擋土墻土壓力計(jì)算(3)

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1、第六章?lián)跬翂ν翂毫τ?jì)算第一節(jié)概述第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算第三節(jié)朗肯土壓力理論第四節(jié)庫倫土壓力理論第五節(jié)若干問題的討論第六章第1頁/共43頁第一節(jié)概述擋土墻：用來側(cè)向支持土體的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng)稱為擋土墻。土壓力：被支持的土體作用于擋土墻上的側(cè)向壓力。一、擋土結(jié)構(gòu)物的類型擋土墻的常見類型：（如圖）第六章第2頁/共43頁按常用的結(jié)構(gòu)形式分：重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻第六章第3頁/共43頁按剛度及位移方式分：剛性擋土墻、柔性擋土墻、臨時(shí)支撐第六章第4頁/共43頁二、墻體位移與土壓力類型墻體位移的方向和位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力性質(zhì)和土壓力大小。太沙基的模型試驗(yàn)

2、結(jié)果第六章第5頁/共43頁三種土壓力的關(guān)系：靜止土壓力對應(yīng)于圖中A點(diǎn)墻位移為0，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)土壓力對應(yīng)于圖中B點(diǎn)墻向離開填土的方向位移，墻后土體處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被動(dòng)土壓力對應(yīng)于圖中C點(diǎn)墻向填土的方向位移，墻后土體處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)Pa

3、土壓力所需墻的位移量土類應(yīng)力狀態(tài)墻運(yùn)動(dòng)形式可能需要的位移量砂土主動(dòng)平移0.0001H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)0.001H繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)0.02H被動(dòng)平移0.05H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)>0.1H繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)0.05H粘土主動(dòng)平移0.004H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)0.004H第六章第8頁/共43頁擋土墻在土壓力作用下，不向任何方向發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。當(dāng)擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或平行移動(dòng)，且位移達(dá)到一定量時(shí)，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現(xiàn)滑動(dòng)面，這時(shí)在擋土墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。當(dāng)擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)

4、動(dòng)或平行移動(dòng)時(shí)，土壓力逐漸增大，當(dāng)位移達(dá)到一定量時(shí)，潛在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，填土內(nèi)開始出現(xiàn)滑動(dòng)面，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動(dòng)土壓力。第六章第9頁/共43頁第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算?h?v?h?v?h=p0?zzzH(a)(b)靜止土壓力強(qiáng)度（p0）可按半空間直線變形體在土的自重作用下無側(cè)向變形時(shí)的水平側(cè)向應(yīng)力?h來計(jì)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)：第六章第10頁/共43頁設(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)

5、。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(qiáng)度p0：p0=?h=K0?z第六章第11頁/共43頁K0?HH3P0(c)?zp??f=c+tg?(d)??h=p0?zzH(b)靜止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（P0）：P0的作用點(diǎn)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(yuǎn)，屬于彈性平衡應(yīng)力狀態(tài)。第六章第12頁/共43頁第三節(jié)朗肯土壓力理論一、基本原理朗肯理論的基本假設(shè)：1.墻本身是

6、剛性的，不考慮墻身的變形；2.墻后填土延伸到無限遠(yuǎn)處，填土表面水平（?=0）；3.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）從研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計(jì)算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。第六章第13頁/共43頁表面水平的均質(zhì)彈性半空間體的極限平衡狀態(tài)圖第六章第14頁/共43頁土體內(nèi)每一豎直面都是對稱面，地面下深度z處的M點(diǎn)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(diǎn)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?

7、3（?h）既為靜止土壓力強(qiáng)度。?h?v?h?vz(a)?zp??f=c+tg?(d)?第六章第15頁/共43頁二、主動(dòng)土壓力的計(jì)算用?1，?3作摩爾應(yīng)力圓，如圖中應(yīng)力圓I所示。使擋土墻向左方移動(dòng)，則右半部分土體有伸張的趨勢，此時(shí)豎向應(yīng)力?v不變，墻面的法向應(yīng)力?h減小。?v、?h仍為大小主應(yīng)力。當(dāng)擋土墻的位移使得?h減小到土體已達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，則?h減小到最低限值pa，即為所求的朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度。第六章第16頁/共43頁第六章第17頁/共43頁對于粘性土：第六章第18頁/共43頁三、被動(dòng)土壓力的計(jì)算同計(jì)算主動(dòng)土壓力一樣用?1、?3作摩爾應(yīng)力圓，

8、如下圖。使擋土墻向右方移動(dòng)，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