挡土结构物上的土压力PPT课件.ppt

第一章 挡土结构物上的土压力 清华大学水利系岩土所2006年2月 1 1概述1 2静止土压力计算1 3朗肯 Rankine 土压力理论1 4库仑 Coulomb 土压力理论1 5两种土压力理论的比较1 6几种常见的主动土压力计算 本章目录 土力学 p338习题6 4 6 5 本章作业 1 1概述 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 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 1 1概述 挡土墙的几种类型 粮食仓库 味精瓶 苹果箱 1 1概述 刚性挡土墙本身变形极小 只能发生整体位移 1 1概述 刚性挡土墙的位移及土压力分布 1 1概述 柔性挡土墙本身会发生变形 墙上土压力分布形式复杂 板桩变形 1 1概述 临时支撑系统的位移及土压力分布 临时支撑土压力分布受施工过程和变位条件的影响 1 1概述 刚性挡土墙土压力计算比较简单 其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据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 1 1概述 墙体位移与土压力类型 1 1概述 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 1 1概述 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 1 2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 1 2静止土压力计算 sv sv sh p0 sh z K0 静止土压力系数 对于侧限应力状态 理论上 K0 n 1 n 对于砂土 正常固结粘土 由于土的n很难确定 K0常用经验公式计算 1 2静止土压力计算 极限平衡状态 1 2静止土压力计算 静止土压力计算 z E0 总静止土压力 1 3朗肯土压力理论 1朗肯极限平衡应力状态 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 1 3朗肯土压力理论 s1 s3 s3 s1 45 f 2 1 3朗肯土压力理论 2朗肯土压力计算 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 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 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 朗肯主动土压力系数 总主动土压力 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 朗肯主动土压力计算 填土为粘性土 主动土压力强度 朗肯主动土压力系数 负号 z z0 z z0 1 3朗肯土压力理论 朗肯主动土压力计算 填土为粘性土 Ea 总主动土压力 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 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 朗肯被动土压力系数 总被动土压力 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 朗肯被动土压力计算 填土为粘性土 被动土压力强度 朗肯被动土压力系数 正号 Ep 总被动土压力 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 粘性土的主动土压力 Ea 不支护直立开挖的最大深度 1 3朗肯土压力理论 主动土压力系数 被动土压力系数 静止土压力系数 1 3朗肯土压力理论 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 1 3朗肯土压力理论 应用 1 4库仑土压力理论 墙背倾斜 粗糙 填土倾斜时 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 1 4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 无粘性土的主动土压力 W E R W R E 90 E 1 4库仑土压力理论 1 4库仑土压力理论 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 与朗肯理论等价 土压力分布 三角形分布 无粘性土的被动土压力 W R E 90 E 1 4库仑土压力理论 1 4库仑土压力理论 Ep 库仑被动土压力系数 土压力分布 三角形分布 图解法 当填土表面不是平面时 1 4库仑土压力理论 库尔曼 Culmann 图解法 1 4库仑土压力理论 W方向 Ea方向 90 粘性填土的土压力 1 4库仑土压力理论 W中包括BCDE 1 5两种土压力理论的比较 1分析方法 极限平衡状态 2应用条件 1 5两种土压力理论的比较 3计算误差 1 5两种土压力理论的比较 朗肯土压力理论 实际 0 主动土压力偏大 被动土压力偏小 3计算误差 1 5两种土压力理论的比较 库仑土压力理论 实际滑裂面不一定是平面 主动土压力偏小 被动土压力偏大 滑动面 滑动面 主动土压力搜索得到的不一定是最大值 被动土压力搜索得到的不一定是最小值 计算误差 1 5两种土压力理论的比较 与精确解的比较 计算误差 1 5两种土压力理论的比较 与精确解的比较 计算误差 1 5两种土压力理论的比较 结论 如果 0 滑裂面是直线 三种理论计算Ka Kp相同如果 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 工程中使用被动土压力较少 因为所需相对位移太大 1 6几种常见的主动土压力计算 1 填土上有荷载2 成层填土情况3 填土中有水4 坦墙5 墙背形状有变化6 墙后填土受限制7 地震情况下的动土压力8 加筋挡土墙 1 6几种常见的主动土压力计算 1填土上有荷载 s1 45 f 2 pa 3f v z q K0 v z pa s3 q 朗肯土压力理论 1 6几种常见的主动土压力计算 1填土上有荷载 库仑土压力理论 1 6几种常见的主动土压力计算 局部荷载 朗肯理论 1 6几种常见的主动土压力计算 局部荷载 库仑理论 W E R q W R Ea Ea Q 1 6几种常见的主动土压力计算 2成层填土情况 g1f1c1 g2f2c2 H1 H2 f2 f1 f2 f1 1 6几种常见的主动土压力计算 c1 c2 0时 g2f2 H1 H2 g1f1 f1 f2时 g2 g1 g2 g1 g1 g2时 c1 0c2 0 c1 0c2 0 1 6几种常见的主动土压力计算 c1 c2不为0时 g1 g2f2 f1时 1 6几种常见的主动土压力计算 3填土中有水 水下部分用浮容重 土压力 土压力 水压力 静水情况 水压力 1 6几种常见的主动土压力计算 墙背倾斜时 E 静水情况 Ea 1 6几种常见的主动土压力计算 透水地基 孔压 u 0 土压力 竖向应力 1 6几种常见的主动土压力计算 一般地基 需通过绘制流网等二维渗流分析确定孔压 1 6几种常见的主动土压力计算 4坦墙 a acr 45o f 2 1 垂直于假设墙面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 W Ea Ea 第一滑裂面 第二滑裂面 时 W Ea 1 6几种常见的主动土压力计算 cr Ea W 1 6几种常见的主动土压力计算 R E a acr B B 填土表面倾斜 库仑土压力理论 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Ea 根据力三角形确定 Ea 时 第一滑裂面 第二滑裂面 Ea W Ea 1 6几种常见的主动土压力计算 5墙背形状有变化 Ea1 Ea2 小挡土墙土压力 假设完整挡土墙土压力的一部分 带减载平台情况 土压力为0 1 6几种常见的主动土压力计算 1 6几种常见的主动土压力计算 6墙后填土受限制 C 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 填土 老土 g2f2c2 g1f1c1 1 6几种常见的主动土压力计算 7地震情况下的动土压力 1 地震惯性力 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 Secq于是g g 1 Kv Secqtgq Kh 1 Kv 1 6几种常见的主动土压力计算 7地震情况下的动土压力 3 整体绕点B逆时针旋转q 4 用库仑理论得到地震下动土压力Eae 1 Kv 2 gH2Kae式中 Kae f q a b f d b b qa a qH Hcos a q cosa 1 6几种常见的主动土压力计算 8加筋挡土墙 外部稳定 内部稳定