土力学课件(清华大学)6.ppt

土力学2第六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 第六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 地下建筑物 1 发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力 新填土 B 外土柱 内土柱 等沉面 沟埋式 上埋式 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 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 K0 1 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 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 2朗肯土压力理论 1 主动土压力 pa sh 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 sh 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 z z0拉应力 开裂 z z0 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 小结 基本条件和假定极限应力分析破坏形式主动和被动砂土和粘性土 2朗肯土压力理论 如果墙背不垂直 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 基本假设 1 墙后土体为无粘性土2 滑动面为一平面3 将破坏的楔形土体视为刚体4 按楔形体整体极限平衡条件处理 一 主动土压力 3库仑土压力理论 求解方法 1 滑动楔体受三个力系W E R 如图 2 根据静力平衡力三角形闭合条件 可得E的大小 3 求极值 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 二 被动土压力 3库仑土压力理论 求解方法类似主动土压力变化 取若干滑裂面 使E最小dE d 0 求得 得到 3库仑土压力理论 土压力分布 二 被动土压力 三 图解法 3库仑土压力理论 2 库尔曼 C Culmann 图解法 3库仑土压力理论 在图中使力三角形顶点o与墙底A重合 Ri方向与ACi方向一致 3 粘性土的图解法 3库仑土压力理论 W中包括BCDE 四朗肯和库仑土压力理论的比较 一 分析方法 区别朗肯库仑 极限平衡状态 土体内各点均处于极限平衡状态 刚性楔体 滑面上处于极限平衡状态 极限应力法滑动楔体法 3库仑土压力理论 二 应用条件 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 三 计算误差 朗肯土压力理论 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 墙背垂直实际d 0 郎肯主动土压力偏大郎肯被动土压力偏小 三 计算误差 库伦土压力理论 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 由于实际滑裂面不一定是平面 主动土压力偏小不一定是最大值 被动土压力偏大不一定是最小值 三 计算误差 与理论计算值比较 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 三 计算误差 与理论计算值比较 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 三 计算误差 与理论计算值比较 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 0滑裂面是直线 三种理论计算Ka Kp相同 0Ka朗肯偏大10 左右 工程偏安全库仑偏小一些 可忽略 Kp朗肯偏小可达几倍 库仑偏大可达几倍 在实际工程问题中 土压力计算是比较复杂的 4几种工程中常见的主动土压力计算 一 填土上有荷载二 成层填土情况三 填土中有水四 坦墙五 墙背形状有变化六 墙后填土受限制 4几种工程中常见的主动土压力计算 一 填土上有荷载 1朗肯土压力理论 1 gz qpa 3 qKa gzKa H Z 1 3 qKa HKa zKa 4几种工程中常见的主动土压力计算 2 库仑土压力理论 一 填土上有荷载 三角形相似 4几种工程中常见的主动土压力计算 3 局部荷载 朗肯土压力理论 一 填土上有荷载 4几种工程中常见的主动土压力计算 二 成层填土 朗肯理论 4几种工程中常见的主动土压力计算 一 讨论 1 pa在B点的连续性 1 g1 g2 1 2c1 c2 2 g1 g2 1 2c1 c2 0 3 g1 g2 1 2c1 c2 不连续不连续连续 4几种工程中常见的主动土压力计算 一 讨论 2 dpa dz 即pa斜率 的连续性 1 g1 g2 1 2转折 g大dpa dz大 2 f1 f2 g1 g2转折 g大dpa dz小 4几种工程中常见的主动土压力计算 二 几种情况下土压力讨论 f1 f2c1 c2 0 g2 g1g2 g1 4几种工程中常见的主动土压力计算 二 几种情况下土压力讨论 过顶点虚拟q gH1 g1 g2c1 c2 0 f2 f1f2 f1 4几种工程中常见的主动土压力计算 二 几种情况下土压力讨论 c1 0c2 0 c1 0c2 0 g1 g2f2 f1 4几种工程中常见的主动土压力计算 1 构造要求 一般用砂性土 墙设排水孔以及反滤层 填土表面设沟 堤等截流2 水下部分土压力P a K a z水压力pu u 静水压力 渗流压力 超静孔压 三 填土中有水 4几种工程中常见的主动土压力计算 三 填土中有水 墙基不透水 朗肯理论 4几种工程中常见的主动土压力计算 三 填土中有水 库仑理论 墙基不透水 4几种工程中常见的主动土压力计算 三 填土中有水 填土渗透系数比地基土小得多 需要绘制流网或计算确定孔压 4几种工程中常见的主动土压力计算 三 填土中有水 填土渗透系数比地基土小得多 透水地基 4几种工程中常见的主动土压力计算 四 坦墙 a acr 45o 2 填土表面水平 1 假设垂直墙面CD上主动土压力E a 1 2Ka H2 2 作用在真实墙面AC上的土压力 朗肯理论 4几种工程中常见的主动土压力计算 四 坦墙 填土表面倾斜 1 求解假设墙面CB上主动土压力E a 2 作用在真实墙面AC上的土压力 库仑理论 4几种工程中常见的主动土压力计算 五 墙背形状有变化 4几种工程中常见的主动土压力计算 五 墙背形状有变化 带卸荷台的挡土墙土压力 4几种工程中常见的主动土压力计算 六 墙后填土受限制 滑裂面BC可能的位置 1 BC在填土中 2 BC在老土中 3 BC在界面上 3几种工程中常见的主动土压力计算 七 加筋挡土墙的土压力 4几种工程中常见的主动土压力计算 七 加筋挡土墙的土压力 4几种工程中常见的主动土压力计算 七 加筋挡土墙的土压力 Ds3 2Dctg 45o f 2 1土工合成材料土工布土工带土工格栅2原理 筋材在拉应变方向 提供拉力 对土体产生压力 从而提高土的抗剪强度 4几种工程中常见的主动土压力计算 八 地震情况下的动土压力 1 加速度 向上av 向外ah最不利水平地震系数Kh ah g水平惯性力WKh垂直地震系数Kv av g垂直惯性力WKv 拟静力法 物部 冈部公式 2 虚拟自重W W W 1 Kv S