第12章土壓力.doc

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1、第12章土壓力12.1擋土墻與土壓力　　擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)筑物，在房屋建筑、水利工程、鐵路工程以及橋梁中得到廣泛應(yīng)用，如圖12-1所示。在這些構(gòu)筑物與土體的接觸面處均存在側(cè)向壓力的作用，這種側(cè)向壓力就是土壓力。土壓力即是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。由于土壓力是擋土墻的主要外荷載。因此，設(shè)計擋土墻時首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點。(a)支撐土坡的擋土墻(b)堤岸擋土墻(c)地下室側(cè)墻(d)拱橋橋臺圖12-1工程中的擋土墻12.1．1土壓力類型?作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力，按擋土結(jié)構(gòu)的位移方向、大

2、小及土體所處的三種極限平衡狀態(tài)，可分為三種：靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。1．靜止土壓力如果擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，其本身不發(fā)生變形和任何位移（移動或轉(zhuǎn)動），土體處于彈性平衡狀態(tài)，則這時作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力[圖12-2(a)]。2．主動土壓力擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向離開土體的方向位移，隨著這種位移的增大，作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力將從靜止土壓力逐漸減小。當(dāng)土體達到主動極限平衡狀態(tài)時，作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為主動土壓力[圖12-2(b)]。3．被動土壓力擋土結(jié)構(gòu)在荷載作用下向土體方向位移，使土體達到被動極限平衡

3、狀態(tài)時的土壓力稱為被動土壓力[圖12-2(c)]?！?2.1.2三種土壓力的相互關(guān)系在實際工程中，大部分情況下的土壓力值均介于上述兩種極限狀態(tài)下的土壓力值之間。土壓力的大小及分布與作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土體性質(zhì)、擋土結(jié)構(gòu)本身的材料及擋土結(jié)構(gòu)的位移有關(guān)，其中擋土結(jié)構(gòu)的位移情況是影響土壓力性質(zhì)的關(guān)鍵因素。圖12-3表示了土壓力與擋土結(jié)構(gòu)位移之間的關(guān)系，通常，達到主動土壓所需的相對位移ρ/H為0.1～0.5%；而達到被動土壓所需的的相對位移ρ/H為1～5%，這是一個較大的值，在實際工程中是不容許發(fā)生的，因此設(shè)計時常按被動土壓力的30%~50%來設(shè)

4、計擋土結(jié)構(gòu)。顯然，被動土壓力>靜止土壓力>主動土壓力。?(a)靜止土壓力(b)主動土壓力?(c)被動土壓力圖12-2?土壓力分類?圖12-3土壓力與擋土結(jié)構(gòu)位移δ的關(guān)系12.1.3靜止土壓力計算1．土壓力計算靜止土壓力可根據(jù)半無限彈性體的應(yīng)力狀態(tài)進行計算。在土體表面下任意深度z處取一微小單元體，其上作用著豎向自重應(yīng)力和側(cè)壓力（圖12-4），這個側(cè)壓力的反作用力就是靜止土壓力。根據(jù)半無限彈性體在無側(cè)移的條件下側(cè)壓力與豎向應(yīng)力之間的關(guān)系，該處的靜止土壓力強度p0可按下式計算：（12-1）式中K0——靜止土壓力系數(shù)，其值可用室內(nèi)或原位試驗確定

5、；γ——土體重度，kN／m3。土的靜止土壓力系數(shù)K0值可在室內(nèi)用三軸儀測得；在原位則可用自鉆式旁壓儀測試得到。在缺乏試驗資料時，可用下述經(jīng)驗公式估算：砂土粘性土超固結(jié)粘土式中——土的有效內(nèi)摩擦角，（°）；OCR——土的超固結(jié)比。2．土壓力分布由式（12-1）可知，靜止土壓力沿?fù)跬两Y(jié)構(gòu)豎向為三角形分布，如圖12-4所示。如果取單位擋土結(jié)構(gòu)長度，則作用在擋土結(jié)構(gòu)上的靜止土壓力E0為：（12-2）式中h——擋土結(jié)構(gòu)高度，m。E0的作用點距墻底h/3。??圖12-4墻背豎直時的靜止土壓力12.2朗肯土壓力理論12.2.1基本假設(shè)與適用條件朗肯土

6、壓力理論是朗肯于1857年提出的。他假定擋土墻背垂直、光滑，其后土體表面水平并無限延伸，這時土體內(nèi)的任意水平面和墻的背面均為主平面（在這兩個平面上的剪應(yīng)力為零），作用在該平面上的法向應(yīng)力即為主應(yīng)力。朗肯根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)，應(yīng)用極限平衡條件，推導(dǎo)出了主動土壓力和被動土壓力計算公式。12.2.2朗肯主動土壓力計算1．主動土壓力強度計算公式考察擋土墻后土體表面下深度z處的微小單元體的應(yīng)力狀態(tài)變化過程。當(dāng)擋土墻在土壓力的作用下向遠離土體的方向位移時，作用在微元體上的豎向應(yīng)力保持不變，而水平向應(yīng)力逐漸減小，直至達到土體處于極限平衡狀態(tài)。

7、土體處于極限平衡狀態(tài)時的最大主應(yīng)力為，而最小主應(yīng)力即為主動土壓力強度。根據(jù)土的極限平衡條件，可推導(dǎo)出主動土壓力強度的計算公式如下：（12-3）式中：——墻背任一點處的主動土壓力強度，kPa；——朗肯主動土壓力系數(shù)，；由朗肯主動土壓力計算公式（12-3）可知，無粘性土中主動土壓力強度pa與深度z成正比，沿墻高的土壓力強度呈三角形分布（圖12-5）。作用在單位長度擋墻上的土壓力為三角形分布面積，即（12－4）土壓力作用點距墻底h/3。粘性土中的土壓力強度由兩部分組成：一部分是由土體自重引起的土壓力，另一部分是粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力，兩部分的

8、疊加結(jié)果如圖12-6所示，其中aed部分是負(fù)側(cè)壓力，對墻背是拉應(yīng)力，但實際上土與墻背在很小的拉應(yīng)力作用下即會分離，故在計算土壓力時，這部分的壓力應(yīng)設(shè)為零，因此粘性土的土壓力分布僅是abc部分。令式（12-3