《擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程》第二章土壓力理論培訓(xùn)

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005第二講土壓力理論概述基坑工程中土壓力計(jì)算原理土壓力的分算與合算幾種特殊情況下的土壓力概述靜止土壓力：若擋墻在土壓力作用下墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動(dòng)或滑動(dòng)），墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，則此時(shí)作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0表示。E0主動(dòng)土壓力：若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時(shí)隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當(dāng)位移達(dá)某一數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土達(dá)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓力稱為主動(dòng)土壓力，以Ea表示。Ea-Δ滑裂面被動(dòng)土壓力：若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動(dòng)，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增大，當(dāng)位移達(dá)一定數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土處被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓力稱為被動(dòng)土壓力，以Ep表示。+Δ外力Ep滑裂面土壓力類型古典土壓力理論經(jīng)典土壓力計(jì)算理論主要有朗肯理論和庫侖理論，后者已有200多年的歷史，前者也有100多年，均稱古典土壓力理論。它們都是按極限平衡條件導(dǎo)出的。在許多文獻(xiàn)中，人們不斷地發(fā)現(xiàn)實(shí)測的結(jié)果與理論不符，也經(jīng)常聽到對(duì)經(jīng)典土壓力理論的批評(píng)。但是經(jīng)典的土壓力理論依然是實(shí)用計(jì)算公式的基本形式，許多關(guān)于土壓力計(jì)算的討論常常是環(huán)繞著如何修正經(jīng)典公式來開展的，經(jīng)典公式的局限性是明顯的，但至今尚沒有看到超越他們的新的理論公式問世。概述庫侖土壓力理論庫侖理論假設(shè)土的粘聚力為零；優(yōu)點(diǎn)是考慮了墻與土體間的摩擦力作用，并能考慮地面及墻面為傾斜面的情況；缺點(diǎn)是對(duì)于粘性土必須采用等代摩擦角，即取粘聚力c＝0而相應(yīng)增大土的內(nèi)摩擦角值；等代內(nèi)摩擦角與許多因素有關(guān),隨意等代，誤差較大。對(duì)于層狀土尚要簡化等代為均質(zhì)土才能計(jì)算。此外，當(dāng)有地下水，特別是有滲流效應(yīng)時(shí)，庫侖理論是不適用的。概述朗肯土壓力理論朗肯理論不論砂土或粘性土、均質(zhì)土或?qū)訝钔辆蛇m用，也適用于有地下水及滲流效應(yīng)的情況。它假設(shè)地面為水平，墻面為豎直，符合深基坑工程情況。假設(shè)墻與土體之間不存在摩擦力，使計(jì)算的主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小，因此它的計(jì)算結(jié)果是偏于保守的。也正因?yàn)檫@個(gè)原因，故在等值梁法中，采用了將被動(dòng)土壓力加以提高修正的計(jì)算方法。概述經(jīng)典土壓力評(píng)述經(jīng)典的土壓力理論并不能解決我們所面臨的所有技術(shù)問題，它只給出了某些特定條件下的結(jié)果；

經(jīng)典土壓力理論給出的是極限值；

經(jīng)典土壓力理論只能計(jì)算剛性界面上的接觸壓力：即將擋墻作為完全剛性的，只考慮擋墻的平移或轉(zhuǎn)動(dòng)等剛性位移。

經(jīng)典土壓力理論是在平面應(yīng)變條件下的解答：實(shí)際的工程條件總是有限長的，使實(shí)際土壓力小于按平面問題計(jì)算的結(jié)果。

概述圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式基坑工程中土壓力計(jì)算原理擋土墻位移墻后土壓力與位移的關(guān)系作用在墻后的靜止土壓力，因墻前移而減少，隨著位移的增大，土壓力將逐漸降低，當(dāng)墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土壓力達(dá)到一個(gè)最小值，此時(shí)的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。如果墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)后，位移仍繼續(xù)增大至某一定值，則土體的抗剪強(qiáng)度將自峰值強(qiáng)度降至殘余強(qiáng)度，對(duì)于粘性土，強(qiáng)度降低十分顯著，因此此時(shí)的土壓力又將增大?；庸こ讨型翂毫τ?jì)算原理剛性擋土墻土壓力與位移基坑工程中土壓力計(jì)算原理土類應(yīng)力狀態(tài)位移型式所需位移砂土主動(dòng)平移或繞基底轉(zhuǎn)動(dòng)0.001H被動(dòng)平移0.05H被動(dòng)繞基底轉(zhuǎn)動(dòng)0.1H粘土主動(dòng)平移或繞基底轉(zhuǎn)動(dòng)0.004H被動(dòng)——注：表中H為墻高。(引自H?F?溫特科恩、方曉陽《基礎(chǔ)工程手冊(cè)》)剛性擋土墻產(chǎn)生主動(dòng)和被動(dòng)土壓力所需的墻頂位移剛性擋土墻土壓力與位移基坑工程中土壓力計(jì)算原理發(fā)揮土壓力所需的位移值規(guī)范名稱主動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力水平位移轉(zhuǎn)動(dòng)水平位移轉(zhuǎn)動(dòng)歐洲規(guī)范第7卷基礎(chǔ)工程0.001H0.0020.05D0.100.0050.02加拿大巖土工程手冊(cè)密實(shí)砂土0.0010.02松散砂土0.0040.06堅(jiān)硬粘性土0.0100.02松軟粘性土0.0200.04土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果該圖表明，當(dāng)墻身繞墻底轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)測土壓力的數(shù)據(jù)隨深度增大，并接近于直線分布；基坑工程中土壓力計(jì)算原理土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果該圖所示，當(dāng)墻身平移或繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)測主動(dòng)土壓力的分布與直線分布偏離比較大，其分布特點(diǎn)是墻身上部大于理論值，下部小于理論值。同時(shí)還可以看出，當(dāng)墻底部繞墻頂?shù)奈灰屏颗c平移量相等時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的總土壓力大于平移的土壓力，且平移時(shí)更偏離于理論值。基坑工程中土壓力計(jì)算原理土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果該圖說明當(dāng)墻身的高寬比為1時(shí)，實(shí)測土壓力隨深度增加而增大，實(shí)測數(shù)據(jù)在理論分布線兩側(cè)波動(dòng)，靜止條件下的實(shí)測土壓力最大，隨著位移的增大，土壓力減小?；庸こ讨型翂毫τ?jì)算原理土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果該圖為墻身的高寬比為1.5時(shí)的實(shí)測結(jié)果，分布曲線偏離理論直線比較大，在墻的上半部實(shí)測主動(dòng)土壓力值大于庫侖理論值，下部則相反，出現(xiàn)在工程實(shí)測時(shí)通常出現(xiàn)的R形分布?；庸こ讨型翂毫τ?jì)算原理土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果該圖是五種不同的寬高比(0.5,0.6,1.0,1.5,2.0)的墻體試驗(yàn)結(jié)果，說明墻身剛度越小，實(shí)測的主動(dòng)土壓力分布越偏離庫侖理論值?；庸こ讨型翂毫τ?jì)算原理土壓力試驗(yàn)與實(shí)測結(jié)果墻后主動(dòng)土壓力沿深度并不完全符合直線，而是呈近似的R形分布，即在淺層呈線性，在一定的深度以下土壓力變小，如圖所示。對(duì)于墻后主動(dòng)土壓力沿深度并不完全符合直線分布的原因，還不能解釋得非常清楚，盡管意見并不一致，但都接受了這一觀測到的客觀事實(shí)。基坑工程中土壓力計(jì)算原理土壓力軟分布在實(shí)鋒測經(jīng)談驗(yàn)的呆基礎(chǔ)甲上，閘提出虛了各粱種經(jīng)五驗(yàn)分叛布的勵(lì)圖式缺，如只圖所候示?？D(a)所示的咐呈直線細(xì)分布的以土壓力趙經(jīng)驗(yàn)分沉布適用轎于水泥率土攪拌腐樁圍護(hù)播結(jié)構(gòu)或娃懸臂式匆圍護(hù)結(jié)普構(gòu)，墻級(jí)頂位移顆大于墻稀底位移患的情況為；圖(b慮)所示的薄土壓力跨在基坑圣開挖面蹄以上隨途深度增贏加呈線辱性增大倡，在開惠挖面以暫下為常光量分布報(bào)，墻前沈被動(dòng)區(qū)漂未達(dá)到乓極限被巴動(dòng)土壓洲力，按川經(jīng)驗(yàn)的染動(dòng)用土虜壓力計(jì)各算。這暑種模式代適用于料有支撐仇的板式繞圍護(hù)結(jié)覽構(gòu)。墻罪身的側(cè)欺向位移顯呈頂、堆底兩端姐小，中槐部開挖召面附近欣大的特絡(luò)征，動(dòng)蠶用的被孟動(dòng)側(cè)土環(huán)壓力常匹用側(cè)向遷彈性地毛基反力健法計(jì)算仍；圖(c男)所示的叼是具有牙拉錨的叛板樁墻謙，在板筑樁墻底宇端以上妄有一個(gè)奧轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)弦，轉(zhuǎn)動(dòng)湊點(diǎn)以下才在墻的粘外側(cè)出謝現(xiàn)被動(dòng)松土壓力圈?；庸ぞ铣讨型镣緣毫τ?jì)冶算原理土壓營力分顏布⑴懸臂笛無支傳撐擋陪墻，茄其壓詞力分話布為仿主動(dòng)惠土壓此力，殃是三境角形徐分布挽，被寺動(dòng)土票壓力蝦也是健三角襖形分把布。被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力⑵多支撐似或多拉校錨的擋它墻背面嘩上的土竟壓力分辜布圖形暖砂土為嗎梯形，救粘土土市壓力分斧布圖是宜稍復(fù)雜奪的三角越形。TEa1Ea2EP基坑工徒程中土迎壓力計(jì)交算原理土壓力逢計(jì)算參料數(shù)不同云深度球處土狐的內(nèi)性聚力C不是一朵個(gè)常數(shù)烤，它與忠土的上秧覆荷重健有關(guān)，冬一般隨搏深度的嘗加大而齡增大，始對(duì)于暴杯露時(shí)間孤長的基獵坑，土返的內(nèi)聚鍵力可由余于土體畜含水量棗的變化鄰和氧化喪等因素良的影響睡而減小文甚至消巧失。φ、C值是計(jì)判算側(cè)向鏡土壓力敬的主要孟參數(shù)，劈燕但在工機(jī)程樁打竄設(shè)前后粘的φ、C值是宿不同塞的。在粘魂性土揭中打霸設(shè)工瘦程樁婆時(shí)，文產(chǎn)生晚擠土缺現(xiàn)象常，孔范隙水既壓力轉(zhuǎn)急劇口升高畫，對(duì)φ、C值產(chǎn)生波影響。基坑練工程棋中土粱壓力還計(jì)算王原理不同試鳥驗(yàn)指標(biāo)陣的影響開挖亮卸荷島使擋墻區(qū)前后英的土欄層處葡于不鑼同的這應(yīng)力爭歷史價(jià)狀態(tài)，通常息在計(jì)算始?jí)η氨谎聞?dòng)土壓窯力和墻修后主動(dòng)紀(jì)土壓力巨時(shí)采用毀相同的膝抗剪強(qiáng)霸度指標(biāo)鈴，忽略量了不同御應(yīng)力歷眾史對(duì)抗步剪強(qiáng)度曠指標(biāo)的秧影響。套現(xiàn)有的瓶總應(yīng)力服和有效軋應(yīng)力強(qiáng)以度理論綁都不能詠考慮應(yīng)茫力歷史逝的影響爛。在基坑務(wù)開挖時(shí)辱，墻后獅土體豎呀向的自腰重應(yīng)力斑保持不松變，隨倆著開挖哥深度增戒加，水鹽平應(yīng)力呆逐步減蛙小，直熔至主動(dòng)機(jī)土壓力豪狀態(tài)。舒這個(gè)變藥化過程震在三軸催儀上，提采用三軸般壓縮的方法餃來確定西（保持虎軸向壓蓬力不變慢而減少豆側(cè)壓力蜘，直至際試樣破務(wù)壞）；想在基坑渠底面以朵下的土倍層，基智坑開挖蔽引起豎沒向應(yīng)力衛(wèi)減小，項(xiàng)由于圍劫護(hù)結(jié)構(gòu)早的擠壓罷，水平組應(yīng)力增悄大，這凍可以采喜用三軸拉兄伸的方久法來吉確定倘（軸慚壓減種小的狼同時(shí)林增大專側(cè)壓喊）。基坑飼工程建中土怪壓力熟計(jì)算帽原理靜止拍土壓法力系腿數(shù)由于K0是水闖平向軌有效任壓應(yīng)著力與蔥豎向怒有效俘壓應(yīng)傷力之劑比，演又因央它是寶在側(cè)劈燕向無跌位移耽條件怕下的削壓應(yīng)舒力，目故稱脅有效叼靜止猶土壓按力，攝其中鴿不包來括水寇壓力艇。正照因?yàn)槭歼@個(gè)亦緣故眉，故K0大多摸在0.威5左右，丙這個(gè)概環(huán)念必須維弄清，伐不可混馬淆?；庸ゑ槼讨型练輭毫τ?jì)怕算原理砂性至土K0＝1－sin’粘性汪土K0＝0.9適5－sin’K0僅為’的函數(shù)普，靜闊止土粱壓力脊系數(shù)鑒值變接化并違不大喝。王一般漠砂土’=30°播~40剛°；粘性窩土’=20騾°蹤蝶~3劇5所°。靜止土壓力系數(shù)土的類別液限wL%塑性指數(shù)IpK0飽和松砂--0.46飽和密砂--0.36干的密砂--0.49干的松砂--0.64壓實(shí)的殘積粘土-90.42壓實(shí)的殘積粘土-310.66原狀的有機(jī)質(zhì)淤泥質(zhì)粘土74450.57原狀高嶺土61230.64~0.70原狀的海相粘土37160.48靈敏粘土34300.52ABCEHF不考慮荒滲流情汪況土壓力占的分算紋與合算ABCDEF有穩(wěn)黨態(tài)滲絲式流時(shí)一般飄按靜催水壓撓力考自慮水壓力滲流誓效應(yīng)寶的三陷點(diǎn)說載明滲流客效應(yīng)今有兩恐個(gè)方煮面；扮一方硬面使放作用扔在圍排護(hù)墻滿后的矛水壓彩力減頓小使部墻前械的水藍(lán)壓力志增大傭，這壩是有悶利的易；另遞一方蠢面，憑水在蹈土樂中滲咳流時(shí)牧將對(duì)夏土的漆顆粒使骨架揪產(chǎn)生訪滲透教力，輛在墻盛后，腳滲透儲(chǔ)力基梳本上途沿豎系向而追下，時(shí)使豎滲向的牌土自兄重應(yīng)檢力增咱大，維因而糟也就冠增大傭了墻床后的邊土壓表力；觸在墻乏前，買滲透棉力基老本上妨是向互上的胃，使淹豎向總的土奮自重活應(yīng)力碧減小慢，因警而墻有前的炒土壓耗力將逗減小千，這塌些又注都是嗚不利賀的。滲流效耗應(yīng)對(duì)有炸效土壓記力的影窗響只能套在土壓壓力的計(jì)犯算中來工研究。兇滲流效嘩應(yīng)對(duì)水狼壓力的銳影響大哈于對(duì)有猜效土壓攻力的影達(dá)響?？倓e的說來撐，考慮桑滲流效綢應(yīng)是有卻利的。如何確夜定墻后瞞與墻前銳的水位突：由于寧基坑設(shè)猶計(jì)應(yīng)從粘最不利確條件出湯發(fā)。例席如基坑傾施工時(shí)初期，一容般應(yīng)考緞慮到暴昌雨的可巴能性，飾故對(duì)于宗墻后水破位，以備工程勘歸察為依盤據(jù)，坑漲內(nèi)水位鏟即使采刷取降水錫方案，剖要求降謊水達(dá)到枯坑底以柱下0.5副~1.件0m，但服計(jì)算萍中仍培宜取條與坑辛底齊聚平?？紤]滲刃流的墻烏后水壓納力計(jì)算流網(wǎng)法圍護(hù)悲墻上漁的水級(jí)壓力考慮滲頑流的墻皇后水壓領(lǐng)力計(jì)算本特-漢森朱法考慮滲五流的墻走后水壓算力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)法水壓煎力和完土壓門力水壓力媽和土壓嘉力的分閃算或合尋算，目扇前均采框用。一般情拜況下，螞由于粘缺性土中獄水主要曉是結(jié)合閥水，宜妖合算;在砂