土力學6擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力學習教案

1、土力學土力學6擋土結(jié)構(gòu)擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物上的土壓力物上的土壓力第一頁，共80頁。第1頁/共80頁第二頁，共80頁。計算計算本章(bn zhn)目錄第2頁/共80頁第三頁，共80頁。第3頁/共80頁第四頁，共80頁。支撐天然斜坡E拱橋橋臺E擋土墻上的土壓力：由于土體自重、土上荷載(hzi)或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。第4頁/共80頁第五頁，共80頁。擋土墻類型（按剛度(n d)及位移方式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻錨桿板樁板樁變形第5頁/共80頁第六頁，共80頁。剛性擋土墻：本身變形極小，只能發(fā)生整體(zhngt)位移 重力式懸臂式扶壁式 錨拉式第6頁/

2、共80頁第七頁，共80頁。支撐天然斜坡E地下室側(cè)墻E填土E填土堤岸擋土墻拱橋橋臺E第7頁/共80頁第八頁，共80頁。第8頁/共80頁第九頁，共80頁。護坡樁形成(xngchng)的擋土結(jié)構(gòu)第9頁/共80頁第十頁，共80頁。 6.1概述(i sh)第10頁/共80頁第十一頁，共80頁。土工(t n)格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻第11頁/共80頁第十二頁，共80頁。第12頁/共80頁第十三頁，共80頁。加筋擋土墻第13頁/共80頁第十四頁，共80頁。第14頁/共80頁第十五頁，共80頁。 6.1概述(i sh)第15頁/共80頁第十六頁，共80頁。柔性擋土墻：本身會發(fā)生(fshng)變形，

3、墻上土壓力分布形式復雜錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力 實測 計算板樁錨桿基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布第16頁/共80頁第十七頁，共80頁。 6.1概述(i sh)第17頁/共80頁第十八頁，共80頁。3.被動(bidng)土壓力（Passive earth pressure)二、 土壓力(yl)的種類1.靜止(jngzh)土壓力（Earth pressure at rest)2.主動土壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺第18頁/共80頁第十九頁，共80頁。墻體位移(wiy)與土壓力類型第19頁/共80頁第二十頁，共80頁。靜止(jngzh)土壓力H+ - = H土

4、壓力EEpE0Ea- H15%15%0地下室側(cè)墻E填土第20頁/共80頁第二十一頁，共80頁。主動(zhdng)土壓力墻體外移，土壓力逐漸減小，當土體破壞，達到極限(jxin)平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最小)EH+土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0第21頁/共80頁第二十二頁，共80頁。被動(bidng)土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當土體破壞(phui)，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最大)土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0-第22頁/共80頁第二十三頁，共80頁。嵌巖的擋土墻地下室= 0第23頁/共80頁第二十四頁，共80頁。svsvshp0=shzzsv

5、zKs0hK0: 靜止(jngzh)土壓力系數(shù) zKps0h0 sin10K對于砂土、正常固結(jié)粘土由于土的 n 很難確定，K0 常用經(jīng)驗公式計算第24頁/共80頁第二十五頁，共80頁。靜止(jngzh)土壓力分布HzzKp00H31E0HK020021HKE總靜止(jnzh)土壓力第25頁/共80頁第二十六頁，共80頁。形心1/3H2若墻后填土中有地下水，則計算(j sun)靜止土壓力時，水中土的重度應(yīng) 取浮重度第26頁/共80頁第二十七頁，共80頁。1 朗肯極限(jxin)平衡應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點的應(yīng)力從彈性平衡(pnghng)狀態(tài)發(fā)展為極限平衡(pnghng)狀態(tài)的情

6、況。s3fsv=zsK0sv主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)s1s345+/2第27頁/共80頁第二十八頁，共80頁。s1fsv=zsK0sv被動(bidng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 6.3 朗肯土壓力(yl)理論s1s3s3s145-/2第28頁/共80頁第二十九頁，共80頁。2 朗肯土壓力(yl)計算假定： 墻背垂直光滑(gung hu)，填土表面水平Hsvsh于是(ysh)： sv、 sh為主應(yīng)力，且sv=zz 6.3 朗肯土壓力理論第29頁/共80頁第三十頁，共80頁。朗肯主動土壓力計算(j sun)填土為無粘性土（砂土）s145+/2豎向應(yīng)力(yngl)為大主應(yīng)力(yngl)zssv1水平(shupn

7、g)向應(yīng)力為小主應(yīng)力aph3ss無粘性土的極限平衡條件z)2/45(213sstg于是：主動土壓力強度)2/45(23hsstgzpapa=s3fsv=zsK0sv pa=s3 6.3 朗肯土壓力理論第30頁/共80頁第三十一頁，共80頁。s145+/2 pa=s3z主動(zhdng)土壓力強度)2/45(2tgzpaaaKzp)2/45(2tgKa朗肯主動土壓力(yl)系數(shù)HKpaa 2/2HKEaa H31總主動(zhdng)土壓力221HKEaa 6.3 朗肯土壓力理論第31頁/共80頁第三十二頁，共80頁。朗肯主動土壓力計算(j sun)填土為粘性土豎向應(yīng)力(yngl)為大主應(yīng)力(yn

8、gl)zssv1水平(shupng)向應(yīng)力為小主應(yīng)力aph3ss粘性土的極限平衡條件)2/45(2)2/45(213sstgctg于是：主動土壓力強度)2/45(2)2/45(23hsstgctgzpapa=s3fsv=zsK0sv 6.3 朗肯土壓力理論第32頁/共80頁第三十三頁，共80頁。主動(zhdng)土壓力強度aaaKcKzp2)2/45(2 tgKa朗肯主動(zhdng)土壓力系數(shù)負號(f ho)45+/2z0z0aKcz20zz0 aaaKcKzp2zz0 0ap 6.3 朗肯土壓力理論第33頁/共80頁第三十四頁，共80頁。aaaKcHKp2H)(310zH Ea總主動(zh

9、dng)土壓力2202221)(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaaz0aKcz20 6.3 朗肯土壓力(yl)理論第34頁/共80頁第三十五頁，共80頁。注意：粘性(zhn xn)土的主動土壓力aaaKcHKp2H)(310zH Ea不支護(zh h)直立開挖的最大深度z0 6.3 朗肯土壓力(yl)理論第35頁/共80頁第三十六頁，共80頁。第36頁/共80頁第三十七頁，共80頁。朗肯被動土壓力計算填土為無粘性(zhn xn)土（砂土）豎向應(yīng)力(yngl)為小主應(yīng)力(yngl)zssv3水平(shupng)向應(yīng)力為大主應(yīng)力pph1ss45-/2無粘性土的極限平衡條件)2/45(2

10、13sstg于是：被動土壓力強度)2/45(21hsstgzpppp=s1fsv=zsK0sv pp=s1s3z)2/45(231sstg 6.3 朗肯土壓力理論第37頁/共80頁第三十八頁，共80頁。45-/2 pp=s1s3z被動(bidng)土壓力強度)2/45(2tgzppppKzp)2/45(2tgKp朗肯被動(bidng)土壓力系數(shù)總被動(bidng)土壓力221HKEppHKpppH31 6.3 朗肯土壓力理論第38頁/共80頁第三十九頁，共80頁。朗肯被動土壓力計算(j sun)填土為粘性土豎向應(yīng)力(yngl)為小主應(yīng)力(yngl)zssv3水平(shupng)向應(yīng)力為大主應(yīng)力

11、pph1ss粘性土的極限平衡條件于是：被動土壓力強度)2/45(2)2/45(21hsstgctgzpppp=s1fsv=zsK0sv)2/45(2)2/45(213sstgctg)2/45(2)2/45(231sstgctg 6.3 朗肯土壓力理論第39頁/共80頁第四十頁，共80頁。被動(bidng)土壓力強度pppKcKzp2)2/45(2tgKp朗肯被動(bidng)土壓力系數(shù)正號HKppKc2EpH總被動(bidng)土壓力pppKcHKHE2212 6.3 朗肯土壓力理論第40頁/共80頁第四十一頁，共80頁。s1fsv=zsK0svs1s345-/245+/2s3fs1s3 6.

12、3 朗肯土壓力(yl)理論第41頁/共80頁第四十二頁，共80頁。主動土壓力(yl)系數(shù))2/45(2tgKp)2/45(2tgKa被動土壓力(yl)系數(shù)靜止土壓力(yl)系數(shù)sin10Ksin1sin1sin1sin1paKKK1015%15%0E0Ea HH Ep土壓力 E_ HH + 6.3 朗肯土壓力理論第42頁/共80頁第四十三頁，共80頁。墻背傾斜(qngxi)、粗糙、填土傾斜(qngxi)時？庫侖(kln)土壓力理論庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)第43頁/共80頁第四十四頁，共80頁。墻背傾斜，具有傾角填土表面(biomin)有傾角墻背粗糙，與填土摩擦角為出

13、發(fā)點：平面(pngmin)滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面(pngmin)假設(shè)(jish)條件：剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體，滑動楔體整體處于極限平衡狀態(tài) 6.4 庫侖土壓力理論第44頁/共80頁第四十五頁，共80頁。ACHB無粘性(zhn xn)土的主動土壓力WER WRE- =90-)()(180sin)sin(fWE 、E 6.4 庫侖(kln)土壓力理論0ddf求極大值第45頁/共80頁第四十六頁，共80頁。aaKHE221EEa222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosaK庫侖主動土壓力(yl)系數(shù)aHKH31Ea特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面(biom

14、in)水平時，與朗肯理論等價 土壓力(yl)分布：三角形分布 6.4 庫侖土壓力理論第46頁/共80頁第四十七頁，共80頁。ABCH無粘性土的被動(bidng)土壓力WRE + =90+-)()(180sin)sin(fWE0ddf 、EWER 6.4 庫侖土壓力(yl)理論求極小值第47頁/共80頁第四十八頁，共80頁。ppKHE221EEp庫侖被動(bidng)土壓力系數(shù)pHKH31土壓力(yl)分布：三角形分布222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cospK 6.4 庫侖(kln)土壓力理論第48頁/共80頁第四十九頁，共80頁。當 填土表面不是(b shi

15、)平面時，以主動土壓力為例 6.4 庫侖土壓力(yl)理論庫爾曼（Culmann）圖解法第49頁/共80頁第五十頁，共80頁。粘性(zhn xn)填土的土壓力W中包括(boku)BCDEaKcz20 6.4 庫侖土壓力(yl)理論（為了計算簡便，一般用折減內(nèi)摩擦角的方法計算）第50頁/共80頁第五十一頁，共80頁。1 、分析方法E朗肯理論朗肯理論庫侖理論庫侖理論土體內(nèi)各點均處于極限土體內(nèi)各點均處于極限平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)：極限應(yīng)力法極限應(yīng)力法剛性楔體，滑面上處于剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態(tài)：極限平衡狀態(tài)：滑動楔滑動楔體法體法先求土壓力強度先求土壓力強度p p先求總土壓力先求總土壓力E E極限

16、(jxin)平衡狀態(tài) 兩種土壓力(yl)理論的比較第51頁/共80頁第五十二頁，共80頁。 6.5 土壓力(yl)問題的討論朗肯理論朗肯理論庫侖理論庫侖理論 墻背條件墻背條件墻背光滑豎墻背光滑豎直直 墻背可以是傾斜粗糙的墻背可以是傾斜粗糙的 填土條件填土條件填土水平填土水平填土表面為水平或者傾斜的填土表面為水平或者傾斜的E2 、應(yīng)用(yngyng)條件第52頁/共80頁第五十三頁，共80頁。3 計算誤差朗肯土壓力(yl)理論 WREaEa實際(shj)0WREpEp 主動(zhdng)土壓力偏大 被動土壓力偏小 6.5 土壓力問題的討論 主動土壓力 被動土壓力第53頁/共80頁第五十四頁，共8

17、0頁。3 計算誤差庫侖(kln)土壓力理論 實際滑裂面不一定(ydng)是平面 主動(zhdng)土壓力 偏小被動土壓力 偏大滑動面滑動面主動土壓力搜索得到的不一定是最大值被動土壓力搜索得到的不一定是最小值 6.5 土壓力問題的討論第54頁/共80頁第五十五頁，共80頁。計算誤差結(jié)論(jiln) 工程(gngchng)中使用被動土壓力較少。因為所需相對位移太大 6.5 土壓力問題的討論第55頁/共80頁第五十六頁，共80頁。 6.5 土壓力(yl)問題的討論第56頁/共80頁第五十七頁，共80頁。擋土墻位移(wiy)對土壓力分布的影響若墻的下端不動，上端向外移動，壓力為直線分布，總應(yīng)力作用在墻

18、底面上H/3處，如圖(a)所示。當上端的移動達到相當數(shù)值時，填土發(fā)生破壞，此時作用在墻上的土壓力為主動土壓力。 若墻的上端不動下端向外移動時，無論位移多大都不能使填土發(fā)生主動破壞，壓力為曲線分布?？倯?yīng)力作用在墻底面以上H/2處，如圖（b）所示。 若墻的上端和下端都向外移動，位移的大小未使填土發(fā)生主動破壞，壓力也是曲線分布，如圖（c）所示，總應(yīng)力作用在H/2附近(fjn)。當位移超過圖（a）上端轉(zhuǎn)動所發(fā)生的主動破壞的位移時，填土中也將發(fā)生主動破壞，壓力成為直線分布，壓力作用點降至H/3處。 6.5 土壓力問題(wnt)的討論第57頁/共80頁第五十八頁，共80頁。1. 填土上有荷載2. 成層填土

19、情況3. 填土中有水4. 坦墻5. 折線(zhxin)墻背面上的土壓力6.開挖情況下的土壓力7. 地震時的土壓力第58頁/共80頁第五十九頁，共80頁。6.6幾種常見(chn jin)的主動土壓力計算1 填土上有荷載(hzi)s145+/2pa=s3fsv=z+qsK0svz pa=s3qaaaKcKqzp2)(3sqz s1aaaKcqKzK2aaKcqK2azK朗肯土壓力(yl)理論第59頁/共80頁第六十頁，共80頁。1 填土上有荷載(hzi)庫侖土壓力(yl)理論)cos(cos212aaaqHKKHE6.6幾種常見的主動(zhdng)土壓力計算第60頁/共80頁第六十一頁，共80頁。

20、局部(jb)荷載朗肯理論(lln) 6.6幾種常見的主動土壓力(yl)計算第61頁/共80頁第六十二頁，共80頁。局部(jb)荷載庫侖(kln)理論 WERqWREaEaQ6.6幾種(j zhn)常見的主動土壓力計算第62頁/共80頁第六十三頁，共80頁。2 成層填土情況(qngkung)1 1 c1)245(2)245(2vhjjssooatgctgp2 2 c2H1H2aaKcK2vs6.6幾種常見(chn jin)的主動土壓力計算第63頁/共80頁第六十四頁，共80頁。2 1)2/45(2ztgzKpaac1= c2=0 時2 2 H1H21 1 111aKH211aKH 22211)(

21、aKHH 1 = 2 時 2 1 2 0 c1 0 c2 = 0aaaKczKp2c1、 c2不為(b wi)0 時2 2 H1H21 1 111112aaKcKH222112aaKcKH22222112)(aaKcKHHaaKdzdp1 = 2 2 = 1 時6.6幾種常見(chn jin)的主動土壓力計算第65頁/共80頁第六十六頁，共80頁。H1H23 填土中有水水下(shu xi)部分用浮容重uzzss土壓力(yl)zaaKpsupu)2/45(2tgKaaKH1 aKHH)(212Hw 土壓力(yl) aKH1aEwEwaEEE水壓力靜水情況水壓力6.6幾種常見的主動土壓力計算第66

22、頁/共80頁第六十七頁，共80頁。例題：某擋土墻高7m，墻背垂直光滑，墻后填土表面水平，墻頂寬0.8m，墻底寬3.2m，墻砌體(q t)重度=22kN/m3，基底摩擦系數(shù)=0.5，墻后填土面上作用有均布荷載q=10kpa，墻后填土分兩層：（1）畫出主動土壓力分布(fnb)圖形（2）求主動土壓力Ea（3）驗算該擋土墻的穩(wěn)定性第67頁/共80頁第六十八頁，共80頁。4 坦墻 cr=45o-/2(1) 垂直于假設(shè)墻面(qin min)CD上主動土壓力 Ea=1/2KaH2 (2) 作用在真實墻面(qin min)AC上的土壓力WEaEa22WEEaa第一(dy)滑裂面第二(d r)滑裂面WEa6.6幾種常見的主動土壓力計算第68頁/共80頁第六十九頁，共80頁。5 折線(zhxin)墻背面上的土壓力Ea1Ea2+CABDADCB小擋土墻土壓力(yl)假設(shè)完整(wnzhng)擋土墻土壓力的一部分21aaaEEE6.6幾種常見的主動土壓力計算第69頁/共80頁第七十頁，共80頁。6.6幾種常見的主動(zhdng)土壓力計算第70頁/共80頁第七十一頁，共80頁。7 地震(dz