محاسبه‌ي نيرو‌ي جانبي استاتيكي وارد بر ديوارهاي حايل و محل اثر آن در خاك‌هاي لايه‌اي

Calculation of Static Lateral Thrust and Its Application Point on Rigid Retaining Walls in Layered Backfill

در اين مقاله با استفاده از معادلات مبتني بر نظريه‌ي پلاستيسيته‌ي مواد و بر پايه‌ي روش‌هاي تعادل حدي، روابطي به‌منظور تخمين نيروي برآيند محرك وارد بر ديوارهاي حايل صلب ناشي از خاكريزهاي لايه‌اي ارايه مي‌گردد. به اين منظور با استفاده از معادلات پلاستيسيته‌ي حاكم بر سطوح گسيختگي (معادلات كوتر) و با در نظر گرفتن اثر نيروهاي استاتيك فشار عكس‌العمل، نيروي عكس‌العمل خاك ثابت بر روي گوه خاك محاسبه مي‌گردد. علاوه بر روش تحليلي حل، فرم خلاصه جواب براي زاويه‌ي شكست گوه خاك پشت ديوار حايل و در نتيجه فرم خلاصه براي محاسبه‌ي نيروي كل محرك به‌دست آمده است. نتايج به‌دست آمده در اين مقاله براي خاكريزهاي لايه‌اي نيز بسط داده شده است. با توجه به ايجاد رابطه‌اي براي محاسبه‌ي فشار ناشي از عكس‌العمل خاك از نيروهاي ناشي از گوه، به‌صورت ويژه به توضيح قابليت ويژه‌ي اين روش در محاسبه‌ي بازوي نيروي جانبي برآيند به‌صورت تحليلي در خاكريزهاي چندلايه و تك‌لايه بدون در نظر گرفتن فرضيات هندسي پرداخته شده است. نتايج به‌دست آمده از روش حاضر برابري مقدار نيروي برآيند جانبي به‌دست آمده از روش حاضر را با مقدار به‌دست آمده از روش كولمب نشان مي دهد. هم‌چنين ارتفاع نقطه‌ي اثر نيروي برآيند، وابسته به خصوصيات خاك خاكريز مي‌باشد. علاوه بر اين نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد كه در حالت استاتيكي و با فرض مد حركت چرخش حول پاشنه براي ديوار حايل، مقادير لنگر به‌دست آمده از روش كولمب در جهت اطمينان و براي طراحي ديوارهاي حايل مناسب مي‌باشد.

In this paper, based on soil plasticity and pseudo-static methods, necessary equations have been derived for determination of total active thrusts due to layered backfill on rigid retaining walls using limit equilibrium approach. For this purpose, the reaction force applied on the failed wedge due to granular backfill has been determined using Kotter’s equations. The total lateral thrust and the angle of the failed wedge in the backfill with the horizontal direction has also been computed for both active and passive conditions. In addition, heights of application points of these thrusts have been calculated and compared with those obtained from earlier research work. Moreover, the method has been expanded for layered backfill. The results show that the total resultant thrust obtained from this study is well in accordance with the Coulomb method. In addition, it has been shown that the point of application of the resultant thrust depends on the backfill layering and backfill properties. Moreover, the developed method has shown that for retaining walls rotating sufficiently about their toes, overturning moments computed from the Coulomb method are on the safe side.