[工学]挡土结构的土压力计算及稳定分析.ppt

挡土结构的土压力计算及稳定分析 1．土楔ABC自重W，由几何关系可计算土楔自重，方向向下； 2．破裂滑动面BC上的反力R，大小未知，作用方向与BC面的法线的夹角等于土的内摩擦角φ，在法线的下侧； 3．墙背AB对土楔体的反力E（挡土墙土压力的反力），该力大小未知，作用方向与墙面AB的法线的夹角δ，在法线的下侧。 土楔体ABC在以上三个力的作用下处于极限平衡状态，则由该三力构成的力的矢量三角形必然闭合。已知W的大小和方向，以及R、P的方向，按正弦定理可求得： 式中： 求其最大值（即取dE/dθ=0），可得主动土压力 式中Ka为库伦主动土压力系数 分析方法类似于库伦主动土压力，不同之处在于E、R的作用方向都在法线的上侧。同样可求得被动土压力 共同点：朗肯理论和库伦理论均属于极限状态土压力理论。用这两种理论计算出的土压力均为墙后土体处于极限平衡状态下的主动土压力Ea和被动土压力Ep。 不同点：朗肯理论从土体中一点的极限平衡状态出发，由处于极限平衡状态时的大小主应力关系求解（极限应力法）；库伦理论根据墙背与滑裂面之间的土楔处于极限平衡，用静力平衡条件求解（滑动楔体法） 。 作业： 求下图所示挡土墙的静止土压力E0、主动土压力Ea和 被动土压力Ep。 解：先将均布荷载换算成第一层土的当量土重 计算第二层土时，将第一层土与均布荷载换算成与第二层土相同的当量土重，其当量土层的厚度: 求静止土压力 静止土压力: 2. 求主动土压力 主动土压力 3.求被动土压力 被动土压力 库仑土压力理论 1776年法国的库伦（C.A.Coulomb）根据极限平衡的概念，并假定滑动面为平面，分析了滑动楔体的力系平衡，从而求算出挡土墙上的土压力，成为著名的库伦土压力理论。 一、基本原理 假定： 墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（β＞0）； 挡土墙是刚性的，墙背倾斜，倾角为ε； 墙面粗糙，墙背与土体之间存在摩擦力（δ＞0）； 滑动破裂面为通过墙踵的平面。 二、主动土压力计算 ? 墙背与垂直线的夹角为α，填土表面倾角为β，墙高为H，填土与墙背之间 的摩擦角为δ，土的内摩擦角为φ，土的凝聚力c=0，假定滑动面BC通过墙踵。 滑裂面与水平面的夹角为θ。 主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力沿墙高的 分布图形如图所示。主动土压力合力作用点在离墙底的H/3高 度处，作用方向与墙面的法线成δ角，与水平面成δ＋α角。 　　【例】挡土墙如图所示，墙与土之间的摩擦角 为2φ/3，求作用在墙上的主动土压力和它的垂直和水平分力。 α β=12°， 所以α=11.31，φ=30 ° Ka=0.464 解： 主动土压力 其垂直分力=Ea =98.60×sin(11.31°+20°)=51.24(kN/m) 其水平分力=Ea =98.6×cos(11.31+20)=84.24(kN/m) α 三、被动土压力计算 Kp—被动土压力系数 挡土墙的类型 重力式挡土墙 悬臂式挡土墙 扶壁式挡土墙 挡土墙的计算 稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算； 地基的承载力验算； 墙身强度验算。 倾覆稳定性验算 抗倾覆安全系数 滑动稳定性验算 抗滑安全系数 重力式挡土墙的体型选择和构造措施 墙背的倾斜型式 墙面坡度的选择 基底逆坡坡度 墙趾台阶和墙顶宽度 排水措施 填土质量要求 条间切向力 土 坡 * * 边坡支护工程照片 * 挡 墙 * * 基坑开挖 * 土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对 墙背产生的侧向压力 挡土墙是防止土体坍塌的构筑物在房屋建筑水利工程铁路工程以及桥梁中得到广泛应用 支撑土坡的挡土墙 堤岸挡土墙 地下室侧墙 拱桥桥台 土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关，还与挡土墙的刚度及其位移关系密切。 主动 被动 土压力 主动土压力Ea: 被动土压力Ep: 静止土压力E0: 当挡土墙静止不动土体处于弹性平衡状态时土对墙的压力 当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力 当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力 三、影响土压力的因素 1.挡土墙的位移 2.挡土墙的形状 3.填土的性质 三种土压力之间的关系 静止土压力计算 一、产生条件 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，作用在深基础侧墙上土压力，可近似看作静止土压力。 按照水平向自重应力的计算公