土压力(3).ppt

第七章挡土结构物上的土压力Earthpressureonretainingstructure,1土压力2朗肯(Rankine)土压力理论3库仑(Coulomb)土压力理论4几种常见的主动土压力计算,第一章挡土结构物上的土压力,库仑C.A.Coulomb(1736-1806),1概述,什么是挡土结构物Retainingstructure什么是土压力(Earthpressure)影响土压力的因素挡土结构物类型对土压力分布的影响,挡土结构物及其土压力,概述,Rigidwall,一挡土结构物（挡土墙）,用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。,概述,挡土结构物上的土压力,由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。,概述,挡土墙类型（按刚度及位移方式）:刚性挡土墙柔性挡土墙,概述,刚性挡土墙,1,混凝土挡土墙及复合排水管,柔性支护结构,6.1概述,板桩变形,基坑支撑上的土压力,变形,土压力分布,上海市外环过江隧道岸埋段基坑支撑,无法打锚杆，相邻建筑物的基础较深,地下管线,内支撑,6.1概述,二土压力的影响因素,土的性质挡土墙的移动方向挡土墙和土的相对位移量土体与墙之间的摩擦挡土墙类型,本章要讨论的中心问题,刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点。,在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。,三土压力类型,3.被动土压力（Passiveearthpressure),（一）墙体位移和土压力性质,1概述,1.静止土压力（Earthpressureatrest),2.主动土压力（Activeearthpressure),墙体位移对土压力的影响,挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,1,当d=D/H=0时（如地下室）E=E0,1.静止土压力,2.主动土压力,1概述,墙体外移，土压力逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力(最小),3.被动土压力,1概述,墙体内移，土压力逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力(最大),产生主、被动土压力所需的位移量,被动位移量大得多，在工程上一般不容许，因此设计时往往按被动土压力的某一百分数来考虑（30%50%）。,可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。,（二）静止土压力计算,静止土压力系数K0,对于侧限应力状态：p0=sh=K0sv=u/(1-u)sv=u/(1-u)gzK0=n/(1-n)由于土的n很难确定，K0常用经验公式计算对于砂土、正常固结粘土：K01-sinf,小结,挡土墙土压力土压力性质影响因素静止土压力计算如何计算主动和被动土压力？,处于破坏的临界状态A点所代表的截面为剪破面该截面与主应力面的夹角为,5土的抗剪强度,5.1土体破坏与土的强度理论,1210,一.半无限土体中的极限平衡应力状态和朗肯土压力：,2朗肯(Rankine)土压力理论,1.主动极限平衡应力状态,朗肯土压力理论基本条件和假定,条件墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设墙后各点均处于极限平衡状态,2朗肯土压力理论,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,2朗肯土压力理论,(一).填土为砂土由于墙背光滑垂直（没有剪应力），墙背相当于一个半无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。,(一)填土为砂土,2朗肯土压力理论,1.主动土压力,主动土压力分布墙后破裂面形状,45/2,极限平衡方程：,根据极限平衡方程也可判断土体是否破坏,A,极限应力圆,B,O,O,C,5土的抗剪强度,5.2土中一点应力极限平衡,2朗肯土压力理论,1.主动土压力,pa=tg2(45-f/2)gzKa=tg2(45-f/2)直线分布合力Ea=1/2KagH2作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45+f/2,(一)填土为砂土,2朗肯土压力理论,2.被动土压力,(一)填土为砂土,被动土压力分布墙后破裂面形状,2朗肯土压力理论,2.被动土压力,pp=tg2(45+f/2)gzKp=tg2(45+f/2)直线分布合力Ep=1/2KpgH2作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45-f/2,(一)填土为砂土,2朗肯土压力理论,1.主动土压力,(二)填土为粘性土,2朗肯土压力理论,1.主动土压力,(一)填土为粘性土,主动土压力分布,2朗肯土压力理论,1.主动土压力,zz0,(一)填土为粘性土,总主动土压力,2朗肯土压力理论,2.被动土压力,(一)填土为粘性土,填土面倾斜时的土压力：砂性土：土压力系数：（公式推导略）土压力合力方向（与土面平行）,Ea,例题分析,【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图,【解答】,主动土压力系数,墙底处土压力强度,临界深度,主动土压力,主动土压力作用点距墙底的距离,如果墙背不垂直，不光滑墙后填土任意如何计算挡土墙后的土压力？,6.3库仑土压力理论,(一)主动土压力,3库仑土压力理论,当b=d=a=0时，即：墙背光滑垂直，填土表面水平时与朗肯土压力理论一致,第4节库仑土压力的理论,1773年提出，经典理论一、基本假设挡土墙为刚性，墙后填土为无粘性砂土。墙后所形成的滑动土楔体（视为刚体）是沿着墙背和一个通过墙踵的平面滑动。根据墙后所形成的滑动楔体的静力平衡条件推导土压力的计算公式可计算无粘性土在各种情况时的土压力，如墙背倾斜，填土面倾斜，墙背粗糙。,二、数解法1、主动土压力,E的大小与滑面位置有关，当在至之间变化时，墙背上的土压力由0增至某一极值，然后又减小到0。找到E值最大对应的滑面为产生主动土压力的真正的滑动面。,注意公式中角度的正、负取值特定条件下，该公式与朗肯公式结果一致。,z深度处的主动土压力（土压力强度）土压力分布图形合力方向（与墙背法线的夹角为,上侧）合力作用点,Ea,E的大小与滑面位置有关.找到E值最小对应的滑面为产生被动土压力的真正的滑动面。,2、被动土压力,注意公式中角度的正、负取值特定条件下，该公式与朗肯公式结果一致。,z深度处的被动土压力（土压力强度）土压力分布图形合力方向（与墙背法线的夹角为,下侧）合力作用点,三、例题分析,【例】挡土墙高4.5m，墙背俯斜，填土为砂土，=17.5kN/m3，=30o，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力Ea及作用点,【解答】,由=10o，=15o，=30o，=20o查表得到,土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处,三、图解法图解法是数解法的辅助手段和补充，有些情况下比数解法还简便。有多种图解方法。介绍库尔曼图解法。库尔曼图解法能应用在库仑土压力数值解不能应用的荷载或边界条件，如填土表面为不规则或作用各种荷载的情况，此时不能应用解析解计算土压力，可采用图解法计算。,+,+,G,E,四、几种特殊情况下的土压力计算工程上有时会遇到荷载条件或边界条件较为复杂的情况，可采用一些近似处理办法进行分析计算。,1、填土面有满布荷载q将荷载换算成有一厚度（h=q/）的土层,计算假想墙高（h+H）上的土压力分布。然后取实际墙高上的土压力分布。例题7-2,1、填土面有连续均布荷载q用假想的土重（厚h=q/）代替均布荷载计算假想墙高(h+H)上的土压力确定实际墙高的土压力,H,h,H,A,A,B,h,2、分层填土(n层)将墙高(H)分成H1、H2、Hn几段。分别计算每段墙上的土压力分布计算Hi墙上的土压力分布时，将上层土视为作用在第i层土上的均布荷载，换算成第i层土的性质指标的当量土层。按1情况处理。例题7-3,另一种方法：求出加权平均容重、内摩擦角。近似当作均质土来计算,B,A,假设各土层的分界面与填土表面平行；分层计算（将i层土以上的土重视为均布荷载）、得到每层土的土压力分布、合力大小、方向及作用点,B,A,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,1,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,1,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,1,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,1,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,2,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,2,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,2,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,2,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,3,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,3,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,3,3、折线形土面、折线形墙背折线形土面,3,折线形墙背1)计算上墙墙背土压力,折线形墙背2)下墙墙背土压力采用延长墙背法因忽视土楔体ABD的作用，当上下墙背倾斜角较大（大于10度），应进行校正。,折线形墙背2)下墙墙背土压力