擋土結(jié)構(gòu)物及土壓力講義PPT(80頁(yè))

1、土壓力計(jì)算排水管排水孔混凝土墻土工織物反濾砂礫石料第二章?lián)跬翂?Retaining wall土壓力Earth pressure土壓力Earth pressure土2.1 概述2.2 靜止土壓力計(jì)算2.3 朗肯(Rankine)土壓力理論2.4 庫(kù)侖(Coulomb)土壓力理論2.5 土壓力問(wèn)題的討論2.6 工程中擋土墻的土壓力計(jì)算本章目錄2.1 概述什么是擋土結(jié)構(gòu)物 Retaining structure什么是土壓力 Earth pressure影響土壓力的因素一、 擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）及土壓力擋土結(jié)構(gòu)物：用來(lái)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)

2、構(gòu)物。 2.1概述支撐天然斜坡E拱橋橋臺(tái)E擋土墻上的土壓力：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(lái)自墻后填土的側(cè)向壓力。擋土墻類(lèi)型（按剛度及位移方式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻錨桿板樁板樁變形 2.1概述剛性擋土墻：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 2.1概述Rigid wall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(tái)E 2.1概述擋土墻漿砌塊石 2.1概述護(hù)坡樁形成的擋土結(jié)構(gòu) 2.1概述土工格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻 2.1概述 2.1概述加筋土擋墻 2.1概述 2.1概述 2.1概述 2.1概述柔性擋土墻：本身會(huì)

3、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(cè) 計(jì)算板樁錨桿基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布 2.1概述本部分要討論的中心問(wèn)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)。 2.1概述3.被動(dòng)土壓力（Passive earth pressure)二、 土壓力的種類(lèi)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) 2.1概述墻體位移與土壓力類(lèi)型 2.1概述靜止土壓力H+- = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%0d =D/H=0 地下室 E=E0地下室

4、側(cè)墻E填土 2.1概述主動(dòng)土壓力墻體外移，土壓力逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力(最小)EH+土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0 2.1概述被動(dòng)土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力(最大)土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0- 2.1概述2.2 靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力墻體不發(fā)生任何位移 = 0相當(dāng)于天然地基土的應(yīng)力狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)） k0 應(yīng)力狀態(tài)嵌巖的擋土墻地下室2.2靜止土壓力計(jì)算svsvshp0=shzK0: 靜止土壓力系數(shù) 對(duì)于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：K0=n/(1-n) 對(duì)于砂土、正常固結(jié)粘土由于土

5、的 n 很難確定，K0 常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算靜止土壓力計(jì)算HzE0總靜止土壓力2.2靜止土壓力計(jì)算形心1/3H2若墻后填土中有地下水，則計(jì)算靜止土壓力時(shí)，水中土的重度應(yīng) 取浮重度2.2靜止土壓力計(jì)算2.3 朗肯土壓力理論1 朗肯極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力作用下，半無(wú)限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。3fv=zK0v主動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài)s1s345+f/21fv=zK0v被動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 2.3 朗肯土壓力理論s1s3s3s145-f/22 朗肯土壓力計(jì)算假定： 墻背垂直光滑，填土表面水平Hsvsh于是： sv、 sh為主應(yīng)力，且sv=zz 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動(dòng)

6、土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土（砂土）s145+f/2豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力無(wú)粘性土的極限平衡條件z于是：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa=3fv=zK0v pa=s3 2.3 朗肯土壓力理論s145+f/2 pa=s3z主動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)總主動(dòng)土壓力 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土（砂土）朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa=3fv=zK0v 2.3 朗肯土壓力理論主動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)負(fù)號(hào)45+f/2z0z0zz0 zz0 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘

7、性土HEa總主動(dòng)土壓力z0 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土例題朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土（砂土）豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力45-f/2無(wú)粘性土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0v pp=s1s3z 2.3 朗肯土壓力理論45-f/2 pp=s1s3z被動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)總被動(dòng)土壓力 2.3 朗肯土壓力理論朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土（砂土）朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0v 2.3 朗肯土壓力理論朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性

8、土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)正號(hào)EpH總被動(dòng)土壓力 2.3 朗肯土壓力理論小結(jié)：朗肯土壓力理論墻背垂直光滑主動(dòng)和被動(dòng)極限平衡條件砂土和粘性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3 2.3 朗肯土壓力理論粘性土的主動(dòng)土壓力HEa不支護(hù)直立開(kāi)挖的最大深度z0 2.3 朗肯土壓力理論主動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù) 2.3 朗肯土壓力理論2.4 庫(kù)侖土壓力理論墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時(shí)？庫(kù)侖土壓力理論庫(kù)侖C. A. Coulomb(1736-1806)墻背傾斜，具有傾角墻背粗糙，與填土摩擦角為填土表面有傾角出發(fā)點(diǎn)：平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面假設(shè)條件：剛體滑動(dòng)假

9、設(shè)：破壞土楔為剛體，滑動(dòng)楔體整體處于極限平衡狀態(tài) 2.4 庫(kù)侖土壓力理論ACHB無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力WER WRE- =90- 、E 2.4 庫(kù)侖土壓力理論EEa庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)Ea特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時(shí)，與朗肯理論等價(jià) 土壓力分布：三角形分布 2.4 庫(kù)侖土壓力理論ABCH無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力WRE + =90+- 、EWER 2.4 庫(kù)侖土壓力理論EEp庫(kù)侖被動(dòng)土壓力系數(shù)土壓力分布：三角形分布 2.4 庫(kù)侖土壓力理論圖解法當(dāng) 填土表面不是平面時(shí) 2.4 庫(kù)侖土壓力理論庫(kù)爾曼（Culmann）圖解法W方向Ea方向=90- 2.4 庫(kù)侖土壓力理論粘性填土的土壓力W中包括B

10、CDE 2.4 庫(kù)侖土壓力理論 2.5 土壓力問(wèn)題的討論1 、分析方法E朗肯理論庫(kù)侖理論土體內(nèi)各點(diǎn)均處于極限平衡狀態(tài)：極限應(yīng)力法剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態(tài)：滑動(dòng)楔體法先求土壓力強(qiáng)度p先求總土壓力E極限平衡狀態(tài)兩種土壓力理論的比較 2.5 土壓力問(wèn)題的討論朗肯理論庫(kù)侖理論 墻背條件墻背光滑豎直 墻背可以是傾斜粗糙的 填土條件填土水平填土表面為水平或者傾斜的E2 、應(yīng)用條件3 計(jì)算誤差朗肯土壓力理論 WREaEa實(shí)際0WREpEp 主動(dòng)土壓力 偏大 被動(dòng)土壓力 偏小 2.5 土壓力問(wèn)題的討論3 計(jì)算誤差庫(kù)侖土壓力理論 實(shí)際滑裂面不一定是平面 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)

11、土壓力搜索得到的不一定是最大值被動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最小值 2.5 土壓力問(wèn)題的討論對(duì)于無(wú)粘性土，朗肯理論由于忽略了墻背面的摩擦影響，計(jì)算的主動(dòng)土壓力偏大，用庫(kù)倫理論則比較符合實(shí)際。但是，在工程設(shè)計(jì)中由于考慮到朗肯計(jì)算公式簡(jiǎn)便，誤差偏于安全方面，常用朗肯計(jì)算。 對(duì)于有粘聚力的粘性填土，用朗肯土壓力公式可以直接計(jì)算，用庫(kù)侖理論卻不能計(jì)算，往往用折減內(nèi)摩擦角的辦法考慮粘聚力的影響，誤差可能較大。 計(jì)算被動(dòng)土壓力用假定平面破壞面的庫(kù)侖理論，誤差太大，用朗肯理論計(jì)算，誤差相對(duì)小一些，但也是偏大的。 在實(shí)際工程問(wèn)題中，土壓力計(jì)算是比較復(fù)雜的。計(jì)算誤差結(jié)論 工程中使用被動(dòng)土壓力較少。因?yàn)樗柘鄬?duì)位移

12、太大 2.5 土壓力問(wèn)題的討論三種典型土壓力在實(shí)際工程中的應(yīng)用對(duì)于一般的擋土墻，土壓力通常都可按主動(dòng)土壓力計(jì)算。對(duì)于直接澆注在基巖上的擋土墻在設(shè)計(jì)中常將主動(dòng)土壓力增大25作為計(jì)算的土壓力，如圖所示。填土壓實(shí)，土壓力將增大，甚至可能超過(guò)靜止土壓力。被動(dòng)土壓力發(fā)生在墻向填土方向的位移比較大的情況，要求位移量達(dá)到墻高的0.02到0.05。這樣大的位移是工程中所不允許的。因此，在驗(yàn)算擋土墻的穩(wěn)定性時(shí)，不能全部采用被動(dòng)土壓力的數(shù)值，通常取其30。 2.5 土壓力問(wèn)題的討論擋土墻位移對(duì)土壓力的影響若墻的下端不動(dòng)，上端向外移動(dòng)，壓力為直線分布，總應(yīng)力作用在墻底面上H/3處，如圖(a)所示。當(dāng)上端的移動(dòng)達(dá)到相

13、當(dāng)數(shù)值時(shí)，填土發(fā)生破壞，此時(shí)作用在墻上的土壓力為主動(dòng)土壓力。 若墻的上端不動(dòng)下端向外移動(dòng)時(shí)，位移的大小不能使填土發(fā)生主動(dòng)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(dòng)，位移的大小未使填土發(fā)生主動(dòng)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。當(dāng)位移超過(guò)圖（a）上端轉(zhuǎn)動(dòng)所發(fā)生的主動(dòng)破壞的位移時(shí)，填土中也將發(fā)生主動(dòng)破壞，壓力成為直線分布，壓力作用點(diǎn)降至H/3處。 2.5 土壓力問(wèn)題的討論2.6 工程中擋土墻的土壓力計(jì)算 幾種常見(jiàn)的土壓力計(jì)算1. 填土上有荷載2. 成層填土情況3. 填土中有水4. 坦墻5. 折線墻背面上的土壓力6.

14、開(kāi)挖情況下的土壓力7. 地震時(shí)的土壓力2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算1 填土上有荷載s145+f/2pa=3fv=z+qK0vz pa=s3q朗肯土壓力理論1 填土上有荷載庫(kù)侖土壓力理論2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算局部荷載朗肯理論 2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算局部荷載庫(kù)侖理論 WERqWREaEaQ2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算2 成層填土情況g1 f1 c1g2 f2 c2H1H22.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算f2 f1c1= c2=0 時(shí)g2 f2 H1H2g1 f1 f1 = f2 時(shí) g2 g1 g2 0c1 0 c2 = 0c1、 c2不為0 時(shí)g2 f2 H1H2g1 f1 g

15、1 = g2 f2 = f1 時(shí)2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算H1H23 填土中有水水下部分用浮容重土壓力土壓力 水壓力靜水情況水壓力2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算4 坦墻a acr=45o-f/2(1) 垂直于假設(shè)墻面CD上主動(dòng)土壓力 Ea=1/2KaH2 (2) 作用在真實(shí)墻面AC上的土壓力WEaEa第一滑裂面第二滑裂面WEa2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算crEaW2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算5 折線墻背面上的土壓力Ea1dEa2+CABDADCB小擋土墻土壓力假設(shè)完整擋土墻土壓力的一部分2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算6 開(kāi)挖情況的土壓力 在天然地基、天然土坡及老填土中開(kāi)挖，然后建造擋土

16、墻，若開(kāi)挖面較陡，墻后填土受到限制而不可能出現(xiàn)庫(kù)侖理論的破壞面時(shí)，則不能用前述公式計(jì)算作用在墻背上的土壓力。如左圖所示，應(yīng)當(dāng)考慮開(kāi)挖線內(nèi)滑動(dòng)土體的平衡條件，用力矢三角形圖解法求解作用在墻背上的土壓力，還要再假定填土性質(zhì)與開(kāi)挖線以下的老土性質(zhì)相同，用前述公式計(jì)算作用在墻背上的土壓力，取這兩種計(jì)算中數(shù)值較大的一個(gè)。如果開(kāi)挖面較緩，未限制填土中出現(xiàn)庫(kù)侖理論的破壞面，就按填土的性質(zhì)計(jì)算土壓力。 2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算7 地震時(shí)的土壓力(1)地震慣性力：水平地震系數(shù) Kh = ah /g 水平慣性力W Kh 垂直地震系數(shù) Kv = av /g 垂直慣性力W Kv擬靜力法（物部-岡部公式）(2) 虛擬自重WW=W(1-Kv)Secq于是 g = g (1-Kv)Secqtgq = Kh /(1-Kv)2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算(3) 整體繞點(diǎn)B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)q(4) 用庫(kù)侖理論得到地震下動(dòng)土壓力 Eae= (1-Kv)/2g H2Kae式中：Kae = f (q, a, b, f, d)b =b+qa =a+qH =Hcos(a+q )/cos a2.6幾種常見(jiàn)的主動(dòng)