土力學(xué)第六章土壓力計算講義課件PPT(71頁)_詳細

1、第六章 土壓力計算,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 靜止土壓力計算 第三節(jié) 朗肯土壓力理論 第四節(jié) 庫侖土壓力理論 第五節(jié) 土壓力計算中的幾個應(yīng)用問題的討論,第一節(jié) 概述,什么是擋土結(jié)構(gòu)物（Retaining structure） 什么是土壓力(Earth pressure) 影響土壓力的因素 擋土結(jié)構(gòu)物類型對土壓力分布的影響,擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力,Rigid wall,一、擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻,用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性的一種結(jié)構(gòu)物,概述,擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力,由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，使擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力,概述,擋土墻類型 （按剛度及位移方

2、式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻,概述,剛性擋土墻,混凝土擋土墻及復(fù)合排水管,柔性支護結(jié)構(gòu),概述,板樁變形,基坑支撐上的土壓力 支撐包括橫板、立柱、橫撐,變形,土壓力分布,上海市外環(huán)過江隧道基坑支撐,臨時支撐,無法打錨桿，相鄰建筑物的基礎(chǔ)較深,有地下管線,內(nèi)支撐,概述,錨桿式擋土墻墻高H=27m,鐵路路基,其他結(jié)構(gòu)形式,加筋擋土墻,本章重點,剛性墻土壓力的計算土壓力計算的基礎(chǔ) 土壓力的類型 兩種土壓力計算理論基本假定、計算公式 朗肯土壓力理論 庫侖土壓力理論 土壓力的大小、方向、分布及合力作用點,墻體位移的方向和相對位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小,二、墻體位移和土壓力性質(zhì),3.被

3、動土壓力 （Passive earth pressure,概述,1.靜止土壓力 （Earth pressure at rest,2.主動土壓力 （Active earth pressure,當(dāng)d =D/H=0 時 （如地下室） E=E0,1. 靜止土壓力,2. 主動土壓力,墻體外移，土壓力逐漸減小， 當(dāng)土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力 (最小,3. 被動土壓力,墻體內(nèi)移， 土壓力逐漸增大， 當(dāng)土體破壞， 達到極限平衡狀態(tài) 時所對應(yīng)的土壓力 (最大,試驗表明： 擋土墻所受到的土壓力類型，首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移方向； (2) 擋土墻所受土壓力的大小隨位移量而變化，并不是一個常

4、數(shù)； (3) 主動和被動土壓力是特定條件下的土壓力，僅當(dāng)墻有足夠大位移或轉(zhuǎn)動時才能產(chǎn)生,總結(jié)：三種土壓力的大小關(guān)系,EaE0Ep,第二節(jié) 靜止土壓力計算,靜止土壓力強度（0）：按半空間直線變形體在土的自重作用下無側(cè)向變形時的水平側(cè)向應(yīng)力h來計算。 下圖表示半無限土體中深度為z處土單元的應(yīng)力狀態(tài),設(shè)想用一擋土墻代替單元體左側(cè)的土體，擋土墻墻背光滑，則墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)并沒有變化，仍處于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)。 豎向應(yīng)力為自重應(yīng)力： z= z 水平向應(yīng)力為原來土體內(nèi)部應(yīng)力變成土對墻的應(yīng)力，即為靜止土壓力強度0： 0=h=K0 z K0靜止土壓力系數(shù)。一般設(shè)為常數(shù)。 K0=1-sin（式中為土的內(nèi)摩擦角,靜止

5、土壓力沿墻高呈三角形分布，作用于墻背面單位長度上的總靜止土壓力（E0,E0的作用點位于墻底面往上1/3H處，單位kN/m。 （d）圖是處在靜止土壓力狀態(tài)下的土單元的應(yīng)力摩爾圓，可以看出，這種應(yīng)力狀態(tài)離破壞包線很遠，屬于彈性平衡應(yīng)力狀態(tài),第三節(jié) 朗肯土壓力理論,一、基本原理 朗肯理論的基本假設(shè)： 1、墻后填土為均質(zhì)、各向同性； 2、墻后填土延伸到無限遠處； 3、填土表面水平； 4、墻背垂直光滑 （墻與垂向夾角 =0，墻與土的摩擦角=0,1857年英國學(xué)者朗肯（Rankine）根據(jù)彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)及土的極限平衡理論，得出計算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法,土體內(nèi)每一豎直面都是對稱面，地面下深

6、度z處的M點在自重作用下，垂直截面和水平截面上的剪應(yīng)力均為零，該點處于彈性平衡狀態(tài)（靜止土壓力狀態(tài)），其大小為,用1、3作摩爾應(yīng)力圓，如左圖所示。 其中 3 （ h）即為靜止土壓力強度,半無限土體中的極限平衡應(yīng)力狀態(tài),主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài),二、 主動土壓力,Ea,主動土壓力,主動土壓力分布 墻后破裂面形狀,45/2,Ea,粘性土,Ea,三、被動土壓力,同計算主動土壓力一樣用1、3作摩爾應(yīng)力圓。 使擋土墻右移，則右半部分土體有壓縮的趨勢； 墻面的法向應(yīng)力h增大 。 h、 v為大小主應(yīng)力。 當(dāng)擋土墻位移使h增大到使土體達到極限平衡狀態(tài)時，則 h達到最高限值p ，即：朗肯被動土壓力強度,Ep,被動土

7、壓力,被動土壓力分布 墻后破裂面形狀,Ep,對于粘性土,Ep,四、幾種特殊情況下的土壓力計算（一）超載水平向無限分布時,二）超載分布距墻背有一定距離時,求解方法： 自均布荷載開始作用點作Oa和Ob，AOa=， AOb= = 45 + /2。認為a點以上的土壓力不受地表荷載的影響 ，b點以下則完全受均布荷載的影響。a和b兩點間的土壓力用直線DE連接。即：土壓力為多邊形ABCED的面積,三）局部作用均布荷載時,求解方法： 從荷載兩端點O及O點作輔助線Oa和Ob，都與水平面成 = 45 + /2， 認為a點以上和b點以下的土壓力都不受地面荷載的影響，局部超載對主動土壓力的影響為矩形DEGF,四）成層

8、填土?xí)r的土壓力計算,注意：土層不同，不同，則Ka不同，分層界面處有突變,bc=1h1Ka1 bd= 1h1Ka2 ef= ( 1h1+ 2h2)Ka2,豎向自重應(yīng)力,五）墻后填土有地下水時,水土合算法（黏性土） 水土分算法（無粘性土,地下水水位以下用浮容重和水下的值,例題6-2 擋土墻高6m，墻背直立、光滑，填土面水平并作用有均布荷載q=10KPa。填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下：c=0, =34, =19KN/m3。試求主動土壓力及其作用點，并繪出主動壓力分布圖,例題6-3：擋土墻高5m，墻背直立、光滑，填土面水平，填土有兩層組成，試求主動土壓力，并繪出主動土壓力分布圖,作業(yè),習(xí)題6-1、6-3

9、,朗肯土壓力理論：滑動破壞面與水平面的夾角,主動極限平衡狀態(tài)主動擴展：45 + /2,復(fù)習(xí),被動極限平衡狀態(tài)被動壓縮：45 - /2,第四節(jié) 庫侖土壓力理論,庫侖 C. A. Coulomb (1736-1806,如果墻背不垂直，不光滑 墻后填土面任意，不水平 如何計算擋土墻后的土壓力,第四節(jié) 庫侖土壓力理論,2、計算依據(jù)： 根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出土壓力。 也稱為滑楔土壓力理論,1、適用條件： 墻背不是直立光滑的， 墻后填土也不一定水平,3、基本假設(shè)a. 擋土墻是剛性的，墻后填土為均質(zhì)無粘性土。 b. 滑動破裂面為通過墻踵的平面（平面滑裂面）。

10、 c. 滑動楔體為剛體,一）無粘性土主動土壓力,一、數(shù)解法,當(dāng)滿足朗肯理論假設(shè)，即墻背垂直（=0）、光滑 (=0)、填土面水平（=0）且無超載（包括填土與擋土墻頂齊高）時,墻頂以下任意深度z以上的主動土壓力,對z求導(dǎo)，得到主動土壓力強度沿墻高的分布計算公式,土對擋土墻墻背的外摩擦角,擋土墻墻背傾角,俯斜為正 仰斜為負,二）無粘性土被動土壓力,計算公式,例：有一擋土墻，高4m，墻背傾斜角 = 10（俯斜），填土面坡角 = 10。填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下： = 18kN/m3 ，c = 0， = 30，填土與墻背的外摩擦角 = 0.67 。試按庫侖理論求主動土壓力及其作用點,解： = 20，根據(jù)

11、上述指標(biāo)查表得Ka = 0.438，則,土壓力作用點在距墻底H/3處，即距墻底1.33m處,二、圖解法（自學(xué),庫爾曼圖解法,適用條件：一切不規(guī)則的填土表面和荷載情況,三、粘性土的庫侖土壓力公式修正,1、等代內(nèi)摩擦角D 加大D 值，以取代粘性土c、 的共同作用 D 根據(jù)經(jīng)驗確定 地下水位以上粘性土取3035 地下水位以下粘性土取2530,經(jīng)驗公式,D 與擋土墻高度有關(guān)，可能導(dǎo)致較大誤差,2、廣義庫侖理論,在庫侖理論基礎(chǔ)上，考慮以下因素的影響： 墻后填土面荷載 填土粘聚力 填土與墻背間的粘結(jié)力 填土表面附近的裂縫深度 即：所謂“廣義庫侖理論,3. 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB 500072002）推

12、薦公式“廣義庫侖理論”方法,不計地表裂縫h 0及墻背與粘土間的粘結(jié)力c ， 即 h 0 = c = 0，且 = 90 -,規(guī)范將符合排水和土質(zhì)要求條件的主動土壓力系數(shù)做成了一系列曲線圖，可根據(jù) 、 查用,補充說明：試算與實測證明：高大擋土墻理論計算結(jié)果偏?。煌ǔ２辉试S出現(xiàn)達到極限狀態(tài)時的位移，故土壓力計算中計入增大系數(shù),規(guī)范規(guī)定，計算擋土結(jié)構(gòu)的土壓力時，可按主動土壓力計算，但計算結(jié)果需根據(jù)土坡的高度進行增大修正： 當(dāng)土坡高度小于5m時，修正系數(shù)宜取1.0； 當(dāng)土坡高度為58m時，修正系數(shù)宜取1.1； 當(dāng)土坡高度大于8m時，修正系數(shù)宜取1.2。 當(dāng)?shù)叵滤S富時，應(yīng)考慮水壓力的作用,第五節(jié) 土壓力計算中的幾個應(yīng)用問題的討論,相同點：都屬于極限狀態(tài)土壓力理論 不同點,一、分析方法的異同,區(qū)別 朗肯 庫侖,土體內(nèi)各點均處于極限平衡狀態(tài),剛性楔體,滑面上處于極限平衡狀態(tài),極限應(yīng)力法,滑動楔體法,一） 應(yīng)用條件,二、 朗肯和庫侖土壓力理論的比較,二） 計算誤差-朗肯土壓力理論,墻背垂直 實際 d 0,郎肯主動土壓力偏大 郎肯被動土壓力偏小,二、 朗肯和庫侖土壓力理論的比較,二）計算誤差-庫倫土壓力理論,由于實際滑裂面不一定是平面,主動土壓力偏小 不一定是最大值,被動土壓力偏大 不一定是最小值,二、 朗肯和庫侖土壓力理論的比