《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法》第3章側(cè)壓力分析

1、第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 1z =z0apn為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 2第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 3第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 4第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力 5第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 均勻土的自重應(yīng)力均勻土的自重應(yīng)力 cz在在均質(zhì)土中沿水平面均質(zhì)土中沿水平面均勻分布均勻分布，沿深度方向，沿深度方向?yàn)闉橹本€分布直線分布czcz線zzazcz=z天然地面任意水平面的分布任意水平面的分布沿深度的分布沿深度的分布n土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力 6第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 成層土的自重應(yīng)力成層土的

2、自重應(yīng)力 cz沿深度方向?yàn)檠厣疃确较驗(yàn)檎劬€分布折線分布1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4天然地面h2h3h4cz線czzh11234成層土自重應(yīng)力分布成層土自重應(yīng)力分布n土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力 7第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 土層中有地下水土層中有地下水 由于由于水位以下水位以下的土層受到水的浮力作用，所以的土層受到水的浮力作用，所以用用有效重度代替天然重度有效重度代替天然重度來進(jìn)行來進(jìn)行計算計算=sat- w天然地面cz地下水位面wh3+h4()1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124線cz3含含地下

3、水地下水的土的土自重應(yīng)力分布自重應(yīng)力分布n土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力 8第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 地下水位以下存在不透水層地下水位以下存在不透水層 水浮力只對不透水層以上有影響水浮力只對不透水層以上有影響，不透水層以不透水層以下下各層土的自重應(yīng)力等于它上面覆蓋的各層土的自重應(yīng)力等于它上面覆蓋的水土總水土總重重天然地面cz地下水位面wh31h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124線cz不透水層+h3w+3存在不透水層存在不透水層的土自重應(yīng)力分布的土自重應(yīng)力分布n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土體坍塌土體坍塌9第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力約束不住導(dǎo)致土體坍

4、塌約束不住導(dǎo)致土體坍塌n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的工程應(yīng)用擋土墻的工程應(yīng)用 10第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力擋土墻的工程應(yīng)用擋土墻的工程應(yīng)用建筑工程建筑工程水利工程水利工程道路工程道路工程鐵路工程鐵路工程n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類11第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力擋土墻的分類擋土墻的分類按墻體材料按墻體材料磚石磚石素混凝土素混凝土鋼筋混凝土鋼筋混凝土按結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)形式重力式重力式懸臂式懸臂式錨拉式錨拉式扶壁式扶壁式n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類12第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力按墻體材料劃分按墻體材料劃分磚石磚石素混凝土素混凝土鋼筋混凝土鋼筋混凝土n土的側(cè)向

5、壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類13第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 按結(jié)構(gòu)形式劃分按結(jié)構(gòu)形式劃分n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類14第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 按結(jié)構(gòu)形式劃分按結(jié)構(gòu)形式劃分n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類15第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 按結(jié)構(gòu)形式劃分按結(jié)構(gòu)形式劃分n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類16 按結(jié)構(gòu)形式劃分按結(jié)構(gòu)形式劃分第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力- -剛性擋土墻剛性擋土墻 17第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力- -剛性擋土墻剛性擋土墻 18第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力

6、土的側(cè)向壓力- -柔性擋土墻柔性擋土墻 19錨桿錨桿板樁板樁第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力- -柔性擋土墻柔性擋土墻 20第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力定義定義21第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力土的側(cè)向壓力一般簡稱為土壓力，它是墻后填土土的側(cè)向壓力一般簡稱為土壓力，它是墻后填土的的自重自重或或填土表面的荷載填土表面的荷載對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力影響因素影響因素22第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力影響土壓力大小及分布的因素影響土壓力大小及分布的因素墻身的位移情況墻身的位移情況度及結(jié)構(gòu)形式度及結(jié)構(gòu)形式墻體材料、高墻體材料、高墻后填

7、土的性質(zhì)墻后填土的性質(zhì)墻和地基之間的摩擦特性墻和地基之間的摩擦特性n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力分類分類23第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力分類原則分類原則擋土墻的移動情況擋土墻的移動情況墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)靜止土壓力靜止土壓力主動土壓力主動土壓力被動土壓力被動土壓力分類結(jié)果分類結(jié)果n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力分類分類24第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力靜止土壓力靜止土壓力25第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力地下室外墻地下室外墻受到樓板的支撐作用，可以認(rèn)為在土壓力作用下受到樓板的支撐作用，可以認(rèn)為在土壓力作用下不產(chǎn)生位移不產(chǎn)生位移計算地下室外墻計算地下室外墻時采用靜止土壓時采用靜止

8、土壓力力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力靜止土壓力靜止土壓力26第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 恒祥首府恒祥首府 因在此樓地下因在此樓地下室設(shè)置地鐵站室設(shè)置地鐵站出口出口 需進(jìn)行加固改需進(jìn)行加固改造造n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力靜止土壓力靜止土壓力27第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 地下二層剪力墻開洞地下二層剪力墻開洞n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力靜止土壓力靜止土壓力28第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 地下二層地下二層地下一層新增樓梯一部地下一層新增樓梯一部 地下一層頂樓板開洞地下一層頂樓板開洞n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力靜止土壓力靜止土壓力29第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 一般樓板開洞只一般樓板開洞只需設(shè)置邊梁即可需設(shè)置邊梁即

9、可 此樓板不僅承受此樓板不僅承受豎向力，同時是豎向力，同時是擋土墻的支撐擋土墻的支撐 樓板開洞后需設(shè)樓板開洞后需設(shè)置臥梁來抵抗擋置臥梁來抵抗擋土墻后的土壓力土墻后的土壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力主動土壓力主動土壓力30第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 重力式擋土墻重力式擋土墻破壞時墻體移動破壞時墻體移動 深基坑支護(hù)深基坑支護(hù) 驗(yàn)算支撐間的擋土墻承載力驗(yàn)算支撐間的擋土墻承載力E0 驗(yàn)算擋土墻的整體傾覆驗(yàn)算擋土墻的整體傾覆Ean土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力被動土壓力被動土壓力31第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力拱橋橋臺拱橋橋臺 什么情況下要采用被動土壓力什么情況下要采用被動土壓力來進(jìn)行設(shè)計？來進(jìn)行設(shè)計？ 相同截面的

10、梁和拱，哪一個結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)更大相同截面的梁和拱，哪一個結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)更大的豎向荷載？為什么？的豎向荷載？為什么？n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的大小關(guān)系土壓力的大小關(guān)系32第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力EaE0Epn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力種類的判別方式種類的判別方式33第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）34第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力之間的關(guān)系抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力之間的關(guān)系或n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）35第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力之間的關(guān)系抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)

11、力之間的關(guān)系n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）36第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線土體完好土體破壞 = 0時，時， = c 隨著正應(yīng)力的增加，隨著正應(yīng)力的增加，土的抗剪強(qiáng)度線性土的抗剪強(qiáng)度線性提高提高 包絡(luò)線下方的區(qū)域包絡(luò)線下方的區(qū)域表示土體完好；包表示土體完好；包絡(luò)線上方的區(qū)域表絡(luò)線上方的區(qū)域表示土體已破壞示土體已破壞n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力墻后土體應(yīng)力狀態(tài)墻后土體應(yīng)力狀態(tài)37第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 朗金土壓力理論的基本原理朗金土壓力理論的基本原理（彈性靜止?fàn)顟B(tài)彈性靜止?fàn)顟B(tài)） 的基本假定的基本假定 土體為半空

12、間彈性體；墻背豎直光滑；土體為半空間彈性體；墻背豎直光滑；填土面水平填土面水平z =zzx=K0zK0zZn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力墻后土體應(yīng)力狀態(tài)墻后土體應(yīng)力狀態(tài)38第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 三三種應(yīng)力狀態(tài)種應(yīng)力狀態(tài)：彈性靜止?fàn)顟B(tài)、塑性主動狀態(tài)彈性靜止?fàn)顟B(tài)、塑性主動狀態(tài)和塑性被動狀態(tài)和塑性被動狀態(tài)z =z0ap 摩爾應(yīng)力圓摩爾應(yīng)力圓原理原理n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力應(yīng)力圓與微元體應(yīng)力圓與微元體42第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力z =z0ap 摩爾應(yīng)力圓摩爾應(yīng)力圓原理原理 應(yīng)力圓上一個應(yīng)力圓上一個點(diǎn)點(diǎn)代表微元體的一個代表微元體的一個面面，點(diǎn)點(diǎn)的的坐標(biāo)坐標(biāo)分別為所分析平面上的分別為所分析平面上的正應(yīng)力

13、正應(yīng)力和和剪應(yīng)力剪應(yīng)力。 應(yīng)力圓上的兩點(diǎn)之間的應(yīng)力圓上的兩點(diǎn)之間的夾角夾角是微元體兩個相是微元體兩個相應(yīng)的面之間的夾角的應(yīng)的面之間的夾角的2倍倍。n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算43第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 靜止土壓力靜止土壓力 深度深度Z處的靜止土壓力強(qiáng)度為處的靜止土壓力強(qiáng)度為0=K0zHK0HZzK0zn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算44第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 靜止土壓力靜止土壓力 與深度成正比，沿墻高呈三角形分布與深度成正比，沿墻高呈三角形分布02021KHEHE0K0HH/3n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算45第第3章章 側(cè)壓力側(cè)

14、壓力 主動土壓力主動土壓力 無無黏黏性土性土: 主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度 a=zKa 主動土壓力主動土壓力:2aa12EH KZ0(H-Z0)KaH -2c KaKaHn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算46第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 主動土壓力主動土壓力 黏黏性土性土: 主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度： 臨界深度臨界深度： 主動土壓力主動土壓力: aaa2KczK a02Kcz22aaa122c2cEH KHKZ0(H-Z0)KaH -2c Kan土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算47第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 被被動土壓力動土壓力 無無黏黏性土性土: 被被動土壓力

15、強(qiáng)度動土壓力強(qiáng)度 p=zKp 被被動土壓力動土壓力:2pp12EH KKpHKpH+KpKpn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力土壓力的計算土壓力的計算48第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 被被動土壓力動土壓力 黏黏性土性土: 被被動土壓力強(qiáng)度動土壓力強(qiáng)度： 被被動土壓力動土壓力: ppp2zKc K ppp122EHc KHK（）KpH+KpKpn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算49第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 (1)成層土體中成層土體中的土壓力計算的土壓力計算 兩種思路：兩種思路： 先求豎向壓力，再乘以相應(yīng)土層主動土壓力先求豎向壓力，再乘以相應(yīng)土層主動土壓力系數(shù)；（推薦方法）

16、系數(shù)；（推薦方法） 把第把第1層土換算成第層土換算成第2層土的高度和密度。層土的高度和密度。 計算哪層土用哪層土的參數(shù)。計算哪層土用哪層土的參數(shù)。n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算50第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 (1)成層土體中的土壓力計算成層土體中的土壓力計算 第第1層土：層土： 上表面：上表面： 下表面：下表面： 第第2層土：層土： 上表面：上表面： 下表面：下表面：1102aaKc012h1h21111112aaaKcKh2221112aaaKcKh222221122)(aaaKcKhhn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計

17、算51第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 (2) 土體表面受連續(xù)均布荷載土體表面受連續(xù)均布荷載 第一種思路：先求豎向應(yīng)力，再第一種思路：先求豎向應(yīng)力，再乘以乘以系數(shù)系數(shù)qKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H) 無無黏黏性土性土： 黏黏性土性土：)(aaqzKaaa2)(KcqzKn土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算52第第3章章 側(cè)壓力側(cè)壓力 (2) 土體表面受連續(xù)均布荷載土體表面受連續(xù)均布荷載 第第二二種思路：種思路：用假想的土層代替均布荷載用假想的土層代替均布荷載 假想土層厚度為假想土層厚度為：h=q/ 填土總高度填土總高度為：為：h+H 擋土墻底面的土擋土墻底面的土壓力為壓力為： （h+H）KaqKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H)n土的側(cè)向壓力土的側(cè)向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓