《土力學(xué)》課件趙樹德版.pptVIP

第八章 土壓力和擋土墻,土體作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的壓力稱為土壓力。,2.土壓力:,用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性， 或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。,1.擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）,混凝土擋土墻及復(fù)合排水管,建成后的坡間擋土墻,垮塌的重力式擋墻,失穩(wěn)的立交橋加筋土擋土墻,擋土墻為剛性不動時，土處于靜止?fàn)顟B(tài)不產(chǎn)生位移和變形，此時作用在擋土墻上的土壓力。,土壓力分為三大類：,1.靜止土壓力 p0,當(dāng)擋土墻在墻后填土壓力作用下離開填土移動，土壓力逐漸減小,墻后的填土達到極限平衡狀態(tài)（或破壞）時， 作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力,2.主動土壓力pa:,主動,3.被動土壓力pp,當(dāng)擋土墻在外力作用下向填土擠壓，墻后填土達到極限 平衡狀態(tài)，作用在墻上的土壓力稱為被動土壓力,如果土推墻而使擋土墻發(fā)生一定的位移，使土體達到 極限平衡狀態(tài)，這時作用在墻背上的土壓力為 。 (A) 靜止土壓力 (B) 被動土壓力 (C) 主動土壓力,例、在其他條件相同時，懸臂式鋼板樁和懸臂式鋼筋 混凝土地下連續(xù)墻所受基坑外側(cè)土壓力的結(jié)果為 A 由于連續(xù)墻的變形（位移）小，所以墻上土壓力更大 B由于鋼板樁的變形（位移）大，所以樁上土壓力更大 C)由于鋼材的強度高于鋼筋混凝土，所以樁上土壓力更大,8.3靜止土壓力,豎直向：,水平向：,土單元無側(cè)向位移屬于有側(cè)限應(yīng)變條件：,根據(jù)彈性力學(xué)中廣義虎克定律：,K0靜止土壓力系數(shù),由于土的很難確定，K0常用經(jīng)驗公式計算,砂性土,粘性土,超固結(jié)粘土,靜止土壓力分布及總土壓力,1.靜止土壓力分布力,2.靜止土壓力的總土壓力,作用點：,均布力求合力,三角形分布力求合力,H,8.4 朗肯土壓力理論,Rankine土壓力理論和Coulomb土壓力理論是 計算主動土壓力和被動土壓力的兩種基本理論。,認為墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時應(yīng)力所滿足的條件來建立土壓力的計算公式,1.擋土墻背面豎直 2.墻背光滑 3.墻后填土面水平,基本原理,假設(shè),45/2,3=pa,3,1=rz,1,主動土壓力：大主應(yīng)力1 為自重應(yīng)力 小主應(yīng)力3 為未知力,被動土壓力：大主應(yīng)力1 為未知力 小主應(yīng)力3 為自重應(yīng)力,c,A,cctg,無粘性土：c=0,粘性土：,例. 按朗肯土壓力理論計算擋土墻背面上的被動土壓力時， 墻背為 (A) 大主應(yīng)力作用面 (B) 小主應(yīng)力作用面 (C) 滑動面,例. 符合朗肯條件，擋土墻后填土發(fā)生主動破壞時， 滑動面為 。 (A) 與水平面夾角呈45+/2 (B) 與水平面夾角呈45/2 (C) 與水平面夾角呈45,例. 符合朗肯條件，擋土墻后填土發(fā)生被動破壞時， 滑動面為 。 (A) 與水平面夾角呈45+/2 (B) 與水平面夾角呈45/2 (C) 與水平面夾角呈45,8.4.1朗肯理論主動土壓力,無粘性土(砂土)的主動土壓力分布力,Ka：主動土壓力系數(shù),砂土主動土壓力的總土壓力,作用點：,粘性土的主動土壓力分布力,粘性土主動土壓力的 總土壓力,作用點：,8.4.2朗肯理論被動土壓力,無粘性土(砂土)的被動土壓力分布力,Kp：被動土壓力系數(shù),砂土被動土壓力的總土壓力,作用點：,粘性土的被動土壓力分布力,粘性土被動土壓力的總土壓力,Ep,H,作用點的計算：,H,F1,F2,F總,X,作用點：,作用點：,例：已知某重力式擋土墻，墻高H=6.0m，墻背豎直、光滑，填土表面水平，填土容重18.5kN/m3,內(nèi)摩擦角200，粘聚力c19kPa。求作用在擋土墻上的主動、被動土壓力，并繪出土壓力分布圖。,解：,1.主動土壓力,作用點：,2.被動土壓力,Z0,ZH,Ep,H,作用點的計算：2.32m,8.4.3幾種計算土壓力的特殊情況,1.填土面有均布荷載的土壓力計算,Ea,C0,砂土的主動土壓力,將均布荷載換算成當(dāng)量的土重,擋土墻上表面的主動土壓力：,擋土墻下表面的主動土壓力：,例：已知某混凝土擋土墻，墻高H=5.0m，墻背豎直、光滑，填土 表面水平，作用有均布荷載q=20kPa。填土容重17kN/m3,內(nèi) 摩擦角300，粘聚力c10kPa。求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓 力，并繪出土壓力分布圖。,解：,將均布荷載換算成當(dāng)量的土重。,擋土墻下表面的主動土壓力：,作用點：,Ea,局部荷載作用,45/2,h1,45/2,b0,q,b1,壓力分布圖形矩形分布其值為,朗肯土壓力理論計算,2.填土中有地下水時的土壓力計算,當(dāng)墻后填土中有水時，需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小，水下填土部分采用浮容重進行計算。,在計算作用在墻背上的總壓力中應(yīng)包括水壓力的作用。,3.填土為成層土?xí)r的土壓力計算,由于各層填土重度不同，使得填土豎向應(yīng)力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折 由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以在計算主動或被動土壓力系數(shù)時，需采用計算點所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角,采用當(dāng)量法,（一）第一層土的主動土壓力計算：按常規(guī)方法,（二）第二層土的主動土壓力計算：,h,1.第二層土的上表面,2.第二層土的下表面,例：已知某混凝土擋土墻，墻高H=5.0m，墻背豎直、光滑，填土表面水平，墻后土體分為兩層如圖。求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓力，并繪出土壓力分布圖。,C,1.第一層土的主動土壓力計算,2.第二層土的主動土壓力計算,h,B,A,H12m,H23m,12kPa,5.9kPa,40.4kPa,例：已知某混凝土擋土墻，墻高H=7.0m，墻背豎直、光滑，填土 表面水平，墻后土體分為兩層如圖，地下水位于填土表面以下3m處。求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓力，并繪出土壓力分布圖。,解：,（一）第一層土的主動土壓力計算,1.第一層土,r2=19kN/m3,C,B,A,H13m,H24m,r116.5kN/m3,1200,C10,2300,C210kPa,rsat 20kN/m3,q=100kPa,h0,（二）第二層土的主動土壓力計算,h,r2=19kN/m3,B,A,H13m,H24m,49kPa,42kPa,74kPa,56kPa,q,rwH2,8.5庫侖土壓力理論,土的極限 平衡狀態(tài),滑動楔體靜力平衡條件,土壓力的計算方法,庫倫土壓力理論的基本假設(shè)： 1.墻后的填土是理想的 散粒體（粘聚力c=0）；,2.滑動破壞面為一通過 墻踵的平面。,8.5.1、主動土壓力,W,R,Ea,A,C,B,H,作用于土楔上的力： 1.土楔體的自重 ； 2.破壞面上的反力R； 3.墻背對土楔體的反力Ea ； 由土楔體的靜力平衡條件得：,最危險滑動面確定：Ea對求導(dǎo)，等于零求極大值,當(dāng)=0時，即：墻背光滑垂直，填土表面水平時,庫倫主動土壓力強度 沿墻高呈三角形分布， 主動土壓力的作用點 在距墻底H/3處,8.5.3、被動土壓力,W,R,Ep,A,C,B,H,當(dāng)=0時，即：墻背光滑垂直，填土表面水平時,庫倫被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，被動土壓力的作用點在距墻底H/3處,例：當(dāng)擋土墻受到主動土壓力作用時，墻背和填土滑 動面上摩擦力方向正確的是,庫侖土壓力理論通常適于 (A) 粘性土 (B) 砂性土 (C) 各類土,例. 若擋土墻的墻背豎直且光滑，墻后填土面水平， 粘聚力c=0，采用朗金解和庫侖解，得到的主動土 壓力差別為 (A) 朗金解大 (B) 庫侖解大 (C) 相同,例. 若擋土墻的墻背豎直且光滑，墻后填土面水平， 粘聚力c=0，按庫侖土壓力理論，正確確定被動狀 態(tài)的滑動土楔范圍的是,區(qū)別 朗肯 庫侖,極限平衡條件 滑動楔體法,墻背面豎直光滑 墻后填土面水平,墻背、填土無限制 適合砂性土,計算 誤差,主動土壓力偏大 被動土壓力偏小,實際墻背面不豎直不光滑,由于實際滑裂面 不一定是平面,主動土壓力偏小 被動土壓力偏大,4. 墻背形狀有變化,AB墻：按常規(guī)計算 BC墻：將BC延伸至D，以DBC作為假想墻面計算,帶卸荷臺的擋土墻土壓力,在實際工程中，當(dāng)墻背傾斜角較大超過一定范圍后，滑動塊體不會沿墻背滑動，而是沿著途中某一平面滑動，即產(chǎn)生所謂的第二滑裂面,查鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊,8.6 地震情況下的土壓力計算-擬靜力法,(1) 地震加速度：豎向分力av、水平分力ah 水平地震系數(shù) K h = ah /g 水平慣性力W K h 垂直地震系數(shù) K v = av /g 垂直慣性力W K v,(2) 虛擬自重W W=W(1-Kv)Secq 其中 tgq = K h /(1-Kv),按支檔結(jié)構(gòu)受力情況，可分為： 懸臂式排樁支護 樁錨 內(nèi)支撐,8.7開挖坑溝支撐結(jié)構(gòu)物上的土壓力,單支點支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算,車輛荷載引起的土壓力,汽車、路面行使，給擋土結(jié)構(gòu)荷載的作用。 根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范來計算等效的土壓力 計算原理是按照庫侖土壓力理論， 把填土滑動的土體范圍內(nèi)的車輛荷載，換算成厚度的土層,作用在破壞棱體范圍內(nèi)的車輛荷載，換算成厚度為 的土層,G,L0,H,填土重度： B擋土墻的計算長度：,擋土墻的計算長度B：,300,L+a,B=l+a+Htan300,H,H/2,B=l+a+Htan300,L0=H（tancot）,主動土壓力為,H,1.重力式擋土墻,2.懸臂式擋土墻,8.7擋土墻設(shè)計,1 擋土墻類型,3.扶壁式擋土墻,4.錨定板式與錨桿式擋土墻,2 重力式擋土墻的初定尺寸 1.擋土墻的高度H： 土質(zhì)邊坡不易高于8m，巖質(zhì)邊坡不易高于10m 2.擋土墻的頂寬：保證具有整體性和足夠的強度 頂寬應(yīng)大于0.5m 3.擋土墻的底寬： 初步為B0.50.7H,1.抗滑穩(wěn)定驗算,擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動,為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類別查表8.8.1,3重力式 擋土墻穩(wěn)定性驗算,2.抗傾覆穩(wěn)定驗算,擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆,1.6,3.地基承載力驗算 同時滿足下列兩個公式,例：已知某擋土墻，墻高H=6.0m，墻背傾斜=100，填土表面傾斜=100，墻摩擦角=200，強身重度為24KN/m3墻后填土為中砂，內(nèi)摩擦角=300，填土容重=18.5KN/m3。地基承載力設(shè)計值f=180kPa。設(shè)計擋土墻的尺寸。,解：1.初步確定擋土墻尺寸： 頂寬取1m，底寬取4m,h=H/3=2m,b=3.65m,求梯形的重心：a=2.17m,2.求主動土壓力 ：查表8.5.1求Ka=0.438,3.抗滑穩(wěn)定驗算(中砂查表8.8.1得=0.4),4.抗傾覆穩(wěn)定驗算,抗滑抗傾覆穩(wěn)定驗算均滿足要求,5.地基承載力驗算,合力作用點與墻前趾的距離,偏心距e=2-1.82=0.18m4/6,滿足地基承載力要求 最終確定擋土墻尺寸：頂寬1m，底寬4m,總 結(jié),1.靜止土壓力 p0,K0靜止土壓力系數(shù),成三角形分布：,2 朗肯土壓力理論,粘