第七章土压力计算.ppt

第七章土压力计算 主要内容 1 挡土墙的作用与土坡的划分2 挡土墙的土压力类型3 朗金 Rankine 土压力理论4 库仑 Coulomb 土压力理论5 特殊情况下土压力计算 W J M Rankine1820 1872Scotland 库仑C A Coulomb 1736 1806 在土木 水利和交通工程中 常常遇到要修建挡土结构物的问题 第一节挡土墙的作用 土压力 挡土墙后填土因自重或外荷载作用而对挡土墙墙背产生的侧向压力 挡土墙 防止土体坍塌的构筑物 墙体位移与土压力类型 第二节挡土墙的土压力类型 墙体位移与土压力类型 墙体位移与土压力类型 E 静止土压力E0 主动土压力Ea 被动土压力Ep 土压力的类型 静止土压力E0 坚硬地基上 断面较大 主动土压力Ea 一般挡土墙 被动土压力Ep 桥台 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 思考 以下几种挡土墙后的土压力分别为何种土压力 静止土压力计算 静止土压力墙体不发生任何位移 0相当于天然地基土的应力状态 侧限状态 k0应力状态 地下室 静止土压力计算 z E0 总静止土压力 K0 静止土压力系数 第三节朗肯土压力理论 一 基本概念 朗肯极限平衡状态 自重应力作用下 半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况 3f v z K0 v 主动极限平衡应力状态 45 f 2 1f v z K0 v 被动极限平衡应力状态 s1 s3 s3 s1 45 f 2 二 朗肯主动土压力 假定 墙背垂直光滑 填土表面水平 于是 sv sh为主应力 且sv z 朗肯主动土压力计算 填土为无粘性土 砂土 s1 45 f 2 竖向应力为大主应力 水平向应力为小主应力 无粘性土的极限平衡条件 于是 主动土压力强度 pa s3 朗肯主动土压力计算 填土为无粘性土 砂土 主动土压力强度 朗金主动土压力系数 总主动土压力 朗肯主动土压力计算 填土为粘性土 竖向应力为大主应力 水平向应力为小主应力 粘性土的极限平衡条件 于是 主动土压力强度 朗肯主动土压力计算 填土为粘性土 主动土压力强度 朗金主动土压力系数 负号 z z0 z z0 朗肯主动土压力计算 填土为粘性土 Ea 总主动土压力 三 朗肯被动土压力计算 填土为无粘性土 砂土 竖向应力为小主应力 水平向应力为大主应力 无粘性土的极限平衡条件 于是 被动土压力强度 pp s1 s3 三 朗肯被动土压力计算 填土为无粘性土 砂土 被动土压力强度 朗金被动土压力系数 总被动土压力 三 朗肯被动土压力计算 填土为粘性土 竖向应力为小主应力 水平向应力为大主应力 粘性土的极限平衡条件 于是 被动土压力强度 三 朗肯被动土压力计算 填土为粘性土 被动土压力强度 朗金被动土压力系数 正号 Ep 总被动土压力 小结 朗肯土压力理论 墙背垂直光滑主动和被动极限平衡条件砂土和粘性土 1f v z K0 v s1 s3 45 f 2 45 f 2 3f s1 s3 主动土压力系数 被动土压力系数 静止土压力系数 总土压力 单位长度挡土墙上土压力单位 kN m 大小 方向 作用点 土压力强度 单位面积上的土压力单位 kN m2 几个概念 每延米 E p s1 45 f 2 pa 3f v z q K0 v z pa s3 q 朗肯土压力理论 四 几种特殊情况下土压力计算 1 填土表面有均布超载 qKa 2 填土表面有局部荷载 c1 c2 0时 H2 3 成层填土 当c1 c2 0时 水下透水层用有效重度 土压力 土压力 水压力 水压力 4 墙后填土有地下水 朗肯土压力理论适用 墙背垂直 光滑 填土表面水平的情况当挡土墙墙背粗糙且墙背与填土表面倾斜时 如何计算土压力 库仑土压力理论 库仑C A Coulomb 1736 1806 墙背倾斜 具有倾角 墙背粗糙 与填土摩擦角为 填土表面有倾角 出发点 第四节库仑土压力理论 平面滑裂面假设 滑裂面为平面 假设条件 刚体滑动假设 破坏土楔为刚体 滑动楔体整体处于极限平衡状态 无粘性土假设 滑裂土体为无粘性土 一 无粘性土的主动土压力 W E R W R E 90 E E Ea 库仑主动土压力系数 Ea 特例 0 即墙背垂直光滑 填土表面水平时 与朗金理论等价 土压力分布 三角形分布 二 无粘性土的被动土压力 W R E 90 E Ep 库仑被动土压力系数 土压力分布 三角形分布 GB50007 2002 基于库仑理论的推荐公式 三 推荐计算方法 c 主动土压力增大系数 墙高小于5米取1 0 5 8米为1 1 大于8米取1 2 三角形相似 l H W A B C q R Ea 第五节几种特殊情况下的库仑土压力计算 一 地面荷载作用下的库仑土压力 H2 g2f2 H1 g1f1 二 成层土体中的库仑主动土压力 1 2 Ea1 Ea2 H2 g2f2 H1 g1f1 三 粘性土中的库仑土压力 1 2 Ea1 Ea2 三 粘性土中的库仑土压力 两种方法 1 抗剪强度相等 2 土压力相等 原理 破坏棱体 即滑动土楔 内范围内车辆荷载用均布荷载代替 再用库仑土压力计算 计算步骤 1 确定滑裂面位置 0时 2 确定破坏棱体的长度l0 3 将破坏棱体的车辆荷载折算为等效土层厚度he 四 车辆荷载作用下的土压力 4 计算作用在墙背上的土压力EA 桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度B的取值规定 1 桥台取横向全宽 2 挡土墙 汽 10级或汽 15级 取挡土墙分段长度且 15m 汽 20级 取重车的扩散长度 挡土墙分段长度 10m 扩散长度 10m 挡土墙分段长度 10m 扩散长度 15m 汽 超20级 取重车的扩散长度且 20m 平板挂车或履带车作用时 取挡土墙分段长度 重车的扩散长度 较大者且 15m 扩散长度B 前后轴轴距 车轮或履带着地长度 车轮重力 G的计算规定 1 桥台为B l0面积内可能布置的车轮上的重力 2 挡土墙计算时 汽车荷载的的布置规定如下 纵向 当取用挡土墙分段长度时 为分段长度内可能布置的车轮当取用1辆重车的扩散长度时为一辆重车 3 平板挂车或履带车荷载纵向 只考虑1辆横向 破坏棱体长度l0范围内可能布置的车轮或履带 车辆外侧车轮或履带中线距路面 安全带边缘的距离为1m 横向 破坏棱体长度范围内可能布置