7.挡土结构物上的土压力.doc

教案表头第七章 挡土结构物上的土压力课堂教学实践教学课时6内容提要1概述2静止土压力计算3朗肯土压力理论4库仑土压力理论5土压力计算方法的一些问题6挡土墙设计7新型挡土结构物能力培养要求1理解三种土压力的概念及产生条件；2掌握静止土压力、主动土压力的计算方法；3懂得简化计算各种情况下的土压力；4掌握重力式挡土墙设计原理教学形式教师主讲、课堂讨论、学生讲评、提问答疑、工程案例分析等日期班级课室时间90min复习旧课第六章主要知识点及学生反馈难点解答时间min新课题目第一节 概述第二节 朗肯土压力理论教学目标1熟悉各种土压力的概念；2了解三种土压力产生的条件；3掌握静止土压力的计算方法；4掌握主动土压力的计算方法。教学辅助资料多媒体课件、三角板、圆规等。教学内容设计及安排概述【基本内容】一、土压力的类型土压力（kN/m） 11静止土压力挡土墙在土压力作用下不发生任何变形和位移（移动或转动）墙后填土处于弹性平衡状态，作用在挡土墙背的土压力。 2主动土压力挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移时，土压力随之减少。当位移至一定数值时，墙后土体达到主动极限平衡状态。此时，作用在墙背的土压力称为主动土压力。 3被动土压力挡土墙在外力作用下推挤土体向后位移时，作用在墙上的土压力随之增加。当位移至一定数值时，墙后土体达到被动极限平衡状态。此时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。【讨论】ap ， EaE0jKa增大pa增大Ea增大；由于j/j，注意pa在地下水位处的突变；注意地下水位以下用有效重度计算自重应力，因而在地下水位处土压力强度曲线一般会发生转折。总结：在复杂情况下，如填土分层、存在地下水和均布荷载，要注意s1、c、j的变化引起的土压力强度曲线的变化。【例72】挡土墙高5m，墙背竖直、光滑；填土表面水平，其上作用有均布荷载q10kPa。填土的物理力学性质指标为：j240，c6 kPa，g18kN/m3。试求主动土压力Ea，并绘出主动土压力强度分布图。解题思路：详见“1” 求出墙顶处土压力强度：pa 求出墙底处土压力强度：pa绘制土压力强度分布图并计算其面积Ea，【例73】挡土墙高6m，墙背直立，光滑，墙后填土水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图。提示：注意分层处土压力强度的突变。详见“2”【例74】求图示所示的挡土墙的总侧向压力。墙后地下水位高出墙底2m，填土为砂土，g18kN/m3，gsat20kN/m3， j300。提示：详见“3”6【提问答疑】【本次课小结】1土压力与结构的位移情况和墙后土体所处的应力状态有关。2静止土压力与自重应力的关系。3用朗肯理论计算主动土压力。【课后作业】 课后反馈意见7教案表头：日期班级课室时间90min复习旧课朗肯土压力理论时间min新课题目第三节 库仑土压力理论第四节 土压力计算方法的一些问题第五节 挡土墙设计第六节 新型挡土墙教学目标1掌握仑土压力理论的适用条件2清楚经典理论的误差3了解简化计算实际工程中的土压力的方法4了解挡土墙的计算内容5熟悉重力式挡土墙的常见构造6了解各种新式支挡材料、结构教学辅助资料多媒体课件、工程图片、三角板等教学内容设计及安排第三节 库仑土压力理论【基本内容】一、公式推导库仑理论的基本假设假定墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，然后从楔体静力平衡条件导出土压力计算方法。如图所示。作用于土楔ABM上的力有：81土楔重力GgABM2滑裂面上的反力R大小未知，方向与滑裂面的法线逆时针成j角，即位于法线的下测。3墙背对土楔体的反力E与墙背的法线成d角。当土楔下滑时，墙对土楔的阻力是向上的，故反力E必在法线的下侧。土楔体ABM在以上三力作用下处于静力平衡状态，因此，三力必形成一个闭合的力的三角形，由正弦定律可得E将G的表达式代入上式得E在此，E是q 的函数，令0可得E令Ka则Ea， Ka库仑主动土压力系数，可查表。由上式可知，主动土压力Ea与墙高的平方成正比，为求得离墙顶为任意深度z处的主动土压力强度pa，可将Ea对z求导数而得，即pa结论：主动土压力强度沿墙高成三角形分布。主动土压力的合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线顺时针成d角，与水平面成（ad）角。8二、库仑公式与朗肯公式的关系当墙背垂直（a0）、光滑（d0），填土面水平（b0）时，E可见，在上述条件下，库仑公式和朗肯公式相同。【例题先自习后讲解】【例55】挡土墙高4.5m，墙背倾斜角a100（府斜），填土坡角b150，填土为砂土，g17.5kN/m3，j300，填土与墙背的摩擦角d，试按库仑理论求主动土压力及作用点。解题思路：根据a100，b150，j300，d，Ea，作用点h/3第四节 土压力计算方法的一些问题【基本内容】一、经典理论的误差主动土压力系数被动土压力系数【讨论】:二、建筑地基基础设计规范（GB50072002）的土压力计算公式Eaccgh2KaPaPbcc主动土压力增大系数9该公式适用条件，其计算简图如下图（518）所示。各类土的主动土压力系数Ka可查规范。三、填土面上有局部荷载的土压力计算填土面上有局部荷载时的假定q引起侧压力增加的范围只局限于该二斜面与墙面交点之间的墙段。paqKa，如右图（519）所示。 10四、填土面为折线时的土压力计算填土面为折线时的土压力没有理论解。近似计算的方法是，延长坡面与墙面或墙面的延长线相交，得出两个或两个以上可直接利用常规方法计算土压力的填土体，分别计算“各”填土体产生的土压力并绘于分布图上，然后按土压力产生的原理自上而下连出一条折线即为所求的土压力分布线，如图（520）所示。五、填土面不规则时的土压力计算假定一系列滑动面，作出一系列力三角形，其中Ea最大者即为所求（用库仑理论）。如图（521）所示。六、墙背条件特殊时的土压力计算1坦墙土压力计算方法坦墙墙背较平缓的墙（如图522所示），土体不是沿墙背即面滑动，而是沿12面滑动。与垂直线夹角为临界角acr。acr可按下式计算acr确定了acr之后用库仑公式或楔体试算法计算土压力。此时，土压力的作用面为，而ABC内土体的有效重力计入墙体自重内。另一种方法是假定土压力的作用面是，按朗肯理论计算Ea，而将ACD内土体的有效重力计入墙体自重内。2折线形墙背的土压力计算图为折线形墙背，先按常规方法计算段之上的土压力。再将延长交墙顶于D，计算“墙” 的土压力，其中B点以下的土压力BFEC即为墙的段承受的土压力。3墙背设卸荷平台的土压力在以左墙体简化为以为墙背，而以为对角线的梯形计土重。由于土重由平台承受，B处的土压力为零，E处按正常计算，所以B/E/为墙中段土压力分布线。七、有限范围填土的土压力计算当支挡结构后缘有较陡峻的稳定岩石坡面，岩坡的坡角q（450j/2）时，应按有限范围填土计算土压力，取岩石坡面为破裂面。根据稳定岩石坡面与填土间的摩擦系数按下式计算主动土压力系数：13第五节 挡土墙设计【基本内容】一、 挡土墙的类型 二、重力式挡土墙的计算14采用“试算”的计算方法，至满足要求为止。1计算内容2作用在挡土墙上的力3挡土墙稳定性验算。如图所示。倾覆验算： 1.6Eaccgh2Ka滑动稳定性。1.3三、重力式挡土墙的构造挡土墙的设计，除进行前述验算外，还必须合理地选择墙型和采取必要构造措施，以保证其安全、合理和经济。1重力式挡土墙的基础埋置深度2墙背的倾斜形式 应根据使用要求、地形和施工条件等综合考虑。153剖面拟定确定顶宽确定墙面坡度增加抗滑稳定性之措施设置伸缩缝4墙后排水措施挡土墙常因雨水下渗而又排水不良，地表水渗入墙后填土，使填土的抗剪强度降低，土压力增大，对挡土墙的稳定不利。因此，应设置排水措施【讨论】墙后填土设有反滤层，应选择填土的c、j值还是反滤层的c、j值进行计算土压力？5填土质量要求宜选择透水性较强的材料，如砂土、砾石、碎石等。第六节 新型挡土结构【基本内容】1土工合成材料162加筋挡土结构【提问答疑】【本次课小结】1库仑土压力分布规律。2简化计算土压力要合理。3墙身设计应注意事项【复习思考】1为什么说朗肯土压力理论是库仑理论的一个特例？2为何说上述方法都是近似的方法？3墙背积水对挡土墙有何影响？【课后作业】课后反馈意见17教案表头日期班级课室时间90min复习旧课本章重点、难点