项目情境土压力及挡土墙设计PPT课件.ppt

情境7土压力及挡土墙设计 1 一 概述 二 土压力的分类 三 郎肯土压力理论 四 库仑土压力理论 五 挡土墙设计 2 学习目标 理解三种土压力的概念 掌握朗肯土压力理论 理解库伦土压力理论及其与朗肯土压力理论的比较 掌握常见情况下土压力的计算 熟悉挡土墙的类型 构造和设计方法 3 概述 4 影响土压力的因素 1 填土性质 包括填土重度 含水量 内摩擦角 内聚力的大小及填土表面的形状 水平 向上倾斜 向下倾斜 等 2 挡土墙形状 墙背光滑程度 结构形式 1 土压力类型 根据挡土墙的位移方向和位移量 1 静止土压力 墙本身不发生变形和任何位移 移动和转动 土处于弹性平衡状态 2 主动土压力 墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态 3 被动土压力 墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态 7 1挡土墙的土压力 5 1 主动土压力 2 被动土压力 3 静止土压力 主动土压力被动土压力静止土压力 7 1挡土墙的土压力 6 2 静止土压力计算 取单位墙长 总静止土压力 静止土压力系数 可近似按计算 表2 21参考值 7 1挡土墙的土压力 7 朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出的土压力计算方法 在半空间中取一微单元体M 当整个土体都处于静止状态时 各点都处于弹性平衡状态 主动状态 被动状态 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 一 基本原理与假设 8 朗肯假设 1 挡土墙墙背垂直 2 墙后填土表面水平 3 墙背光滑无摩擦力 因而无剪应力 即墙背为主应面 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 9 10 假定条件 墙背光滑 满足剪应力为零的边界条件 直立 填土面水平 当挡墙偏离土体时 逐渐减小到时达到朗肯主动极限平衡状态 主动土压力强度为 粘性土 无粘性土 对于无黏性土 由于 0 则有 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 将 代入上式并令 得 主动土压力系数 11 主动土压力合力 取单位墙长计算 无粘性土粘性土 无粘性土 粘性土 得 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 临界深度 12 3 被动土压力 粘性土 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 将 令 得 无粘性土 13 无粘性土 粘性土 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 14 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 合力作用在梯形的形心上 其作用点至墙底的距离即可以按梯形形心的几何公式求得 也可以用和按下式计算 15 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 例2 17某重力式挡土墙高H 5m 墙背垂直光滑 墙后填土为无黏性土 填土面水平 填土性质指标如图2 64所示 试分别求出作用于墙上的静止 主动及被动土压力的大小及分布 a 静止土压力 b 主动土压力 c 被动土压力 16 7 4几种特殊情况下的土压力计算 1 填土表面有均布荷载 当填土面上有均布的荷载作用时 可以采用当量土层代换法 即将均布荷载换算成当量厚度土层的自重应力 则当量土层厚度为 黏性土 无黏性土 17 7 4几种特殊情况下的土压力计算 2 分层填土当挡土墙后有几层不同种类的水平土层时 不能直接采用朗肯土压力 需先求出各层的土压力系数 其次求出各层面处的竖向应力 然后乘以相应土层的主动土压力系数 如图2 76所示 挡土墙各层面的主动土压力强度 第一层AC段填土的土压力强度 第二层CD段填土的土压力强度 18 7 4几种特殊情况下的土压力计算 第三层DB段填土的土压力强度 对无黏性土 只需令上式各式中即可 此外尚需注意 在两土层交界处因各土层土质指标不同 其土压力大小亦不同 故此时土压力强度曲线将出现突变 墙背上的主动土压力合力可由分段的主动土压力强度分布的面积求出 作用位置在分布图形的形心处 19 7 4几种特殊情况下的土压力计算 3 地下水墙后填土中有水存在时 对挡土墙土压力可能会有多方面的影响 如土的重度变化 抗剪强度降低 水对挡土增产生水压力 某些黏性土浸水后发生膨胀产生膨胀土压力以及细粒土冻胀产生冻胀力等 工程中一般不允许选用浸水易膨胀的黏性土和易冻胀土作为挡土墙后填土 墙后填土中存在地下水时 计算中应考虑填土重度变化和静水压力对挡土墙土压力的影响 地下水位以上部分的土压力按照均质土情况计算 水位以下部分的土压力计算目前有 水土分算 和 水土合算 两种方法 1 水土分算 即采用有效重度和有效应力强度指标和计算土压力 另外再加上水产生的静水压力 见图2 77 b 一般认为当填土为渗透性较大的砂土 碎石土 杂填土等 水位以下的土孔隙中充满水 能产生全部的静水压力 作用在浸入水少的全部墙背上 故应采用 水土分算 方法 2 水土合算 即采用土的饱和重度和总应力强度指标和计算墙背上的总土压力 如图2 77 c 所示 对于渗透性小的黏性土和粉土 可以采用水土合算的经验方法 20 7 4几种特殊情况下的土压力计算 a 填土中地下水位 b 水土分算 c 水土合算图2 77填土中有地下水时的主动土压力计算 21 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 课堂作业 某挡土墙 高度为5m 墙背垂直光滑 填土面水平 填土为粘性土 其物理力学性质指标如下 试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置 并绘出主动土压力强度分布图 解 1 主动土压力系数 2 墙底处的主动土压力强度 22 7 2朗肯土压力理论 Rankine 1857 3 临界深度 4 主动土压力主动土压力强度分布如图7 7所示 总主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离为 23 基本假设 根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体 从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论 为平面问题 基本假定 墙后填土是理想的散粒体 c 0 滑动破坏面为通过墙踵的平面 1 主动土压力 7 3库仑土压力理论 24 楔体在三力作用下处于静力平衡状态 由力矢三角形按正弦定理 力矢三角形 令 得到E为极大值时的破坏角 代入上式得 库伦主动土压力系数查表 7 3库仑土压力理论 25 被动土压力 被动土压力系数 7 3库仑土压力理论 26 朗肯理论与库伦理论比较1 基本假定 前者假定挡墙光滑 直立 填土面水平 后者假定填土为散体 c 0 2 基本方法 前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论 后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式 3 结果比较 朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响 使计算的主动土压力偏大 被动土压力偏小 库伦理论假定破坏面为一平面 而实际上为曲面 实践证明 计算的主动土压力误差不大 而被动土压力误差较大 7 3库仑土压力理论 27 1 挡土墙的类型 1 重力式挡土墙 1 2 悬臂式挡土墙 2 3 扶壁式挡土墙 3 1 2 3 7 2挡土墙设计 28 29 2 挡土墙的计算设计方法 先假定截面尺寸 然后验算稳定性及强度 若不满足要求 再修改设计 计算内容 1 稳定性验算 包括抗倾覆和抗滑移验算 2 地基承载力验算 3 墙身强度验算 7 2挡土墙设计 30 7 2挡土墙设计 31 7 2挡土墙设计 32 挡土墙排水措施 7 2挡土墙设计 重力式挡土墙体型选择与构造措施 33 小结 本章主要介绍了土压力的形成过程 土压力计算的朗肯理论和库仑理论 重力式挡土墙的设计以及土坡稳定的分析方法 1 土压力的性质和大小与支挡结构位移方向和位移量直接相关 并由此形成了三种土压力 静止土压力