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第八章挡土结构物上的土压力-安徽理工大学.doc

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第八章挡土结构物上的土压力-安徽理工大学

第八章 挡土结构物上的土压力 本章学习要点: 土压力是与土的抗剪强度有关的问题,也是土力学重要问题之一。学习本章时,要熟悉土压力的类型及它们产生的条件和适用范围,熟练掌握主动土压力计算方法;朗肯(Rankine,W.J.M 1857)土压力理论是本章重要内容,学习朗肯假设条件、主动土压力、被动土压力。要求掌握朗肯假设条件,熟练掌握其计算方法。库仑(Coulomb C.A.,1776)土压力理论是本章又一重要内容,学习库仑假设条件、数值解法与库尔曼图解法、以及朗肯与库仑土压力理论比较。要求拿握其假设条件及数值解法,从分析方法与计算误差上比较两个理论的不同。 掌握几种常见情况的主动土压力计算。 第一节 概述 第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力,本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力,讨论土压力性质及土压力计算,包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点,而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关,亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。 一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义:挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物,它是为了防止边坡的坍塌失稳,保护边坡的稳定,人工完成的构筑物。 常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。 挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。 1.刚性挡土墙 指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 由于刚度大,墙体在侧向土压力作用下,仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布,最大压力强度发生在底部,类似于静水压力分布。 2.柔性挡土墙 当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。 3.临时支撑 边施工边支撑的临时性。 二、墙体位移与土压力类型 墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。 1.静止土压力(E0) 墙受侧向土压力后,墙身变形或位移很小,可认为墙不发生转动或位移,墙后土体没有破坏,处于弹性平衡状态,墙上承受土压力称为静止土压力E0。 2.主动土压力(EA) 挡土墙在填土压力作用下,向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动,直至土体达到主动平衡状态,形成滑动面,此时的土压力称为主动土压力。 3.被动土压力(EP) 挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动,土压力逐渐增大,直至土体达到被动极限平衡状态,形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力EP。 同样高度填土的挡土墙,作用有不同性质的土压力时,有如下的关系: EP E0 EA 在工程中需定量地确定这些土压力值。 Terzaghi(1934)曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验,后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。 实验表明:当墙体离开填土移动时,位移量很小,即发生主动土压力。该位移量对砂土约0.001h,(h为墙高),对粘性土约0.004h。 当墙体从静止位置被外力推向土体时,只有当位移量大到相当值后,才达到稳定的被动土压力值Ep,该位移量对砂土约需0.05h,粘性土填土约需0.1h,而这样大小的位移量实际上对工程常是不容许的。本章主要介绍曲线上的三个特定点的土压力计算,即E0、Ea和Ep。 三、研究土压力的目的 研究土压力的目的主要用于: 1.设计挡土构筑物,如挡土墙,地下室侧墙,桥台和贮仓等; 2.地下构筑物和基础的施工、地基处理方面; 3.地基承载力的计算,岩石力学和埋管工程等领域。 第二节 静止土压力的计算 设一土层,表面是水平的,土的容重为γ,设此土体为弹性状态,如图(见教材P200),在半无限土体内任取出竖直平面A′B′,此面在几何面上及应力分布上都是对称的平面。对称平面上不应有剪应力存在,所以,竖直平面和水平平面都是主应力平面。 在深度Z处,作用在水平面上的主应力为: 在竖直面的主应力为: 式中:k0——土的静止侧压力系数。 γ——土的容重 σh即为作用在竖直墙背AB上的静止土压力,即:与深度Z呈线性直线分布。 可见:静止土压力与Z成正比,沿墙高呈三角形分布。 单位长度的挡土墙上的静压力合力E0为: 可见:总的静止土压力为三角形分布图的面积。 式中,H:挡土墙的高度。 E0的作用点位于墙底面以上H/3处。 静止侧压力系数K0的数值可通过室内的或原位的静止侧压力试验测定。其物理意义:在不允许有侧向变形的情况下,土样受到轴向压力增量△σ1将会引起侧向压力的相应增量△σ3,比值△σ3/△σ1称为土的侧压力系数ζ或静止土压力系数k0。 室内测定方法: (1)、压缩仪法:在有侧限压缩仪中装有测量侧向压力的传感器。 (2)、三轴压缩仪法:在施加轴向压力时,同时增加侧向压力,使试样不产生侧向变形。 上述两种方法都可得出轴向压力与侧向压力的关系曲线,其平均斜率

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