土壓力理論P(yáng)PT教案

1、土壓力理論土壓力理論概述擋土墻用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性的一種構(gòu)筑物。土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)壓力。第1頁/共89頁概述第2頁/共89頁概述第3頁/共89頁擋土墻的幾種類型:E地下室地下室側(cè)墻E填土重力式擋土墻E橋面拱橋橋臺(tái)概述第4頁/共89頁剛性擋土墻本身變形極小，只能發(fā)生整體位移 重力式懸臂式扶壁式 錨拉式（錨碇式）概述第5頁/共89頁剛性擋土墻的位移及土壓力分布概述第6頁/共89頁柔性擋土墻本身會(huì)發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力 實(shí)測 計(jì)算概述第7頁/共89頁臨時(shí)支撐系統(tǒng)的位移及土壓力分布臨時(shí)支撐土壓力分布受施工

2、過程和變位條件的影響概述第8頁/共89頁剛性擋土墻土壓力計(jì)算比較簡單，其它類型的土壓力計(jì)算大都以剛性墻為依據(jù)本章要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn)概述第9頁/共89頁3.被動(dòng)土壓力（Passive earth pressure)1.靜止土壓力（Earth pressure at rest)2.主動(dòng)土壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺(tái)墻體位移與土壓力類型概述第10頁/共89頁山體滑坡延安寶塔面臨滑坡威脅第11頁/共89頁2009年9月14日5時(shí)50分發(fā)生在蘭州市城關(guān)區(qū)小達(dá)子坪的山體滑坡，已經(jīng)導(dǎo)致3人遇難。 第

3、12頁/共89頁第13頁/共89頁護(hù)坡樁形成的擋土結(jié)構(gòu)第14頁/共89頁加筋土擋墻第15頁/共89頁第16頁/共89頁第17頁/共89頁擋土墻：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。土壓力：由于土體自重、土上荷載或結(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。土壓力是擋土墻上承受的主要外力第18頁/共89頁天然壩 壩高290 m滑坡堰塞湖 庫容15億方第19頁/共89頁第20頁/共89頁第21頁/共89頁第22頁/共89頁E填土重力式擋土墻擋土墻在土壓力的作用下離開墻后填土發(fā)生位移墻體位移與土壓力類型第23頁/共89頁E

4、橋面拱橋橋臺(tái)擋土墻在各種力的共同作用下向墻后填土擠壓第24頁/共89頁EE對(duì)稱的剛性擋土墻在各種力的共同作用下靜止不動(dòng)第25頁/共89頁 擋土墻可能的位移方向不同，強(qiáng)背面承受土壓力的類型與大小不同。 擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。第26頁/共89頁一、土壓力類型及產(chǎn)生條件靜止土壓力E0 擋土墻為剛性不動(dòng)時(shí)，墻后填土處于靜止?fàn)顟B(tài)不產(chǎn)生位移和變形（處于彈性平衡狀態(tài)），此時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。填土6.1 土壓力產(chǎn)生的條件第27頁/共89頁 擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，至墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力。主動(dòng)土壓力Ea = H土壓力E15Eaf

5、E墻體外移，土壓力逐漸減小第28頁/共89頁Ep土壓力E- H15% 擋土墻向填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，至墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力。被動(dòng)土壓力EpfE墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大第29頁/共89頁Ep擋土墻位移與土壓力E關(guān)系- H15% = H15EaE0+-轉(zhuǎn)動(dòng)+-移動(dòng)第30頁/共89頁二、靜止土壓力z z zszshshsz計(jì)算自重應(yīng)力的假定與靜止土壓力產(chǎn)生的條件相同zzszkhs0zkphs00hh/320021hkEK0 常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算對(duì)于砂土、正常固結(jié)粘土sin10KkPakN/mhk0第31頁/共89頁6.2 朗肯土壓力理論基本原理 墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，填

6、土中任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)土單元體的極限理論來建立土壓力的計(jì)算公式。第32頁/共89頁zszshshszs3fsz=zsK0sz1ss zz30sszkhz不變，h不斷減小fap3s第33頁/共89頁zszshshsz1ss zz30sszkhz不變，h不斷增大fpp1ss1fsz=zsK0sz1s3ss1s1s3s3第34頁/共89頁基本假設(shè)擋土墻為剛形體墻背光滑、垂直填土表面水平墻后各點(diǎn)均處于極限平衡狀態(tài) sz、 sh為主應(yīng)力，且sz=z第35頁/共89頁一、主動(dòng)土壓力豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力zssz1水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力afph3ss主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：245tan2)245(ta

7、n23sczpfa)2/45(tan2aK朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)aaaKcKzp2第36頁/共89頁墻后填土為無粘性土（砂土）c=0aaKzpaEH31主動(dòng)土壓力221HKEaaHKpaa H第37頁/共89頁墻后填土為粘性土aaaKcKzp2aE主動(dòng)土壓力HaKc2aaKcHK20apaKcz20z02202221)(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaaaaKcHK2)(310zH zz0 aaaKcKzp2zz0 0ap第38頁/共89頁二、被動(dòng)土壓力豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力zssz3水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力pfph1ss被動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：245tan2)245(tan21sczpfp)2/4

8、5(tan2pK朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)pppKcKzp2第39頁/共89頁墻后填土為無粘性土（砂土）c=0ppKzppE被動(dòng)土壓力221HKEppHKpppHH31第40頁/共89頁墻后填土為粘性土pppKcKzp2被動(dòng)土壓力pEHppkcHK2pKc2pppKcHKHE2212土壓力作用點(diǎn)的位置根據(jù)力矩平衡原理確定第41頁/共89頁 土壓力： 單位長度擋土墻上土壓力 單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn) 土壓力強(qiáng)度： 單位面積上的土壓力 單位：kN/m2幾個(gè)概念每延米第42頁/共89頁土壓力計(jì)算步驟計(jì)算墻背上特征點(diǎn)處的土壓力強(qiáng)度pppKcKzp2aaaKcKzp2繪制土壓力強(qiáng)度分布圖計(jì)算土壓力Ea

9、、Ep確定土壓力作用點(diǎn)第43頁/共89頁三、幾種常見情況主動(dòng)土壓力計(jì)算1. 填土表面上有均布荷載qqHH00HqqH0計(jì)算墻背上特征點(diǎn)處的土壓力強(qiáng)度aaKcp20aaaHKcKHp200aaHHaKcKHHp20)(0aaKcKHH20aKc2繪制土壓力強(qiáng)度分布圖作用在墻背上的土壓力aaKcKHH20aaKcKH20第44頁/共89頁q當(dāng)均布荷載從某點(diǎn)開始連續(xù)分布時(shí)過均布荷載起點(diǎn)作兩條線與水平面夾角分別為、。ED認(rèn)為D點(diǎn)以上土壓力不受超載影響，E點(diǎn)以下完全受影響，D、E間的土壓力用直線連接。aaKcKqH2245第45頁/共89頁q當(dāng)均布荷載局部分布時(shí)過均布荷載起、終點(diǎn)作兩條線與水平面夾角為。

10、ED認(rèn)為D點(diǎn)以上E點(diǎn)以下土壓力不受超載影響，E點(diǎn)以下，D、E間完全受影響。245第46頁/共89頁2. 填土為成層土1 1 c12 2 c2H1H2 第一層按均質(zhì)土計(jì)算土壓力分布 計(jì)算第二層土壓力分布時(shí)，把第一層重量作用在分層面上的應(yīng)力，作為第二層的超載。成層土中土壓力分布圖為： 計(jì)算各土層的土壓力系數(shù)第47頁/共89頁2 1)2/45(2ztgzKpaac1= c2=0 時(shí)2 2 H1H21 1 111aKH211aKH 22211)(aKHH 1 = 2 時(shí) 2 1 2 0 c1 0 c2 = 0aaaKczKp2c1、 c2不為0 時(shí)2 2 H1H21 1 111112aaKcKH222

11、112aaKcKH22222112)(aaKcKHH1 = 2 2 = 1 時(shí)第49頁/共89頁注意 土壓力分布在分層面上的連續(xù)性； 土壓力分布線的斜率在分層面上的連續(xù)性； 土壓力系數(shù)及粘聚力c應(yīng)該采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的。第50頁/共89頁3. 填土中有地下水 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。 計(jì)算作用在墻背上的總壓力時(shí)應(yīng)包括水壓力的作用。第51頁/共89頁H1H2水下部分用浮重度土壓力01wHp土壓力 wEwaEEE水壓力水壓力221HpwHHw1aHp21HHap0apaE第52頁/共89頁6.3 庫倫土

12、壓力理論基本原理CB 當(dāng)墻背上承受主、被動(dòng)土壓力時(shí)，填土必處于極限平衡狀態(tài)。 填土中形成一完整滑動(dòng)面BC，傾角為。 以滑動(dòng)土體ABC的靜力平衡條件確定土壓力。A第53頁/共89頁基本假設(shè)擋土墻為剛形體墻后填土為粗粒土，c=0滑動(dòng)面為過墻踵的平面滑動(dòng)土楔體為剛形體第54頁/共89頁ABCH一、主動(dòng)土壓力WER重力W=SABC墻背反力E土體反力RWRE- =90- - 土的外摩擦角第55頁/共89頁在力矢量三角形中，利用正弦定律可得：)()(180sin)sin(fWE0ddfaaKHE221222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosaK庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù)第56頁/

13、共89頁若 =0， 即墻背垂直光滑，填土表面水平 庫倫理論與朗肯理論等價(jià) )245(tan2aK第57頁/共89頁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布aaKHE221aazKdzdEABHaHKcosBAH aaKBAE2cos212coslKdzdEaa2cosBAKa第58頁/共89頁二、被動(dòng)土壓力ABCHWRE + =90+-)()(180sin)sin(fWEWER第59頁/共89頁ppKHE221EEp庫侖被動(dòng)土壓力系數(shù)pHKH31土壓力分布：三角形分布222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cospK0ddf第60頁/共89頁W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAE

14、REWEaRCAECADaKcz20三、粘性填土的主動(dòng)土壓力第61頁/共89頁四、庫爾曼圖解法WRE- =90-ABCHmn按照相同比例表示E的大小LWmn三角形Bmn與力矢量三角形相似基本原理W方向Ea方向第62頁/共89頁基本步驟W方向Ea方向第63頁/共89頁6.4 土壓力計(jì)算方法的討論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(diǎn)均處于極限土體內(nèi)各點(diǎn)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(dòng)楔滑動(dòng)楔體法體法先求土壓力強(qiáng)度先求土壓力強(qiáng)度p p先求土壓力先求土壓力E E極限平衡狀態(tài)第64頁/共89頁2

15、 應(yīng)用條件及誤差朗肯理論朗肯理論庫侖理論庫侖理論 墻背光滑墻背光滑 墻背豎直墻背豎直 填土面水平填土面水平 填土為粗粒土填土為粗粒土 滑動(dòng)面為平面滑動(dòng)面為平面 粘性土一般用圖解法粘性土一般用圖解法主動(dòng)土壓力偏大主動(dòng)土壓力偏大10%左右左右被動(dòng)土壓力偏小可達(dá)幾倍被動(dòng)土壓力偏小可達(dá)幾倍主動(dòng)土壓力偏?。珊雎裕┲鲃?dòng)土壓力偏小（可忽略）被動(dòng)土壓力偏大可達(dá)幾倍被動(dòng)土壓力偏大可達(dá)幾倍在實(shí)際工程問題中，土壓力計(jì)算是比較復(fù)雜的工程中使用被動(dòng)土壓力較少，因所需相對(duì)位移太大第65頁/共89頁3 計(jì)算誤差朗肯理論WREaEa實(shí)際0WREpEp主動(dòng)土壓力偏大被動(dòng)土壓力偏小第66頁/共89頁3 計(jì)算誤差庫倫理論實(shí)際滑裂

16、面不一定是平面主動(dòng)土壓力偏小被動(dòng)土壓力偏大滑動(dòng)面滑動(dòng)面主動(dòng)土壓力搜索到的不一定是最大值被動(dòng)土壓力搜索到的不一定是最小值第67頁/共89頁計(jì)算誤差結(jié)論如果 =0，滑裂面是直線，兩種理論計(jì)算Ka、Kp相同如果 0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全庫侖偏小一些（可忽略)； Kp朗肯偏小可達(dá)幾倍；庫侖偏大可達(dá)幾倍;在實(shí)際工程問題中，土壓力計(jì)算是比較復(fù)雜的。工程中使用被動(dòng)土壓力較少。因?yàn)樗柘鄬?duì)位移太大第68頁/共89頁6.5 擋土墻設(shè)計(jì)(自學(xué))一、擋土墻的類型1. 重力式擋土墻墻頂墻基墻趾墻面墻背墻踵仰斜垂直俯斜第69頁/共89頁2. 懸臂式擋土墻墻趾墻踵立壁鋼筋3. 扶壁式擋土墻墻趾墻踵扶壁第7

17、0頁/共89頁4. 錨定板式與錨桿式擋土墻墻板錨定板基巖錨桿第71頁/共89頁二、重力式擋土墻選型及構(gòu)造1. 墻背傾斜形式Ea1仰斜Ea2直立Ea3俯斜Ea1Ea2Ea3第72頁/共89頁2. 墻身剖面重力式擋土墻每隔10m設(shè)置一道伸縮縫。bm1n1HB頂寬b0.4m，塊石b0.2m，混凝土底寬B=(1/31/2)Hl1墻背m0.25（仰斜）墻面n=0.050.2底坡l=0.1，土質(zhì)地基l=0.2，巖石地基第73頁/共89頁3. 擋土墻埋深土質(zhì)地基不小于0.5m巖石地基不小于0.3m4. 墻后排水措施泄水孔粘土夯實(shí)濾水層泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí) 截水溝排水孔間距23m第74頁/共89頁 墻后填土

18、宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)。5.填土質(zhì)量要求第75頁/共89頁三、重力式擋土墻的計(jì)算1. 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點(diǎn)向外傾覆zfEaEazEaxG0Ox0 xfbz5 . 10faxfaztzExEGxK)cos(aazEE)sin(aaxEEcotzbxf0tanbzzf第76頁/共89頁2.抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算3 . 1)(tatannsGEEGK0cosGGn)cos(0aanEEEaEanEatGGnGt0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)0sinGGt)sin(0aatEE為基底摩擦系數(shù)第7

19、7頁/共89頁第78頁/共89頁1.6 幾種常見的主動(dòng)土壓力計(jì)算1 填土上有荷載s145+/2pa=s3fsv=z+qsK0svz pa=s3qaaaKcKqzp2)(3sqz s1aaaKcqKzK2aaKcqK2azK朗肯土壓力理論第79頁/共89頁1.6 幾種常見的主動(dòng)土壓力計(jì)算2 成層填土情況1 1 c1)245(2)245(2vhssooatgctgp2 2 c2H1H2aaKcK2vs第80頁/共89頁2 11.6 幾種常見的主動(dòng)土壓力計(jì)算)2/45(2ztgzKpaac1= c2=0 時(shí)2 2 H1H21 1 111aKH211aKH 22211)(aKHH 1 = 2 時(shí) 2

20、1 2 0 c1 0 c2 = 01.6 幾種常見的主動(dòng)土壓力計(jì)算aaaKczKp2c1、 c2不為0 時(shí)2 2 H1H21 1 111112aaKcKH222112aaKcKH22222112)(aaKcKHHaaKdzdp1 = 2 2 = 1 時(shí)第82頁/共89頁H1H21.6 幾種常見的主動(dòng)土壓力計(jì)算3 填土中有水水下部分用浮容重uzzss土壓力zaaKpsupu)2/45(2tgKaaKH1 aKHH)(212Hw 土壓力 aKH1aEwEwaEEE水壓力靜水情況水壓力第83頁/共89頁E地下室地下室側(cè)墻E填土重力式擋土墻E橋面拱橋橋臺(tái)各用什么樣的土壓力？第84頁/共89頁 【例】某擋土墻高7