荷载与抗力——敌军与我军

发布于：2022-08-22 15:00:22 来自：道路桥梁/隧道工程 0 9 [复制转发]

土力学中，敌军即指荷载，我军即为抗力。在各种稳定性分析中，分清敌我是先决条件。有的问题中的一些力、力矩是可以相互抵消的；有些力（力矩）作为抗力还是作为（负）荷载，有些力（力矩）是作为荷载还是从抗力中扣除，结果是完全不同的。一般来讲，由于要求的安全系数大于1.0，所以荷载的权重更多。例如毛泽东提出“集中优势兵力，各个歼灭敌人”，在这样的歼灭战中，往往要求我军人数为敌军的数倍，这个“数倍”就是安全系数。

如何界定荷载与抗力是有理论基础的，不能随意处理。在挡土墙的滑移与倾覆稳定分析中，主动土压力总是荷载，而被动土压力则当成抗力。不应把主动土压力与被动土压力之差的“净土压力”作为荷载。一方面，由于土的被动土压力状态是一种极限应力状态，需要较大的位移，一般工程是难以达到的。另一方面，被动土压力对于内摩擦角φ极为敏感，降雨、振动等降低了φ会使被动土压力骤降，所以在挡土墙稳定分析中，都把它除以安全系数作为抗力。

在稳定问题中的水压力也有一定的规定，在图1a）中，两侧作用有水压力P1与P2，上海的基坑规范规定，以两侧的水压力差P1-P2（净水压力）为荷载，这是对的。而《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）规定P1为荷载，P2为抗力则是错的。

在图1b）中，水泥土墙两侧具有相同的地下水深度。在验算其抗倾覆稳定时，水泥土墙的自重W在水下可按浮重度计算，亦即P1=P2相互抵消，将扬压力P3 从墙的自重W中扣除。如果像《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—1999）那样，把P3 当成荷载，与P1 一起产生倾覆力矩，那又错了。

图1 结构上的水压力

有的时候，判断敌我似乎是约定俗成的习惯。比如葛优的老爹葛存壮，陈佩斯的老爹陈强，在影视剧中总扮演恶霸、土匪、日军翻译等，于是在影视剧中见到他们就自然把他们归入了敌方。

在图2所示的传递系数法最后一条块n的抗滑稳定分析中，条块n上除下部反力外，还作用有两个力：自重Gn 和（n-1）块的剩余推力Pn-1。将Pn-1分解为平行于滑面与垂直于滑面的两个分力Tn-1和Nn-1，其中Tn-1当然是荷载——滑动力；而由于Nn-1向下垂直于滑面，将产生Nn-1×tanφ摩阻力，结果是增加了抗力——摩阻力。所以这里有一个一般性的规定，在滑移稳定分析中，不管什么力，其垂直滑面的分力而产生的摩阻力都归入抗力项，例如孔隙水压力u就产生负的抗力（N-ul）tanφ。

图2 传递系数法的最后一条块的稳定分析

自重Gn也分解为Tn 和Nn，其中Nn乘以tanφ产生抗滑力Rn=Gncosθntanφ，冤枉的是切向力Tn=Gnsinθn，它本是不愿意向左滑动的，一心想加入“我军”以抵抗向左的滑动，似乎应算入“我军”R项。可是在平面、圆弧、任意曲线的稳定分析中，所有的Gnsinθn 都算为滑动力，只能算入“敌军”，算作负的滑动力。

有时，荷载与抗力的规定可能是有歧义的。这个规范这样规定，那个规范那样规定。你这样考虑，他那样考虑，所谓见仁见智了。例如，《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）关于不稳定岩块的局部锚杆规定见图3。

图3 不稳定岩块的局部锚杆

Kb（Gt－f Gn－cA）≤ Σ Nt+f Σ Nn

式中：A为滑动面面积（m ² ）； c 为滑移面的黏聚力（kPa ）； f 为滑动面上的摩擦系数； G t 、 G n 分别为不稳定块体自重在平行和垂直于滑面方向的分力（kN ）； N t 、 N n 分别为单根锚杆轴向拉力在抗滑方向和垂直于滑动面方向上的分力（kN ）； K b 为锚杆钢筋抗拉安全系数。

这个规程是把锚杆的摩阻力及与锚杆的与滑动反向的切向力都当成抗力“我军”，而把（ G t - fG n- cA ）当成荷载“敌军”，尤其难以理解的是像 fG n 与 cA 这样的老牌抗滑力，它们也被投入了（负的）“敌军”阵营。这里可以理解为（ G t - fG n - cA ）是危岩在锚杆加固之前岩块的剩余下滑力，抗力是我们拟建的锚杆。像这种情况，只能按照规范的规定计算了。

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