第六章?lián)跬翂?ppt

第八章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力 土體作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的壓力稱為土壓力 2 土壓力 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 1 擋土結(jié)構(gòu)物 擋土墻 混凝土擋土墻及復(fù)合排水管 建成后的坡間擋土墻 垮塌的重力式擋墻 失穩(wěn)的立交橋加筋土擋土墻 擋土墻為剛性不動時 土處于靜止狀態(tài)不產(chǎn)生位移和變形 此時作用在擋土墻上的土壓力 土壓力分為三大類 1 靜止土壓力p0 當擋土墻在墻后填土壓力作用下離開填土移動 土壓力逐漸減小 墻后的填土達到極限平衡狀態(tài) 或破壞 時 作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力 2 主動土壓力pa 主動 3 被動土壓力pp 當擋土墻在外力作用下向填土擠壓 墻后填土達到極限平衡狀態(tài) 作用在墻上的土壓力稱為被動土壓力 如果土推墻而使擋土墻發(fā)生一定的位移 使土體達到極限平衡狀態(tài) 這時作用在墻背上的土壓力為 A 靜止土壓力 B 被動土壓力 C 主動土壓力 6 2靜止土壓力 豎直向 水平向 土單元無側(cè)向位移屬于有側(cè)限應(yīng)變條件 根據(jù)彈性力學(xué)中廣義虎克定律 K0靜止土壓力系數(shù) 有效內(nèi)摩擦角 由于土的 很難確定 K0常用經(jīng)驗公式計算 砂性土 粘性土 超固結(jié)粘土 靜止土壓力分布及總土壓力 1 靜止土壓力分布力 2 靜止土壓力的總土壓力 作用點 均布力求合力 三角形分布力求合力 H 6 3朗肯土壓力理論 Rankine土壓力理論和Coulomb土壓力理論是計算主動土壓力和被動土壓力的兩種基本理論 認為墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時 與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài) 然后根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時應(yīng)力所滿足的條件來建立土壓力的計算公式 1 擋土墻背面豎直2 墻背光滑3 墻后填土面水平 基本原理 假設(shè) 45 2 3 pa 3 1 rz 1 主動土壓力 大主應(yīng)力 1為自重應(yīng)力小主應(yīng)力 3為未知力 被動土壓力 大主應(yīng)力 1為未知力小主應(yīng)力 3為自重應(yīng)力 c A cctg 無粘性土 c 0 粘性土 例 按朗肯土壓力理論計算擋土墻背面上的被動土壓力時 墻背為 A 大主應(yīng)力作用面 B 小主應(yīng)力作用面 C 滑動面 例 符合朗肯條件 擋土墻后填土發(fā)生主動破壞時 滑動面為 A 與水平面夾角呈45 2 B 與水平面夾角呈45 2 C 與水平面夾角呈45 例 符合朗肯條件 擋土墻后填土發(fā)生被動破壞時 滑動面為 A 與水平面夾角呈45 2 B 與水平面夾角呈45 2 C 與水平面夾角呈45 6 3 1朗肯理論主動土壓力 無粘性土 砂土 的主動土壓力分布力 Ka 主動土壓力系數(shù) 砂土主動土壓力的總土壓力 作用點 粘性土的主動土壓力分布力 粘性土主動土壓力的總土壓力 作用點 6 3 2朗肯理論被動土壓力 無粘性土 砂土 的被動土壓力分布力 Kp 被動土壓力系數(shù) 砂土被動土壓力的總土壓力 作用點 粘性土的被動土壓力分布力 粘性土被動土壓力的總土壓力 Ep H 作用點的計算 H F1 F2 F總 X 作用點 作用點 例 已知某重力式擋土墻 墻高H 6 0m 墻背豎直 光滑 填土表面水平 填土容重 18 5kN m3 內(nèi)摩擦角 200 粘聚力c 19kPa 求作用在擋土墻上的主動 被動土壓力 并繪出土壓力分布圖 解 1 主動土壓力 作用點 2 被動土壓力 Z 0 Z H Ep H 作用點的計算 2 32m 庫侖土壓力理論 土的極限平衡狀態(tài) 滑動楔體靜力平衡條件 土壓力的計算方法 庫倫土壓力理論的基本假設(shè) 1 墻后的填土是理想的散粒體 粘聚力c 0 2 滑動破壞面為一通過墻踵的平面 6 4 1 主動土壓力 W R Ea A C B H 作用于土楔上的力 1 土楔體的自重 2 破壞面上的反力R 3 墻背對土楔體的反力Ea 由土楔體的靜力平衡條件得 最危險滑動面確定 Ea對 求導(dǎo) 等于零求極大值 當 0時 即 墻背光滑垂直 填土表面水平時 庫倫主動土壓力強度沿墻高呈三角形分布 主動土壓力的作用點在距墻底H 3處 6 4 4 被動土壓力 W R Ep A C B H 當 0時 即 墻背光滑垂直 填土表面水平時 庫倫被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布 被動土壓力的作用點在距墻底H 3處 例 當擋土墻受到主動土壓力作用時 墻背和填土滑動面上摩擦力方向正確的是 庫侖土壓力理論通常適于 A 粘性土 B 砂性土 C 各類土 例 若擋土墻的墻背豎直且光滑 墻后填土面水平 粘聚力c 0 采用朗金解和庫侖解 得到的主動土壓力差別為 A 朗金解大 B 庫侖解大 C 相同 例 若擋土墻的墻背豎直且光滑 墻后填土面水平 粘聚力c 0 按庫侖土壓力理論 正確確定被動狀態(tài)的滑動土楔范圍的是 區(qū)別朗肯庫侖 極限平衡條件滑動楔體法 墻背面豎直光滑墻后填土面水平 墻背 填土無限制適合砂性土 計算誤差 主動土壓力偏大被動土壓力偏小 實際墻背面不豎直不光滑 由于實際滑裂面不一定是平面 主動土壓力偏小被動土壓力偏大 6 3 3 幾種計算土壓力的特殊情況 1 填土面有均布荷載的土壓力計算 Ea C 0 砂土的主動土壓力 將均布荷載換算成當量的土重 擋土墻上表面的主動土壓力 擋土墻上表面的主動土壓力 例 已知某混凝土擋土墻 墻高H 5 0m 墻背豎直 光滑 填土表面水平 作用有均布荷載q 20kPa 填土容重 17kN m3 內(nèi)摩擦角 300 粘聚力c 10kPa 求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓力 并繪出土壓力分布圖 解 將均布荷載換算成當量的土重 擋土墻上表面的主動土壓力 作用點 Ea 2 填土中有地下水時的土壓力計算 當墻后填土中有水時 需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小 水下填土部分采用浮容重進行計算 3 填土為成層土?xí)r的土壓力計算 由于各層填土重度不同 使得填土豎向應(yīng)力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同 所以在計算主動或被動土壓力系數(shù)時 需采用計算點所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角 采用當量法 一 第一層土的主動土壓力計算 按常規(guī)方法 二 第二層土的主動土壓力計算 h 1 第二層土的上表面 2 第二層土的下表面 例 已知某混凝土擋土墻 墻高H 5 0m 墻背豎直 光滑 填土表面水平 墻后土體分為兩層如圖 求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓力 并繪出土壓力分布圖 C 1 第一層土的主動土壓力計算 2 第二層土的主動土壓力計算 h B A H1 2m H2 3m 12kPa 5 9kPa 40 4kPa 例 已知某混凝土擋土墻 墻高H 7 0m 墻背豎直 光滑 填土表面水平 墻后土體分為兩層如圖 地下水位于填土表面以下3m處 求作業(yè)在擋土墻上的主動土壓力 并繪出土壓力分布圖 解 一 第一層土的主動土壓力計算 1 第一層土的上表面 r2 19kN m3 C B A H1 3m H2 4m r1 16 5kN m3 1 200 C1 0 2 300 C2 10kPa rsat 20kN m3 q 100kPa h0 二 第二層土的主動土壓力計算 h r2 19kN m3 B A H1 3m H2 4m 49kPa 42kPa 74kPa 56kPa q rwH2 4 墻背形狀有變化 AB墻 按常規(guī)計算BC墻 將BC延伸至D 以DBC作為假想墻面計算 帶卸荷臺的擋土墻土壓力 5車輛荷載引起的土壓力 汽車 路面行使 給擋土結(jié)構(gòu)荷載的作用 根據(jù) 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 來計算等效的土壓力計算原理是按照庫侖土壓力理論 把填土滑動的土體范圍內(nèi)的車輛荷載 換算成厚度的土層 作用在破壞棱體范圍內(nèi)的車輛荷載 換算成厚度為的土層 G L0 H 填土重度 B 擋土墻的計算長度 擋土墻的計算長度B 300 L a B l a Htan300 H H 2 B l a Htan300 L0 H tan cot 主動土壓力為 H 1 重力式擋土墻 2 懸臂式擋土墻 擋土墻設(shè)計 1擋土墻類型 3 扶壁式擋土墻 4 錨定板式與錨桿式擋土墻 重力式擋土墻是最古老的結(jié)構(gòu)形式因其料源豐富取材方便形式簡單施工簡便所以仍然是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式 為了適應(yīng)地基承載力要求和地形條件 在重力式擋上墻基礎(chǔ)上發(fā)展形成了半重力式和衡重式持土墻 半重力式擋土壤可利用展寬墻趾和墻踵來減小基底應(yīng)力降低地基承載力的要求 衡重式檔土墻可利用衡重臺以上的填土重力節(jié)省部分墻身圬工 而且墻身建筑高度大適用于地面橫坡較大地段 實際上 半重力式和衡重式均屬于重力式的范疇為了適應(yīng)不同的使用要求如建筑高度穩(wěn)定性等和不同地區(qū)的建筑條件如地基料源地形等研究開發(fā)了各種形式的擋土墻 如懸臂式扶壁式加筋土式錨桿式和錨定板式等這些形式都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)懸臂式和扶壁式擋土墻在國外應(yīng)用十分廣泛但在我國應(yīng)用尚未普及 不過隨著高等級公路向中西部地區(qū)推進其應(yīng)用會越來越多懸臂式和扶壁式擋土墻適用于缺乏石料的地區(qū)它通過墻趾板和墻踵板寬度來調(diào)節(jié)控制基底應(yīng)力墻高以內(nèi)時多采用懸臂式擋土墻當墻高大于時需在立壁墻面板與墻踵板之間增設(shè)扶肋形成扶壁式擋土墻 錨定板及錨桿式擋土墻 橋臺 港口護岸工程 錨定板結(jié)構(gòu)是我國鐵路部門首創(chuàng)的一種新型支擋結(jié)構(gòu)形式 它發(fā)展于70年代初期 1974年首次在太焦鐵路上使用 目前在鐵路部門已廣泛應(yīng)用 公路 水利 煤礦等部門也在立交橋臺 邊坡支擋 坡腳防護等多種工程中應(yīng)用 錨定板擋土墻是由墻面 拉桿 錨定板以及充填墻面與錨定板之間的填土所共同組成的一個整體 現(xiàn)在圬工是指除鋼筋砼 預(yù)應(yīng)力砼 鋼結(jié)構(gòu)以外 由純混凝土或磚石砌體材料建筑的 準確地說圬工就是材料強度不能充分發(fā)揮的結(jié)構(gòu) 比如大體積的混凝土 內(nèi)部混凝土的強度遠沒得到充分發(fā)揮 也就是說材料的實際應(yīng)力很小 遠沒達到材料的設(shè)計強度 基本結(jié)構(gòu)就是前面所說的幾種類型 1 抗滑穩(wěn)定驗算 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動 為基底摩擦系數(shù) 根據(jù)土的類別查表得到 重力式擋土墻計算 2 穩(wěn)定性驗算 抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定 抗傾覆穩(wěn)定驗算 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆 總結(jié) 1 靜止土壓力e0 K0靜止土壓力系數(shù) 成三角形分布 2朗肯土壓力理論 粘性土的主動土壓力