Hình B.25: Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất tĩnh lên tường chắn

Trong giai đoạn bản vẽ thi công, đối với tường chắn cấp I và cấp II, hệ số áp lực đất tĩnh (hoặc hệ số nở hông) cần được xác định bằng thực nghiệm; trong giai đoạn thiết kế nhiệm vụ, cũng như trong mọi giai đoạn thiết kế đối với các tường chắn cấp III và cấp IV, có thể chọn giá trị ₀ như sau:

Đối với đất sét ₀ = 0,7

Đối với đất á sét ₀ = 0,5

Đối với cát ₀ = 0,4.

Hình B.25 cho biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất tĩnh lên tường chắn.

Khi tường chuyển vị về phía đất mà độ lớn của chuyển vị chưa đủ hình thành mặt trượt trong đất đắp, lực chống của đất lên tường được gọi là áp lực bị động không ép trồi E_b.

Nguyên nhân làm cho tường chuyển vị về phía đất có thể là do tác động của tải trọng ngoài, ví dụ như khi chứa đầy và tháo cạn nước buồn âu thuyền, khi tàu thuyền "chất đóng" trong âu, hoặc là do tác động nhiệt, ví dụ ngực tường được hun nóng theo sự tăng nhiệt độ của không khí hay nước khi thời tiết chuyển từ đông sang hè, đặc biệt là ở các xứ lạnh, v.v…

Vậy giá trị của những chuyển vị đó phụ thuộc nhiều yếu tố như: do tác động ở bên ngoài, do lún của nền tường, tùy theo độ cứng của tường và bản móng v.v…

Hiện nay, để tính toán giá trị của áp lực bị động không ép trồi của đất do chuyển vị của tường về phía đất, người ta xem tường như một cái dầm dặt trên nền đàn hồi. Nếu lấy một đơn vị chiều dài của tường để tính, thì dầm này có chiều dài bằng chiều cao tường có mô men quán tính biến thiên theo mặt cắt tường, đặt trên nền đất có đặc trưng biến dạng thay đổi và có ngàm đàn hồi tại đầu mút.

a) Trường hợp đất rời.

Trong đó: _y - Chuyển vị của điểm đã cho trên tường (cm). Giá trị hệ số nền n phụ thuộc loại đất và chiều cao tường, được nêu trong bảng B.13 dưới đây.

1. Giá trị hệ số nền lớn lấy đối với đất chặt hơn, giá trị nhỏ lấy đối với đất kém chặt hơn. Với những giá trị trung gian về các chiều cao tường nêu trong bảng B.13, giá trị hệ số nền được xác định theo nội suy tuyến tính.

Khi có cơ sở chắc chắn, có thể xét dạng biểu đồ phân bố giá trị của hệ số nền khác, ví dụ như phân bố tam giác hay hình thang chẳng hạn.

Khi xem tường như một dầm đặt trên nền đàn hồi thì dẫn tới việc phải xác định áp suất tiếp xúc giữa mặt lưng tường với đất đắp. Đối với trường hợp đất đắp là đất rời đặc trưng bởi hệ số nền như đã nêu trên, thì có thể tính toán theo những phương pháp hiện dùng hoặc là xác định bằng cách lấy tích phân phương trình vi phân đường đàn hồi của dầm bằng biện pháp làm đúng dần liên tiếp.

b) Trường hợp đất dính

Nếu đất đắp là đất dính, có thể dùng phương pháp tính toán do B.N.JEMOCHKIN đề nghị. Trong trường hợp này, việc tính toán được thực hiện bằng cách đưa lực vào những thanh ảo cứng lập lên giữa tường và đất. Vậy việc tính toán sẽ dẫn tới phải giải nhiều lần hệ thống siêu tĩnh bằng phương pháp lực. Ngoài ra cũng nên dùng phương pháp thực nghiệm giải bài toán lý thuyết đàn hồi theo phương pháp PTHH.

Đặc trưng biến dạng của đất dính - mô đuyn biến dạng E₀ - dùng trong tính toán được xác định theo kết quả nghiên cứu đất trong phòng thí nghiệm ở trạng thái nhào trộn, có xét tới sự thay đổi của độ ẩm và độ chặt của đất tương ứng với điều kiện làm việc thực tế của đất đắp sau này.

Như phần trên đã nêu áp lực đất đắp tác dụng lên tường chắn có chiều cao và dạng mặt ngoài nhất định, không những phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đắp mà còn phụ thuộc vào chuyển vị có thể xảy ra đối với tường do tác dụng của các loại tải trọng và tác động bên ngoài cũng như do tính dễ biến dạng của nền tường và độ cứng của bản thân tường.

Do đó, trong việc thiết kế tường chắn đất (là một bộ phận của công trình thủy lợi hay một công trình độc lập) cần phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể của công trình nói chung để phân tích điều kiện áp dụng lẫn nhau giữa tường chắn và đất đắp mà định ra sơ đồ thích hợp để xác định áp lực tính toán tác dụng lên tường.

Trong thực tế, có thể phân biệt ba loại sơ đồ tính toán như sau:

Sơ đồ 1:

Khi tường nghiêng hoặc chuyển vị về phía trước do tác dụng của áp lực đất hoặc tải trọng ngoài, áp lực tính toán của đất lên tường có thể là áp lực đất tĩnh E₀ hoặc áp lực chủ động E_c.

Sơ đồ 2:

Tuy nhiên, trong trường hợp tường chắn cấp III và IV có chiều cao nhỏ hơn 10m, có thể không xét tới áp lực bị động không ép trồi trong tính toán.

Sơ đồ 3:

Khi dưới tác dụng của tải trọng ngoài, tường chuyển vị về phía đất đủ để hình thành lăng thể trồi, lực chống của đất lên tường lúc đó gọi là áp lực bị động có ép trồi E_bt.

Trong tính toán, áp lực bị động có ép trồi của đất được tính ứng với trạng thái cân bằng giới hạn của khối đất sau tường.

Như phần trên đã nêu, hiện nay có hai loại phương pháp xác định giá trị áp lực chủ động và áp lực bị động có ép trồi của đất là phương pháp cân bằng giới hạn điểm, đại biểu bởi lý luận của V.V.XOKOLOVSKI và phương pháp cân bằng giới hạn cố thể, đại biểu bởi lý luận C.A.Coulomb.

Phương pháp trên hiện nay được coi là một phương pháp tính toán chặt chẽ về mặt toán học, song còn bị hạn chế chủ yếu ở chỗ chưa đưa ra được các lời giải và bảng tính sẵn cho các bài toán có điều kiện tổng quát ứng với trường hợp thường gặp trong thực tế.

Phương pháp dưới có thể được coi là phương pháp gần đúng, do chỗ giả thiết mặt trượt là phẳng. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp này vẫn đang được dùng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là để xác định giá trị áp lực chủ động của đất, vì tính toán tương đối đơn giản và đặc biệt là vì có thể giải quyết được nhiều trường hợp phức tạp thường gặp đối với đất đắp sau tường là đất rời hoặc đất dính.

Các kết quả thực nghiệm đối với đất rời cho biết rằng, trong trường hợp cân bằng giới hạn chủ động, mặt trượt giả thiết của Coulomb không khác nhiều so với mặt trượt thực tế. Trong các trường hợp thông thường, trị số áp lực chủ động xác định theo phương pháp Coulomb chỉ sai kém so với kết quả tính theo phương pháp chặt chẽ trong phạm vi từ 2 đến 10%. Nói chung khi  và  nhỏ hơn 15^o, trị số áp lực chủ động tính theo phương pháp Coulomb được xem là phù hợp với thực tế.

Trường hợp cân bằng giới hạn bị động, mặt trượt theo giả thiết Coulomb có nhiều trường hợp khác xa với mặt trượt thực tế, do đó giá trị áp lực bị động của đất tính theo lý luận Coulomb cho kết quả quá lớn. Tuy nhiên trong thực tế, nếu như đất đắp có góc ma sát trong nhỏ, mặt lưng tường tương đối trơn nhẵn (tức góc  nhỏ), sai số đó không lớn lắm, và trong trường hợp này, cho phép dùng lý luận Coulomb để tính áp lực bị động của đất.

Giá trị áp lực bị động không ép trồi, phụ thuộc giá trị chuyển vị của tường về phía đất, để giải bài toán xác định giá trị áp lực bị động không ép trồi của đất có xét tới chuyển vị của tường, thuận tiện dùng trong tính toán thực tế. Mặt khác, tình hình chuyển vị của các điểm trên lưng tường cũng diễn ra phức tạp và không giống nhau, do đó hiện nay vẫn tạm dùng phương pháp tính dầm trên nền đàn hồi - phương pháp đàn hồi cục bộ - để xác định giá trị áp lực bị động không ép trồi của đất như đã nêu trên. Hiện nay có thể dùng phương pháp PTHH để tính toán.