土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)課件第7章.ppt

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1、土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)(第7章）第7章土壓力及擋土結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)要求：掌握土壓力的基本概念與常用計(jì)算方法，初步具備將土壓力理論應(yīng)用于一般工程問(wèn)題的能力。1.掌握靜止土壓力、主動(dòng)、被動(dòng)土壓力的形成條件；2.掌握朗肯土壓力理論和庫(kù)侖土壓力理論；3.了解有超載、成層土、有地下水情況的土壓力計(jì)算?；緝?nèi)容：7.1概述7.2靜止土壓力計(jì)算7.3朗肯土壓力理論7.4庫(kù)侖土壓力理論7.5擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1概述●土壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。●擋土墻(或擋土結(jié)構(gòu))是防止土體坍塌的構(gòu)筑物，在房屋建筑、水利、鐵路工程以及橋梁中得到廣

2、泛應(yīng)用，由于土壓力是擋土墻的主要外荷載。因此，設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。●土壓力的計(jì)算是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。它隨擋土墻可能位移的方向分為主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力和靜止土壓力?！裢翂毫Φ拇笮∵€與墻后填土的性質(zhì)、墻背傾斜方向等因素有關(guān)。(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(tái)擋土墻上的土壓力擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的移動(dòng)方向、墻后填土的種類、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：(1

3、)靜止土壓力：當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力稱為靜止土壓力，一般用E0表示。(2)主動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向離開(kāi)土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力，一般用Ea表示。(3)被動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力，用Ep表示。土壓力的計(jì)算理論主要有古典的朗肯理論(Rankine，1857)和庫(kù)倫(CoMlomb,1773)理論。擋土墻模型實(shí)驗(yàn)、原型觀測(cè)和理論研究表明：在相同條件下，主動(dòng)土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于

4、被動(dòng)土壓力，亦即Ea

5、sin?’（Jaky，1944)，（?’為土的有效內(nèi)摩擦角）。γ——墻后填土重度?！o止土壓力強(qiáng)度分布沿墻高呈三角形分布。若墻高為H，則作用于單位長(zhǎng)度墻上的總靜止土壓力Eo為Eo的作用點(diǎn)應(yīng)在墻高的1/3處。彈性平衡應(yīng)力狀態(tài)二、其它情況下靜止土壓力計(jì)算（1）成層土和有超載情況，靜止土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：e為墻背傾角，而E0與水平方向的夾角a；E0的作用點(diǎn)在距墻底h/3處。（3）對(duì)于擋土墻背傾斜的情況（如右圖），作用在單位長(zhǎng)度上的靜止土壓力可根據(jù)土楔體ABB′的靜力平衡條件導(dǎo)出如下：式中：γi—計(jì)算點(diǎn)以上第i層土的重度；hi—計(jì)算點(diǎn)以

6、上第i層土的厚度；q—填土面上的均布荷載。（2）對(duì)于墻后填土有地下水情況計(jì)算靜止土壓力時(shí)，地下水位以下對(duì)于透水性的土應(yīng)采用有效重度γ’計(jì)算，同時(shí)考慮作用于擋土墻上的靜水壓力。三、靜止土壓力的應(yīng)用3、基巖上擋土墻；關(guān)于計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的理論有多種，常用的有兩種理論：朗肯土壓力理論和庫(kù)侖土壓力理論，均以極限平衡為基礎(chǔ)，現(xiàn)分述如下：1、地下室外墻2、拱橋的橋臺(tái)7.3朗肯土壓力理論●朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間體的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡理論得出的土壓力計(jì)算理論。●朗肯將上述原理應(yīng)用于擋土墻土壓力計(jì)算時(shí)。假設(shè)墻背直立、光滑，墻后填土面

7、水平。這時(shí)，墻背與填土界面上的剪應(yīng)力為零。不改變右邊土體中的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)擋土墻的變位符合上述主動(dòng)或被動(dòng)極限平衡條件時(shí)，作用在擋土墻墻背上的土壓力即為朗肯主動(dòng)土壓力或朗肯被動(dòng)土壓力。WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)一、主動(dòng)土壓力計(jì)算土的極限平衡條件大主應(yīng)力σ1＝σv＝γz小主應(yīng)力σ3＝σh主動(dòng)土壓力強(qiáng)度σa＝σh粘性土或無(wú)粘性土或主動(dòng)土壓力系數(shù)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分：1.由土自重引起的土壓力γzKa；2.由粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2cKa1/2。其中負(fù)側(cè)壓力對(duì)增背

8、是拉應(yīng)力，實(shí)際上墻與土在很小的拉力作用下就會(huì)分離（一般情況下認(rèn)為土不能承受拉應(yīng)力），故在計(jì)算土壓力時(shí)，這部分應(yīng)忽去不計(jì)。臨界深度z0粘性土主動(dòng)土壓力Ea作用點(diǎn)位于墻底以上（H-z0)/3處無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力E