(jié)構(gòu)物底面處節(jié)點(diǎn)在荷載變化方向上的坐標(biāo)。而h為計(jì)算點(diǎn)在荷載變化方向上的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，比如荷載的變化方向?yàn)閆向，則h為計(jì)算點(diǎn)的Z坐標(biāo)。程序不允許H-h<0，即H-h<0的單元處不能施加流體壓力荷載。
　　
　　圖1線性流體壓力荷載定義圖2非線性性流體壓力荷載定義
　　3.土壓力模擬論文
　　據(jù)擋土結(jié)構(gòu)物的水平位移方向和大小，可將土壓力分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。對(duì)剛性擋土結(jié)構(gòu)物，作用在其上的土壓力都呈線性分布。利用流體壓力荷載功能可以模擬側(cè)向土壓力，但需根據(jù)土壓力的分布形狀、大小以及作用位置等確定各個(gè)參數(shù)。
　　靜止土壓力的分布如圖3所示，圖中H為擋土墻高度，為土的容重，K0為靜止土壓力系數(shù)。如圖3a)所示，不考慮地下水時(shí)擋土墻底面的壓力為，在用流體壓力荷載模擬土靜止壓力時(shí)，“流體容重”應(yīng)為，參考高度應(yīng)該填寫(xiě)為H+擋土墻底面豎向坐標(biāo)值。如果擋土墻頂面以上還有土層（設(shè)高度為h0），則均布?jí)毫�荷載P0也應(yīng)考慮靜止土壓力系數(shù)，其值為。如圖3b)所示，考慮地下水時(shí)，擋土墻上受到的壓力可分為三部分考慮：一是水面以上的h1高的土壓力，作用范圍為地面到水面之間，單獨(dú)施加流體壓力在h1部分的擋土墻上；二是h2部分的土壓力，單獨(dú)施加在h2部分的擋土墻上，但需注意土的容重變化（應(yīng)采用有效容重）、參考高度以及P0的取值；三是h2部分的水壓力施加在h2部分的擋土墻上，注意參考高度的取值。上述的第2和第3部分壓力也可以換算成一部分同時(shí)施加在h2部分的擋土墻上。因?yàn)閰⒖几叨扰c建模時(shí)的坐標(biāo)有關(guān)，荷載施加后最好檢查一下?lián)跬翂Φ椎膲毫κ欠裾�確。
　　
　　圖3靜止土壓力的分布
　　目前我國(guó)公路和鐵路相關(guān)橋涵規(guī)范中主動(dòng)土壓力采用庫(kù)倫主動(dòng)土壓力，其分布如圖4所示。用流體壓力荷載的功能施加主動(dòng)土壓力時(shí)，其在水平方向和豎向的分力應(yīng)分別施加。主動(dòng)土壓力的理論計(jì)算公式如下：
　　
　　圖4庫(kù)倫主動(dòng)土壓力分布
　　
　　（1）
　　（2）
　　式中， ——墻后填土的容重及內(nèi)摩擦角；
　　  ——擋土墻的高度；
　　  ——墻背與豎直線的夾角；
　　  ——墻背與填土間的摩擦角；
　　  ——填土面與水平面間的夾角；
　　  ——主動(dòng)土壓力系數(shù)；
　　若定義角為合力的作用方向與水平線的交角，則。為了方便用流體壓力荷載模擬主動(dòng)土壓力，將作用在墻背上的主動(dòng)土壓力分解成水平力和豎向分力，則和都為線性分布：
　　（3）
　　（4）
　　4.土壓力模擬實(shí)例論文
　　4.1靜止土壓力模擬
　　擋土墻的形式和土壓力分布如圖3b)所示，圖中h1=2.0m，h2=6.0m，土層全部為中砂，容重=18kN/m3，有效內(nèi)摩擦角=30°，粘聚力土。假設(shè)在填土面上還作用有q=20kPa的均布荷載。靜止土壓力系數(shù)按砂性土的經(jīng)驗(yàn)公式取為。建立如圖5左側(cè)圖所示的實(shí)體模型，擋土墻底的豎向坐標(biāo)為1，作用在擋土墻上的靜止土壓力用流體壓力荷載模擬如下：
　　⑴水面以上土壓力
　　參考高度：；
　　均布?jí)毫�荷載：；
　　流體容重：。
　　⑵水面以下土壓力
　　參考高度：；
　　均布?jí)毫�荷載：；
　　流體容重：。
　　⑶靜水壓力
　　參考高度：；
　　均布?jí)毫�荷載：；
　　流體容重：。
　　分三部分施加流體壓力荷載，注意水面以下部分的荷載是疊加的，如圖5右側(cè)圖所示。用流體壓力荷載模擬土壓力的好處是不需知道壓力荷載的具體大小，并能準(zhǔn)確模擬擋土墻各部的荷載分布。施加流體壓力荷載時(shí)，注意要選擇好實(shí)體單元的面與施加方向。
　　
　　圖5靜止土壓力計(jì)算示例（單位：kPa）
　　
　　
　　a)實(shí)體模型及整體坐標(biāo)系b)水平土壓力c)豎向土壓力
　　圖6庫(kù)倫主動(dòng)土壓力示例
　　4.2主動(dòng)土壓力模擬
　　某擋土墻如圖6a)所示，墻高H=5m，寬度5m，墻背傾角=10°，填土為細(xì)砂，填土面水平（=0），，，，。主動(dòng)土壓力系數(shù)可以按公式2計(jì)算也可查表，。建立如圖6a)所示的實(shí)體模型，擋土墻底的豎向坐標(biāo)為-2，水平向坐標(biāo)為-3，作用在擋土墻上的主動(dòng)土壓力用流體壓力荷載模擬如下：
　　⑴水平土壓力
　　參考高度：；
　　均布?jí)毫�荷載：；
　　流體容重：。
　　⑵豎向土壓力
　　參考高度：；
　　均布?jí)毫�荷載：；
　　流體容重：。
　　施加荷載時(shí)為了調(diào)整壓力方向，可以將流體容重輸成負(fù)值，最后顯示的壓力也是負(fù)值是沒(méi)有關(guān)系的，只要荷載的箭頭方向正確就可以。最后施加的荷載如圖6b)和圖6c)所示，為了清晰，將水平土壓力和豎向土壓力分開(kāi)顯示，實(shí)際施加時(shí)可以將兩個(gè)土壓力施加在一個(gè)面上。
　　5.結(jié)論
　　⑴利用MIDAS/Civil中的流體壓力荷載功能可以準(zhǔn)確模擬土壓力荷載；
　　⑵本文給出的計(jì)算土壓力的方法較手工計(jì)算更快捷，并能準(zhǔn)確模擬土壓力荷載的分布。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]邱順東.橋梁工程軟件MIDASCivil常見(jiàn)問(wèn)題解答[M].北京：人民交通出版社，2009.
　　[2]劉大鵬等.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.