第二章地下結(jié)構(gòu)荷載

安徽建筑工業(yè)學(xué)院地下結(jié)構(gòu)工程主講教師：席培勝第02章2.1概述2.2朗肯土壓力理論2.3庫(kù)侖土壓力理論2.4土壓力計(jì)算方法的一些問題主要內(nèi)容§2.1土壓力概述土壓力通常是指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E填土面碼頭橋臺(tái)E隧道側(cè)墻EE一、土壓力類型被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻背的土壓力Eo2.主動(dòng)土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背的土壓力滑裂面Ea3.被動(dòng)土壓力

播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫Ep滑裂面在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力4.三種土壓力之間的關(guān)系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p

＞＞△a二、靜止土壓力計(jì)算作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度

靜止土壓力系數(shù)測(cè)定方法：

1.通過側(cè)限條件下的試驗(yàn)測(cè)定2.采用經(jīng)驗(yàn)公式K0

=1-sinφ’

計(jì)算3.按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗(yàn)值確定靜止土壓力分布

土壓力作用點(diǎn)三角形分布

作用點(diǎn)距墻底h/3

§2.2朗肯土壓力理論一、朗肯土壓力基本理論1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzf=0pa＝Kazpp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應(yīng)力方向主動(dòng)伸展被動(dòng)壓縮小主應(yīng)力方向pappfzK0zf=c+tan土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被動(dòng)極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動(dòng)朗肯狀態(tài)被動(dòng)朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/2二、主動(dòng)土壓力45o＋/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值z(mì)(σ1)pa(σ3)極限平衡條件朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：zh/3EahKa討論：當(dāng)c=0,無粘性土朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1.無粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2c√KaEa(h-z0)/3當(dāng)c＞0,粘性土h粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKa2.粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2c√Ka說明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0hKa-2c√Ka三、被動(dòng)土壓力極限平衡條件朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o－/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值討論：當(dāng)c=0,無粘性土朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度1.無粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep當(dāng)c＞0,粘性土粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKp2.粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Kp說明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算中應(yīng)考慮1.粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點(diǎn)在梯形形心土壓力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp四、例題分析【例】有一擋土墻，高6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示，求主動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動(dòng)土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動(dòng)土壓力系數(shù)墻底處土壓力強(qiáng)度臨界深度主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、幾種常見情況下土壓力計(jì)算1.填土表面有均布荷載（以無粘性土為例）

z＋qh填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z)AB相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度若填土為粘性土，c＞0臨界深度z0z0＞0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0≤0說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計(jì)算zq2.成層填土情況（以無粘性土為例）

ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動(dòng)土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1h2h3A點(diǎn)B點(diǎn)上界面B點(diǎn)下界面C點(diǎn)上界面C點(diǎn)下界面D點(diǎn)說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的形心處3.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）

ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后有地下水時(shí)，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計(jì)算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度計(jì)算A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點(diǎn)C點(diǎn)作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點(diǎn)在合力分布圖形的形心處h1h2h六、使例題戰(zhàn)分析【例】擋土墻扣高5m，墻背直懲立、光狐滑，墻寫后填土苦面水平長(zhǎng)，共分位兩層。裕各層的乎物理力拖學(xué)性質(zhì)房誠(chéng)指標(biāo)如滑圖所示聚，試求哥主動(dòng)土碑壓力Ea，并繪醋出土在壓力喊分布徒圖h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0娃.3荒07Ka2＝0主.5忽68【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點(diǎn)B點(diǎn)上致界面B點(diǎn)下界踏面C點(diǎn)主動(dòng)碌土壓笛力合謠力10.筋4kP距a4.昆2k臥Pa36獲.6安kP振a§2.濫3庫(kù)侖土蘇壓力理愿論一、庫(kù)脈侖土壓感力基本逗假定1.墻后港的填觀土是屠理想鳥散粒將體屬于孫平面境應(yīng)變代問題2.滑動(dòng)既破壞烏面為丈通過騎墻踵舞的平避面3.滑動(dòng)陪土楔場(chǎng)為一痛剛塑元性體畜，本禮身無嗓變形二、柴庫(kù)侖酷土壓濃力αβδWhCABq墻向前熱移動(dòng)或綢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)杯，墻后汪土體沿析某一破奧壞面BC破壞，竊土楔ABC處于主陜動(dòng)極限寫平衡狀濾態(tài)土楔環(huán)受力沿情況奔：3.墻背對(duì)境土楔的研反力E,大小褲未知賓，方躍向與糧墻背更法線纏夾角侄為δER1.土楔自偽重W=△AB侍C,方向液豎直陽(yáng)向下2.破壞面患為BC上的蠶反力R,大小未古知，方罵向與破釋壞面法舟線夾角特為土楔康在三遇力作鼓用下諒，靜疫力平攔衡αβδGhACBqER滑裂面好是任意座給定的堤，不同途滑裂面蠻得到一員系列土賄壓力E，E是q的函數(shù)，E的最大憐值Emax，即為痕墻背暖的主完動(dòng)土癢壓力Ea，所急對(duì)應(yīng)屢的滑鎖動(dòng)面陸即是被最危餃險(xiǎn)滑愧動(dòng)面庫(kù)侖連主動(dòng)憐土壓姑力系畜數(shù)，卻查表差確定土對(duì)擋想土墻背榴的摩擦耍角，根郊據(jù)墻背理光滑，蕉排水情毒況查表案確定主動(dòng)罷土壓藥力與泥墻高拼的平可方成狗正比主動(dòng)刪土壓撞力強(qiáng)澆度主動(dòng)藥土壓挽力強(qiáng)欲度沿鹿墻高似呈三唯角形瞞分布醋，合企力作勢(shì)用點(diǎn)稿在離寇墻底h/3處，鼓方向申與墻鏈背法象線成δ，與水平穩(wěn)面成（α＋δ）hhKahαβACBδαEah/3說明絮：土壓歉力強(qiáng)彎度分界布圖斑只代塘表強(qiáng)猛度大悲小，斯不代搶表作裁用方粉向主動(dòng)土兔壓力三、例昆題分析【例】擋土龜墻高4.祝5m，墻背俯當(dāng)斜，填嶺土為砂雪土，=17喇.5k滑N/m3，=30o，填土炒坡角、現(xiàn)填土與推墻背摩充擦角等宜指標(biāo)如挖圖所示蜓，試按槽庫(kù)侖理勿論求主聰動(dòng)土壓租力Ea及作梁用點(diǎn)α=10oβ=15oδ=20o4.5mABα=10oEah/3【解答】由α=1恢0o，β=15o，=3匙0o，δ=2何0o查表晴得到土壓力咳作用點(diǎn)土在距墻撒底h/3=1境.5m處§2砍.4土壓力短計(jì)算方御法討論一、項(xiàng)朗肯險(xiǎn)與庫(kù)樣侖土拐壓力赴理論駁存在妨的主堡要問醒題朗肯鑒土壓眾力理猛論基屆于土單早元體態(tài)的應(yīng)嬌力極采限平離衡條餅件建立的姿，采用墻背菜豎直筋、光參滑、憤填土廊表面辛水平的假定要，與實(shí)吧際情況五存在誤脹差，主動(dòng)土硬壓力偏書大，被嗓動(dòng)土壓虜力偏小庫(kù)侖土引壓力理步論基于滑動(dòng)塊賽體的靜思力平衡網(wǎng)條件建立狂的，評(píng)采用破壞面將為平面的假定市，與實(shí)釀際情況戶存在一弱定差距杠（尤其恐是當(dāng)墻痕背與填殖土間摩密擦角較便大時(shí)）二、三隔種土壓辟力在實(shí)蜜際工程狂中的應(yīng)應(yīng)用擋土熔墻直漏接澆嗎筑在夠巖基掃上，齊墻的夕剛度箭很大浴，墻邀體位芹移很差小，冶不足燃以使嘆填土析產(chǎn)生煮主動(dòng)腹破壞祥，可借以近嗽似按另照靜握止土辦壓力揮計(jì)算巖基E0擋土虎墻產(chǎn)汽生離奔開填壟土方猛向位腥移，茶墻后砍填土渣達(dá)到灰極限拌平衡宇狀態(tài)抬，按蒙主動(dòng)哀土壓確力計(jì)沈算。等位移腥達(dá)到四墻高院的0.里1%～0.3括%,填土就堆可能發(fā)屠生主動(dòng)對(duì)破壞。Ea30%Ep擋土像墻產(chǎn)融生向以填土池方向份的擠扭壓位胳移，爸墻后冶填土孟達(dá)到嫁極限缺平衡輕狀態(tài)凍，按繳被動(dòng)握土壓柿力計(jì)沖算。末位移挪需達(dá)擠到墻遺高的2%～5%,工程上欲一般不束允許出精現(xiàn)此位靜移，因密此驗(yàn)算秒穩(wěn)定性錢時(shí)不采惹用被動(dòng)段土壓力壘全部，奸通常取夢(mèng)其30％三、擋肯土墻位莊移對(duì)土斑壓力分成布的影稍響擋土墻臺(tái)下端不歪動(dòng)，上潮端外移籮，墻背酒壓力按思直線分券布，總呈壓力作墳用點(diǎn)位化于墻底澤以上H/3擋土墻裳上端不笛動(dòng)，下豬端外移種，墻背匹填土不姓可能發(fā)股生主動(dòng)旅破壞，畜壓力為鄉(xiāng)豐曲線分計(jì)布，總顫壓力作必用點(diǎn)位殘于墻底族以上約H/2擋土染墻上檔端和鐘下端咳均外鋪移，蔥位移筑大小吼未達(dá)鞭到主既動(dòng)破挖壞時(shí)欣位移覺時(shí)，夢(mèng)壓力阿為曲承線分哪布，刪總壓脅力作很用點(diǎn)補(bǔ)位于款墻底戀以上線約H/2,當(dāng)位梳