[工学]6第六章-挡土结构物上的土压力.ppt

第6章 挡土结构物上的土压力 概 述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 土压力问题的讨论 工程中挡土墙的土压力计算 第1节 概述 一、挡土结构物 挡土结构物的作用是用来挡住墙后的 填土并承受来自填土的压力。 在港口、水利、路桥及房屋建筑等工 程中，挡土结构物（挡土墙）是一种 常见的建筑物。如下图所示： 码头 隧道的侧墙 路坡挡土墙 桥台 地下室的外墙 土压力的概念 土压力----土体作用在挡土结构物上的压力称为土压力。土压力是进行挡土结构物断面设计和稳定验算的重要荷载。 本章的任务是讨论土压力的大小和分布规律。 二、位移对土压力的影响及三种典型土压力 土压力的种类、大小及分布与填土性质、挡土墙的高度、刚度及其位移密切相关。 静止土压力 静止土压力----挡土墙不向任何方向发生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。 主动土压力 主动土压力----挡墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面 ，这时挡土墙上的土压力降低到最小，称为主动土压力。 被动土压力 被动土压力----挡墙在外力作用下向填土方向转动或平行移动，当位移达到一定量时，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面 ，这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。 第2节 静止土压力计算 静止土压力只发生在挡土墙为刚性，墙体不发生任何位移的情况，实际工程中，作用在深基础侧墙或者U形桥台上土压力，可近似看作静止土压力。 一、均质土体 若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力按照水平向自重应力的计算公式确定为： E0作用于分布图形的 形心处。 二、有地下水 若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应取浮重度。 静止侧压力系数 静止土压力计算的关键是静止侧压力系数的确定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。 对于砂或正常固结的粘土，可根据有效内摩擦角来确定 K0的数值通常小于1，对于超固结粘土和压实填土也可能会大于1。P50表2-1 【例题6-1】 计算作用在如图6-4所示挡土墙上的静止土压力分布值及其合力E0，其中q为无限分布均布荷载。 【例题6-1】 【例题6-1】 静止土压力的合力E0为 【例题6-1】 【例题6-1】 第3节 朗肯土压力理论 一、基本原理和基本假定 1.基本原理 认为墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态，然后根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式。 2.基本假设 朗肯主动、被动极限平衡状态 朗肯主动、被动极限平衡状态 二、朗肯主动土压力计算 （一）基本计算公式 （二）无粘性土的主动土压力计算 2.填土表面有超载作用 （三）粘性土的主动土压力计算 2.有均布荷载作用 2.有均布荷载作用 2.有均布荷载作用 ⑵不出现拉力区 Ea= （ea顶+ea底）H/2 三、朗肯被动土压力计算 （一）基本计算公式 （二）无粘性土的被动土压力计算 2.填土表面有超载作用 （三）粘性土的被动土压力计算 1.填土表面有超载作用 四、填土中有地下水时的土压力计算 当墙后填土中有水时，需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量减轻引起的土压力减小，水下填土部分采用浮容重进行计算。 在计算作用在墙背上的总压力中应包括水压力的作用。 四、填土中有地下水时的土压力计算 五、填土为成层土时的土压力计算 由于各层填土重度不同，使得填土竖向应力分布在土层交界面上出现转折 由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同，所以在计算主动或被动土压力系数时，需采用各土层相应的粘聚力和内摩擦角。 若两层填土的c、φ不同，则土压力分布图在交界面处有突变。 五、填土为成层土时的土压力计算 第4节 库仑土压力理论 基本假设 ①墙后的填土c＝0； ②墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜； ③滑动破坏面为一平面； ④刚体滑动； ⑤楔体ABC整体处于极限平衡状态。 二、无粘性土主动土压力的计算 二、无粘性土主动土压力的计算 二、无粘性土主动土压力的计算 当θ=φ时，E=0；当θ=90°+ε时，仍有E=0，所以当θ在φ和90°+ε之间变化时，E将有一个极大值，这个极大值Emax即为所求的主动土压力Ea。 二、无粘性土主动土压力的计算 三、无粘性土被动土压力的计算 三、无粘性土被动土压力的计算 三、无粘性土被动土压力的计算 四、库尔曼图解法 上述的库仑土压力计算是基于填土表面为平面的假定建立的，若填土的表面不是平面，而是折线或曲线时，就不能应用前述解析解直接计算，此时可以用图解法。 四、库尔曼图解法 四、库尔曼图解法 五、有超载所