土力學(xué)8-土壓力

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1、第8章土壓力8.1概述8.2擋土墻側(cè)的土壓力8.3朗肯土壓力理論8.4庫侖土壓力理論8.5土壓力計算方法比較1擋土結(jié)構(gòu)物(擋土墻)用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。土壓力通常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)壓力。8.1概述2重力式懸臂式扶壁式錨拉式（錨碇式）錨桿板樁擋土墻類型3(a)(b)支撐建筑物周圍填土的擋土墻；(c)地下室側(cè)墻；(d)橋臺；(e)料狀材料的擋墻；(f)碼頭擋土墻的用途4建成后的坡間擋土墻5垮塌的重力式擋墻6垮塌的護(hù)坡?lián)?/p>

2、墻7失穩(wěn)的立交橋加筋土擋土墻8相關(guān)因素：與填料性質(zhì)、擋墻形狀、位移方向、地基土質(zhì)等因素有關(guān)。計算方法：目前大多采用古典的朗肯（1857）和庫侖（1773）土壓力理論；E填土面碼頭橋臺E9——擋土墻的位移方向和位移量是最主要的因素，根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，可將土壓力分為以下三種。8.2擋土墻側(cè)的土壓力10主動土壓力：當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移到墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力，用Ea表示。被動土壓力：當(dāng)擋土墻向土體方向偏移到墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力，用Ep表

3、示。靜止土壓力：擋土墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力，用E0表示。11擋墻位移與土壓力關(guān)系(1)土壓力狀態(tài)：①墻的變位為零時，作用在墻背上為靜止土壓力E0②墻向前移動至土的極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上為主動土壓力Ea③墻向后移動至土的極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上為被動土壓力Ep(2)擋墻位移關(guān)系：△a<<△p(3)土壓力關(guān)系：Ea

4、平移0.05H繞墻趾轉(zhuǎn)動>0.1H繞墻頂轉(zhuǎn)動0.05H粘土主動平移0.004H繞墻趾轉(zhuǎn)動0.004H13填土表面下任意深度Z處的靜止土壓力強(qiáng)度：式中k0—土的側(cè)壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓力k0與土的性質(zhì)、密實程度等因素有關(guān)，一般砂土可取0.34～0.45；粘性土為0.50～0.70。也可按填土的有效內(nèi)摩擦角，利用半經(jīng)驗公式計算：14由于墻背和填土間不存在剪應(yīng)力，合力與墻背垂直靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，其合力即為三角形的面積，即：合力作用在三角形的重心上，即距擋土墻底面的距離為H/3。HzE0158.3朗肯

5、土壓力理論1857年英國學(xué)者朗金（Rankine）從彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件，得出計算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。一、基本原理朗金土壓力理論的假設(shè)：1.擋土墻為剛體2.墻背垂直、光滑3.墻后填土面水平16圖8-5半空間體的應(yīng)力狀態(tài)（a）單元體的初始應(yīng)力狀態(tài)；（b）達(dá)到朗肯狀態(tài)的應(yīng)力路徑；（c）主動朗肯狀態(tài)的剪切破壞面；（d）被動朗肯狀態(tài)的剪切破壞面17在半空間土體中取一豎直切面AB，在AB面上深度為Z處取一土單元體，在靜止土壓力狀態(tài)下，作用在單元體上的大主應(yīng)力為豎向應(yīng)力γz，小主應(yīng)力為水平向應(yīng)力K

6、0γz，單元體處于彈性平衡狀態(tài)；用?1，?3作摩爾應(yīng)力圓，如圖中應(yīng)力圓O1所示。該應(yīng)力圓O1位于強(qiáng)度包線下方。18用直立的擋土墻來代替上述豎直面AB左邊的土體，使擋土墻向左方移動，則右半部分土體有伸張的趨勢，此時豎向應(yīng)力?z不變，墻面的法向應(yīng)力?x減小。當(dāng)擋土墻的位移使得?x減小到土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，即主動朗肯狀態(tài)。?z、?x仍為大小主應(yīng)力，此小主應(yīng)力即為朗肯主動土壓力?a。此時，剪切破壞面與水平面成450+?/2，應(yīng)力圓如圖O2所示。二、主動土壓力的計算19無粘性土20粘性土HEa－z021三、被動土壓力的計算

7、當(dāng)使擋土墻向左方移動，則右半部分土體有壓縮的趨勢，此時豎向應(yīng)力?z不變，墻面的法向應(yīng)力?x增大。當(dāng)擋土墻的位移使得?x增大到超過?z并使土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，即被動朗肯狀態(tài)。?x變?yōu)榇笾鲬?yīng)力、?z為小主應(yīng)力，此大主應(yīng)力即為朗肯被動土壓力?p。此時，剪切破壞面與水平面成450-?/2，應(yīng)力圓如圖O3所示22無粘性土23粘性土EpH24四、幾種常見情況的土壓力填土表面有勻布荷載成層填土墻后填土有地下水25填土表面有勻布荷載把均布荷載q換算成當(dāng)量土重，當(dāng)量土層厚度為：A點土壓力強(qiáng)度：B點土壓力強(qiáng)度：總土壓力：合力作用點過

8、梯形重心26若填土表面和墻背都有傾角時虛構(gòu)的當(dāng)量土層厚度為：假想的墻高為h1+H由△BB1A1幾何關(guān)系得：27計算方法：墻后填土為成層土?xí)r，第一層土壓力計算方法不變；計算第二層土的土壓力時，將第一層土按重度換算為與第二層土相同重度的當(dāng)量土層。注意成層填土由于土的性質(zhì)不同，各層土的主動土壓力系數(shù)不同，土壓力分布在兩層土交界面處將不連續(xù)，會有二個數(shù)