土力學(xué)及基礎(chǔ)工程-第六章-土壓力

1、土壓力理論土壓力理論廣東工業(yè)大學(xué)廣東工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院建筑工程學(xué)院概概 述述在港口、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(jiàn)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。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)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)壓力壓力稱(chēng)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。概概 述述概概 述述概概 述述概概 述述概概 述述概概 述述概概 述述6.2 位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關(guān)還土壓力的大小和分布規(guī)律不僅

2、與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關(guān)還與擋土墻的剛度及其與擋土墻的剛度及其位移的方向與大小位移的方向與大小密切相關(guān)。密切相關(guān)。主動(dòng)主動(dòng)被動(dòng)被動(dòng)6.2 位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力靜止土壓力靜止土壓力E0、 0 擋土墻為剛性，不動(dòng)時(shí)土處于彈性平衡狀態(tài)，擋土墻為剛性，不動(dòng)時(shí)土處于彈性平衡狀態(tài)，不產(chǎn)生位移和變形，此時(shí)作用在擋土墻上的土壓力不產(chǎn)生位移和變形，此時(shí)作用在擋土墻上的土壓力稱(chēng)為靜止土壓力。稱(chēng)為靜止土壓力。主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力 Ea、 a 擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到的土壓力逐

3、漸減小，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，墻后土體受到的土壓力逐漸減小，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土壓力降為最小值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力成為主動(dòng)土壓力。土壓力降為最小值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力成為主動(dòng)土壓力。被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力 Ep、 p 擋土墻向填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，墻擋土墻向填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到擠壓而引起土壓力逐漸增大，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡后土體受到擠壓而引起土壓力逐漸增大，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土壓力增大為最大值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力成為狀態(tài)時(shí)，土壓力增大為最大值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力成為被動(dòng)土壓

4、力。被動(dòng)土壓力。靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(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。位移的情況。按照水平向自重應(yīng)力的計(jì)算公式確定。按照水平向自重應(yīng)力的計(jì)算公式確定。靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算若墻后填土為均勻體，若墻后填土為均勻體，則單位面積上靜止土壓則單位面積上靜止土壓力為力為靜止土壓力合力為靜止土壓力合力為1/3Hzk00靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算的關(guān)鍵是靜止側(cè)壓力系數(shù)的確定。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?？捎墒覂?nèi)的或現(xiàn)場(chǎng)的靜止側(cè)壓力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。對(duì)于砂或

5、正常固結(jié)的粘土，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來(lái)對(duì)于砂或正常固結(jié)的粘土，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來(lái)確定確定mC.N0R.O0OCRKK主動(dòng)、被動(dòng)土壓力理論主動(dòng)、被動(dòng)土壓力理論Rankine土壓力理論和土壓力理論和Coulomb土壓力理論是土壓力理論是計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的兩種基本理論。計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的兩種基本理論。6.3 Rankine土壓力理論土壓力理論基本原理基本原理 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極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單元體處于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(shí)應(yīng)力所滿(mǎn)足的條件來(lái)建立土壓

6、力的計(jì)極限平衡狀態(tài)時(shí)應(yīng)力所滿(mǎn)足的條件來(lái)建立土壓力的計(jì)算公式。算公式?；炯俣ɑ炯俣?土體是具有水平表面的半無(wú)限體，墻背豎直光滑，采土體是具有水平表面的半無(wú)限體，墻背豎直光滑，采用這樣假定的目的是控制墻后單元體在水平和豎直方用這樣假定的目的是控制墻后單元體在水平和豎直方向的主應(yīng)力方向。向的主應(yīng)力方向。6.3 Rankine土壓力理論土壓力理論6.3 Rankine土壓力理論土壓力理論tg cfA0 主動(dòng)狀態(tài)被動(dòng)狀態(tài) xmin= a x=K0 z z xmax= p245tan2245tanoo231c245tan2245tanoo213c6.3 Rankine土壓力理論土壓力理論6.3 Ran

7、kine土壓力理論土壓力理論6.3.2 Rankine主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力基本計(jì)算公式基本計(jì)算公式aaoo2oo21a2 245tan2245tan 245tan2245tanKczKczc朗肯理論的主動(dòng)土壓力系數(shù)a3fx1fz無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算aazK粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算 a=0aaa2KczK 6.3.3 Rankine被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力基本計(jì)算公式基本計(jì)算公式ppoo2oo23p2 245tan2245tan 245tan2245tanKczKczc3fzp1fx朗肯理論的被動(dòng)土壓力系數(shù)無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)

8、算ppzKp2p21KHE粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算HKcKHEpp2p221ppp2KczK babaHh236.3.4 其它幾種情況下的土壓力填土表面有連續(xù)均布荷載成層填土墻后填土有地下水無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算ppppqKzKKqz無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算aaaaqKzKKqz粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算pppppp22KcqKzKKcKqz出現(xiàn)拉力區(qū)qKcza02填土表面有局部均布荷載時(shí)的土壓力計(jì)算填土表面有局部均布荷載時(shí)的土壓力計(jì)算均布荷載自墻后某一距離開(kāi)始連

9、續(xù)分布均布荷載自墻后某一距離開(kāi)始連續(xù)分布填土表面有局部均布荷載時(shí)的土壓力計(jì)算填土表面有局部均布荷載時(shí)的土壓力計(jì)算均布荷載分布在墻后某一寬度范圍內(nèi)均布荷載分布在墻后某一寬度范圍內(nèi)填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算當(dāng)墻后填土中有水時(shí)，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(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算作用在墻背上的總壓力中應(yīng)包括水壓力的作用。靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算若墻后填土中有地下水，若墻后填土中有地下水，則計(jì)算靜止土壓力時(shí)，則計(jì)算靜止土壓力時(shí)，水中土的重度應(yīng)取浮重水中土的重度應(yīng)取浮重度度形心形心1/3H2填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)

10、算填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)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(jì)算主動(dòng)或被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，需采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算6.4 庫(kù)侖土壓力理論庫(kù)侖土壓力理論填土填土ABDCE破壞面為平面滑動(dòng)體為剛體滑動(dòng)體整體處于極限平衡狀態(tài)，在滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度已充分發(fā)揮。無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算正弦定律計(jì)算自重?zé)o粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)

11、算主動(dòng)土壓力是假定一系列破壞面計(jì)算出的土壓力中的最大值無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算0, 0, 00時(shí)庫(kù)侖主動(dòng)土壓力簡(jiǎn)化為朗肯主動(dòng)土壓力公式。aa2a21ddddzKKzzzE無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算W代入無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算當(dāng)擋土墻向填土方向擠壓時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上的P值一定是最小的，因?yàn)榇藭r(shí)滑動(dòng)土體所受阻力最小，最容易被向上推出，所以作用在墻背上的被動(dòng)土壓力EP值，應(yīng)是假定一系列破壞面上計(jì)算出的土壓力最小值Pmin粘性填土的土壓

12、力粘性填土的土壓力對(duì)于工程實(shí)際中粘性填土問(wèn)題，往往采用等代內(nèi)摩擦角法，不直接考慮粘性填土粘聚力的影響，而是用一個(gè)等代內(nèi)摩擦角來(lái)代替粘土的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，然后再按無(wú)粘性填土問(wèn)題求解。朗肯與庫(kù)侖土壓力理論存在的主要問(wèn)題朗肯與庫(kù)侖土壓力理論存在的主要問(wèn)題朗肯理論基于土單元體的應(yīng)力極限平衡條件來(lái)建立，采用的假定是墻背豎直光滑，填土面為水平，其計(jì)算結(jié)果偏于保守。庫(kù)侖土壓力理論基于滑動(dòng)塊體的靜力平衡條件來(lái)建立，采用的假定是破壞面為平面。但當(dāng)墻背與填土的摩擦角較大時(shí)，在土體中產(chǎn)生的滑動(dòng)面往往是一個(gè)曲面，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。被動(dòng)土壓力的計(jì)算常采用朗肯理論。：前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體（c=0）。：前者應(yīng)用半空間中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動(dòng)土楔體的靜力平衡條件導(dǎo)出計(jì)算公式。：朗肯理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏?。粠?kù)倫理論假定破壞面為一平面，而實(shí)際上為曲面。實(shí)踐證明，計(jì)算的主動(dòng)土壓力誤差不大，而被動(dòng)土壓力誤差較大。朗肯理論與庫(kù)倫理論比較朗肯理論與庫(kù)倫理論比較1、重力式擋土墻（、重力式擋土墻（1）2、懸臂式擋土墻（、懸臂式擋土墻（2）3、扶壁式擋土墻（、扶壁式擋土墻（3）（1） （2） （3）6.5 擋土墻設(shè)計(jì)先假定截面尺寸，然后驗(yàn)算穩(wěn)定性及強(qiáng)度，若不滿(mǎn)足要求，再修改設(shè)計(jì)。