7第七章-擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力

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1、第七章土壓力計(jì)算理論內(nèi)容提要概述靜止土壓力計(jì)算朗肯土壓力理論庫(kù)侖土壓力理論特殊情況下的土壓力計(jì)算第1節(jié)概述在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）是一種常見的建筑物。擋土結(jié)構(gòu)物的作用是用來(lái)?yè)踝蟮奶钔敛⒊惺軄?lái)自填土的壓力。土體作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的壓力稱為土壓力本章的任務(wù)是討論土壓力的大小和分布規(guī)律的確定方法。貯藏粒狀材料的擋墻位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力主動(dòng)被動(dòng)擋土墻不向任何方向發(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。擋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

2、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)擋土墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。擋墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)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。小結(jié)：1、擋土墻所受的土壓力類型首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向。2、墻所受土壓力的大小并非恒定不變，而是隨著墻體位移量的變化而變化。3、產(chǎn)生主動(dòng)土壓力所需的墻體位移量很小，而產(chǎn)生被動(dòng)土壓力則需要較大的墻體位移量。4、在相同墻高

3、和填土條件下，土壓力的計(jì)算方法靜止土壓力E0屬于彈性狀態(tài)土壓力，可用彈性理論計(jì)算；主動(dòng)土壓力Ea和被動(dòng)土壓力Ep則屬于極限平衡狀態(tài)的土壓力，目前對(duì)這兩種土壓力的計(jì)算仍是以抗剪強(qiáng)度理論和極限平衡理論為基礎(chǔ)的古典土壓力理論，即朗肯土壓力（Rankine）和庫(kù)侖土壓力（Coulomb）理論。第2節(jié)靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力只發(fā)生在擋土墻為剛性，墻體不發(fā)生任何位移的情況，實(shí)際工程中，作用在深基礎(chǔ)側(cè)墻或者U形橋臺(tái)上土壓力，可近似看作靜止土壓力。按照水平向自重應(yīng)力的計(jì)算公式確定。若墻后填土為均勻體，則單位面積上靜止土壓力為成層土和填土表面有無(wú)限均布荷載的情

4、況若墻后填土中有地下水，則計(jì)算靜止土壓力時(shí)，水中土的重度應(yīng)取浮重度墻背傾斜的情況對(duì)于墻背傾斜情況，作用在單位長(zhǎng)度上的靜止土壓力E0’為和土楔體ABB’自重的合力靜止土壓力計(jì)算的關(guān)鍵是靜止側(cè)壓力系數(shù)的確定。K0可由室內(nèi)的或現(xiàn)場(chǎng)的靜止側(cè)壓力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。對(duì)于砂，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來(lái)確定正常固結(jié)的粘土超固結(jié)土第3節(jié)朗肯土壓力理論1857年英國(guó)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。一、基本原理和基本假設(shè)基本原理：認(rèn)為墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，與墻背接觸的任一土單元體都處于

5、極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)應(yīng)力所滿足的條件來(lái)建立土壓力的計(jì)算公式?；炯僭O(shè)：1、墻本身是剛性的，不考慮墻身的變形；2、墻后填土延伸到無(wú)限遠(yuǎn)處，填土表面水平（?=0）；3、墻背垂直光滑。AOτσ主動(dòng)狀態(tài)σxmin=paσx=K0σz=p0σzσxmax=pp被動(dòng)狀態(tài)表面水平的均質(zhì)彈性半空間體的極限平衡狀態(tài)圖σz=?zσx＝K0?zzf=0pa＝Ka?zpp＝Kp?z增加減小45o-?/245o＋?/2大主應(yīng)力方向主動(dòng)伸展被動(dòng)壓縮小主應(yīng)力方向papp?f??zK0?z?f=c+?tan?土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被

6、動(dòng)極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動(dòng)朗肯狀態(tài)被動(dòng)朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-?/245o-?/245o＋?/2處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋?/2二、主動(dòng)土壓力45o＋?/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋?/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值?z(σ1)pa(σ3)極限平衡條件朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)朗肯主動(dòng)土壓力

7、強(qiáng)度zh/3Ea?hKa討論：當(dāng)c=0,無(wú)粘性土朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1.無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2c√KaEa(h-z0)/3當(dāng)c＞0,粘性土h粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力?zKa2.粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2c√Ka說(shuō)明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮）2.合力大小為分布圖形

8、的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0?hKa-2c√Ka【例】有一擋土墻，高4米，墻背直立、光滑，墻后填土面水