[科普中国]-被动抗力

又称弹性抗力。衬砌结构在主动荷载作用下发生变形时，在位移朝向地层的部位受到的来自地层的抵抗力。因其存在必须伴随结构变形而得名。通常仅在抗力区出现，脱离区不予考虑。分布规律常按假定抗力图形确定，将构件视为弹性地基梁进行分析时则通过引入基床系数兼容其影响。

定义被动抗力是支护结构发生相向围岩方向的变形引起的围岩对支护结构的约束反力。其作用是限制衬砌变形改善衬砌受力状态提高衬砌结构承载力；地下建筑物四周的围岩因抵抗衬砌向外变形而产生的作用于衬彻外壁的力。被动抗力的大小和分布与 支护物变形的性质、围岩性质、支护物与围岩接触的紧密程度等有关，并随支护物变形和围岩强度的 增加而增加。它的增加可降低支护物的弯矩，有利 于支护物的稳定和工作。

弹性地基梁，又称弹性基础梁。设置于弹性地基上的梁。置 放在土体上的条形基础，或置放于碎石路基上的铁 路轨枕，即属这类结构。可分为三种类型： 无限长 梁、半无限长梁和短梁。弹性地基梁所受到的反力 与地基梁的变形 (也就是梁下面地基的变形) 有 关。计算的首要问题是如何选取反映地基反力与地 基沉降之间关系的地基模型。通常采用下面三种地 基模型 (假设) 之一进行计算： 地基反力为直线分 布的假设，温克尔假设 (称为局部弹性地基模型) 和半无限体弹性地基模型。

支护结构设计模型及作用其上的被动抗力支护结构作为地下结构的一种，已广泛应用在深基坑工程中，按结构与地层相互作用的方式不同可分为荷载结构法和地层结构法。本文按荷载结构法来考虑问题，即认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载(包括主动的地层压力和被动的地层抗力)，以此计算挡墙在荷载作用下产生的内力和变形，其模型称之为荷载结构模型，支护结构设计中所采用的常规设计法、弹性抗力法即属于这一范畴。常规设计法是最常用的方法，其要点是在选择一定的入土深度以满足整体稳定、抗隆起稳定和抗渗要求的前提下，用经典土力学理论计算主动土压力和被动抗力(或对计算的土压力作某些修正)，然后对重力式刚性挡墙验算其抗倾覆、抗滑移稳定性，安全系数沿用设计规范中对普通挡土墙的规定;或者计算柔性挡墙(悬臂式或有支锚结构)的内力，对挡墙体和支锚结构进行设计。这种方法对普通挡土墙或开挖不深的钢板桩是相对比较成熟的，但对深基坑，特别是软土中的深基坑支护结构设计，就难以考虑更多的复杂条件。在实际中我们发现被动区土压力的实测值与采用经典土压力理论计算值之间有很大差距，这是由于经典土压力理论的提出均有一定的前提假定，且理论中均未考虑挡土结构在不同开挖阶段其上的土压力重分布及结构本身对土压力分布的影响。弹性抗力法是针对常规设计法中挡土墙内侧被动区土压力计算中的问题而提出的改进。其概念是:由于挡墙位移有控制要求，内侧不可能达到完全的被动极限状态而实际上仍处于弹性阶段。因此引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念，将外侧主动土压力作为施加在挡墙体上的水平荷载，用弹性地基梁的方法计算挡墙的内力与变形。土对墙体的水平向支撑用弹性抗力系数来描述，支锚结构也用弹簧模拟。计算与实际符合与否取决于抗力系数的选取。基坑水平向抗力系数K在一定深度内(一般3～ 4m)随深度按比例线性增长。这一深度以下K视为一常数。这一模型假定的理论基础是基坑被动区土体开挖后的残余应力理论，即在基坑开挖过程中，当上部土层挖去以后，由于卸载作用，开挖面以下土体内应力和侧压力都会相应减小，土中应力的实际量测结果表明，当上部土层开挖卸载后，开挖面下方的土体仍保留着相当部分不能完全卸除的应力，且上部土体开挖卸载作用对下层土体的影响也只是在一定深度范围内存在，在此深度以下土中应力值很小变化。注意到随着基坑的开挖，基坑主动侧作用荷载被动抗力都是经时变化的。同时考虑二者的变化给设计带来了相当大的难度。我们认为可行的办法是假定作用在主动侧的土压力不变，而将所有的荷载变化均归依到被动抗力上1。

被动抗力法被动抗力法是用来对岩基上混凝土坝沿软弱夹层的抗滑稳定进行分析，其安全系数是总的有效阻力和滑动力之比。基本假定:平面问题，各滑动岩体为刚体，破裂面为平面，各滑动岩体之间弹性抗力R的倾角θ为已知值，刚体上的作用力为共点力系。被动抗力法有两种计算情况。坝下埋藏有单一层面的软弱夹层，当大坝沿夹层下滑时，坝下尾岩产生破裂面，称为双折坡。埋藏在坝下的连续夹层，形成特定的滑动面，简称多折坡2。

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张磊 - 副教授 - 西南大学