第七章-土压力计算新书PPT课件.ppt

第7章土压力计算 Editbyzhaoxiushao 山体滑坡 山体滑坡怎么办 Editbyzhaoxiushao 延安宝塔面临滑坡威胁 Editbyzhaoxiushao 挡土墙设计不当 垮塌的重力式挡墙 Editbyzhaoxiushao 垮塌的护坡挡墙 挡土墙设计不当 Editbyzhaoxiushao 挡土墙设计不当 Editbyzhaoxiushao 失稳的立交桥加筋土挡土墙 挡土墙设计不当 Editbyzhaoxiushao 可见挡土结构物设计不当危害是很大的 挡土墙设计不当 Editbyzhaoxiushao 7 1概述 土压力 挡土结构物承受与土体接触界面土的侧向压力作用 主要荷载 土体自身重量引起的侧向压力水压力影响区范围内的构筑物荷载施工荷载 Editbyzhaoxiushao 挡土结构物分类 刚性挡土墙柔性挡土墙 本章重点讨论刚性档土墙的古典土压力理论 下面给出几个典型的实例 Editbyzhaoxiushao 刚性挡土结构物 公路挡土墙 码头挡土墙 地下室外墙 拱桥桥台 Editbyzhaoxiushao 刚性挡土墙 1 Editbyzhaoxiushao 给出几个柔性挡土结构物的例子 内支撑基坑 加筋挡土墙 板桩墙与土层锚杆 Editbyzhaoxiushao 给出几个柔性挡土结构物的例子 内支撑基坑 加筋挡土墙 板桩墙与土层锚杆 Editbyzhaoxiushao 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 Editbyzhaoxiushao 概述 Editbyzhaoxiushao 概述 Editbyzhaoxiushao 概述 Editbyzhaoxiushao 概述 Editbyzhaoxiushao 几种加筋挡土墙 Editbyzhaoxiushao 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 7 1概述 Editbyzhaoxiushao 3 被动土压力 Passiveearthpressure 一 墙体位移和土压力性质 1 静止土压力 Earthpressureatrest 2 主动土压力 Activeearthpressure 三 土压力类型 7 1概述 Editbyzhaoxiushao 当d D H 0时 如地下室 E E0 1 静止土压力 Editbyzhaoxiushao 2 主动土压力 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 Editbyzhaoxiushao 3 被动土压力 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 Editbyzhaoxiushao Editbyzhaoxiushao 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 Editbyzhaoxiushao 图7 3土压力与挡土墙位移关系 注意 挡土结构物要达到被动土压力所需的位移远大于导致主动土压力所需的位移 三种土压力关系 Ea E0 Ep Editbyzhaoxiushao 7 2静止土压力计算 假定挡土墙后填土处于弹性状态 静止土压力沿挡土墙高度呈三角形分布 相当于天然地基土的应力状态计算公式 p0 K0 sz K0 zK0 n 1 n Editbyzhaoxiushao 静止土压力系数K0的确定 2 实际可由三轴仪等试验或原位试验测得 3 可用经验公式估算 砂性土 K0 1 sin 粘性土 K0 0 95 sin 超固结粘性土 K0 OCR m 1 sin 可取m 0 4 0 5 Editbyzhaoxiushao 4 公路桥涵设计通用规范 JTJ21 89 砾石 卵石为0 20砂土为0 25粉土为0 35粉质粘土为0 45粘土为0 55 静止土压力合力 对于成层土或有超载情况 Editbyzhaoxiushao 例7 1挡土墙后作用无限均布荷载q 土的物理力学指标为 18kN m3 sat 19kN m3 c 0 30 计算 静止土压力分布值及合力E0 Editbyzhaoxiushao 解 静止土压力系数为K0 1 sin 1 sin30 0 5各点静止土压力值 a点 p0a K0q 0 5 20 10kPab点 p0b K0 q h1 0 5 20 18 6 64kPac点 p0c K0 q h1 h2 0 5 20 18 6 19 9 8 4 82 4kPa Editbyzhaoxiushao 静止土压力合力为E0 poa pob h1 2 p0b p0c h2 2 0 5 10 64 6 0 5 64 82 4 4 514 8kN m Editbyzhaoxiushao 静止土压力作用点距墙底距离 静水压力合力 Editbyzhaoxiushao 7 3朗肯土压力理论 Editbyzhaoxiushao 7 3 1基本原理和假定 c 破坏面 b 应力圆 a 应力状态 1 静止状态 应力圆O1 z和 x为大 小主应力 2 朗肯主动状态 应力圆O2 z和 x为大 小主应力 滑动面夹角 f 45 2 3 朗肯被动状态 应力圆O3 z为小主应力 x为大主应力滑动面夹角 f 45 2 Editbyzhaoxiushao 7 3 2朗肯主动土压力计算 砂性土粘性土 基本假定 墙背直立 光滑 填土面为水平基本原理 背离填土移动至A B 达到主动极限平衡状态竖向应力 1 z z水平应力 3 x 即pa Editbyzhaoxiushao 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 Editbyzhaoxiushao 此时 大 小主应力满足下述关系 将 3 pa和 1 z代入得 Editbyzhaoxiushao 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 Editbyzhaoxiushao 主动土压力沿深度呈直线分布合力为pa分布图形的面积作用点位于形心处 对于砂性土有 合力Ea作用在距挡土墙底面H 3处 Editbyzhaoxiushao 对于粘性土 令pa 0 可得 合力Ea作用于距挡土墙底面 H h0 3处 Editbyzhaoxiushao 7 3 3朗肯被动土压力计算 砂性土粘性土 基本假定 挡土墙墙背竖直 填土面水平基本原理 竖向应力 z z是最小主应力 3水平应力 x是最大主应力 1 亦即pp Editbyzhaoxiushao 将 1 pp 3 z代入极限平衡公式 得 被动土压力沿深度呈直线分布 Editbyzhaoxiushao 例题7 2 有一高7m的挡土墙 墙背直立光滑 填土表面水平 填土的物理力学性质指标为 c 12kPa 15 18kN m3 试求主动土压力 被动土压力及它们的作用点位置 并绘出土压力分布图 Editbyzhaoxiushao 解 1 求主动土压力 1 总主动土压力为 Editbyzhaoxiushao 2 临界深度z0为 3 主动土压力Ea作用点距墙底的距离为 Editbyzhaoxiushao 4 在墙底处的主动土压力强度为 Editbyzhaoxiushao 7 3 4典型情况下的朗肯土压力 填土表面有超载 相当于在深度z处增加q值的作用 将 z用 q z 代替 Editbyzhaoxiushao 成层填土 强度指标 不同 土层分界面上土压力分布有突变 Editbyzhaoxiushao 例题7 3物理力学指标 1 18kN m3 c1 0 1 30 2 20kN m3 c2 0 2 35 q 20kPa 计算 1 分布 2 合力 解 Ka1 0 333 Ka2 0 271 主动土压力值分别为 a点 pa1 qKa1 20 0 333 6 67kPa Editbyzhaoxiushao 例题7 3物理力学指标 1 18kN m3 c1 0 1 30 2 20kN m3 c2 0 2 35 q 20kPa 计算 1 分布 2 合力 解 Ka1 0 333 Ka2 0 271 主动土压力值分别为 a点 pa1 qKa1 20 0 333 6 67kPa Editbyzhaoxiushao b点上 在第1层土中 p a2 1h1 q Ka1 18 6 20 0 333 42 6kPab点下 在第2层土中 p a2 1h1 q Ka2 18 6 20 0 271 34 7kPac点 pa3 1h1 2h2 q Ka2 18 6 20 4 20 0 271 56 4kPa Editbyzhaoxiushao 合力 Ea 6 67 6 0 5 35 93 6 34 7 4 0 5 21 7 4 40 0 107 79 138 8 43 4 330kN m合力作用点 Editbyzhaoxiushao 挡土墙后填土中有地下水存在 水土分算 对砂性土或粉土 按水土分算先分别计算土压力和水压力 然后叠加采用有效重度 计算土压力 水土合算 对于粘性土 按水土分算或水土合算进行地下水位以下用饱和重度 sat Editbyzhaoxiushao 例题7 4挡土墙高度H 10m 填土为砂土 墙后有地下水位 计算 主动土压力及水压力的分布及其合力 解 主动土压力系数 Editbyzhaoxiushao 各点主动土压力 a点 pal 1zKa 0b点 pa2 1h1Ka 18 6 0 333 36kPac点 pa3 1h1 h2 Ka 18 6 9 4 0 333 48kPa 合力 Ea 0 5 36 6 36 4 0 5 48 36 4 108 144 24 276kN m Editbyzhaoxiushao 作用点距墙底距离 c点水压力 pw wh2 9 81 4 39 2kPa水压力合力 Pw 39 2 4 2 78 4kN m作用点 h2 3 4 3 1 33m处 Editbyzhaoxiushao 7 4库仑土压力理论 Editbyzhaoxiushao 7 4 1基本原理和假定 挡土墙背离土体移动或推向土体 达到极限平衡状态假定滑动土楔ABC是刚体最早假定为砂性土分析土楔ABC的静力平衡条件 主动状态被动状态 Editbyzhaoxiushao 7 4 2库仑主动土压力计算 考虑滑动土楔ABC的静力平衡 a 土楔ABC的重力G 若 值已知 则大小 方向及作用点位置均已知 Editbyzhaoxiushao c 挡土墙对土楔的作用力Q 作用方向已知 大小未知 b 土体作用在滑动面BC上的反力R 作用方向已知 大小未知 内摩擦角 外摩擦角 Editbyzhaoxiushao 根据滑动土楔ABC静力平衡 由正弦定律得 式中 Editbyzhaoxiushao Editbyzhaoxiushao 当 2 时 G 0 故而Q 0 可见 Q随 变化而变化 分析 Editbyzhaoxiushao 当 时 则Q 0 极大值Qmax即为所求的主动土压力Ea 当 在 2 和 之间变化 Q存在一个极大值 Editbyzhaoxiushao 解得 值 并代入Q表达式得 为求得Qmax值 对 求导 令 当 0时 简单情形 Ka值可由表7 2查得 Editbyzhaoxiushao 将Ea对z求导数得 土压力沿墙高为线性分布 Editbyzhaoxiushao Editbyzhaoxiushao Editbyzhaoxiushao 7 4 3库仑被动土压力计算 a 土楔ABC的重力G大小 方向及作用点位置均已知 c 挡土墙对土楔的作用力Q作用方向已知 大小未知 b 土体作用在滑动面BC上的反力R作用方向已知 大小未知 Editbyzhaoxiushao 根据滑动土体的静力平衡条件得 Q值随滑动面倾角 变化最危险滑动面上的抵抗力是其中的最小值 被动土压力 Editbyzhaoxiushao 为了求得Qmin 令 解得 值 并代入Q表达式得 Editbyzhaoxiushao 将EP对z求导数可得 被动土压力沿墙高为线性分布 Editbyzhaoxiushao Editbyzhaoxiushao 三 图解法 3库仑土压力理论 Editbyzhaoxiushao 库仑土压力有超载的影响 2 基于库伦土压力理论求解其计算方法与朗肯土压力理论的计算方法相似 也可将均布荷载换算成当量的土重 Editbyzhaoxiushao 均布荷载的当量土厚为 Editbyzhaoxiushao 3 成层填土一种方法 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 Editbyzhaoxiushao 3 成层填土另一种方法 求出加权平均容重 内摩擦角 近似当作均质土来计算 B A Editbyzhaoxiushao 2 分层土 其它自学 Editbyzhaoxiushao 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 Editbyzhaoxiushao 二 应用条件 6 4朗肯和库仑土压力理论的比较 考虑了墙背与土体之间的摩擦力 Editbyzhaoxiushao 三 计算