土-压-力 PPT课件

土压力 第六章 土压力概述朗肯土压力理论库仑土压力理论影响土压力计算值的一些因素朗肯理论和库仑理论的比较 主要内容 挡土墙 土压力 土压力概述 土压力是设计挡土墙断面及验算其稳定性的主要荷载 挡土墙的几种类型 重力式 刚性挡土墙 自身变形极小 只能发生整体位移 刚性挡土墙的位移及土压力分布 垮塌的重力式挡墙 垮塌的护坡挡墙 板桩 柔性挡土墙 本身会发生变形 墙上土压力分布形式复杂 被动土压力 静止土压力 主动土压力 岩石 拱桥桥台 墙体位移与土压力类型 P0 Pa Pp 静止土压力 主动土压力 被动土压力 Pa P0 Pp 实验研究表明 综上 可将墙体位移对土压力的影响概括为两点 第一 挡土墙所受的土压力类型 首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向 第二 挡土墙所受土压力大小并不是一个常数 随着位移的变化 墙上所受土压力值也变化 Pp P0 Pa 1 5 1 5 o 静止土压力计算 朗肯土压力理论 研究了半无限土体中极限平衡应力状态 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条件 主动极限平衡状态 大主应力 小主应力 被动极限平衡应力状态 1f v z K0 v 45 f 2 Pp s1 s3 朗肯土压力理论基本条件和假定 条件墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设墙后各点均处于极限平衡状态 一 主动土压力 由于墙背光滑垂直 没有剪应力 墙背相当于一个半无限土体中的对称线 墙后为半无限土体的一半 1 无粘性土 设 墙后破裂面形状 2 粘性土 Ka 总主动土压力 例 已知一挡土墙H 5米 墙背垂直 光滑 填土面水平 填土的物理性质指标为 试求主动土压力的分布 合力及其作用点位置 H 5m 墙底处主动土压力 令 解 先写出计算公式 主动土压力合力 主动土压力作用在距离墙底的距离 计算方法 将均布荷载换算成当量的土重 填土面有均布荷载 几种工程中常见的主动土压力计算 Pa 填土面有均布荷载的土压力计算 填土上局部有荷载 成层填土 f1 f2c1 c2 0 g2 g1g2 g1 成层填土 g1 g2c1 c2 0 f2 f1f2 f1 c1 0 c2 0 g1 g2f2 f1 1 构造要求 适用于砂土 墙设排水孔以及排水管 填土表面设沟 堤等截流2 水下部分土压力P a Ka z静水压力Pw wH2 填土内有地下水位 Kag H2 KagH1 gwH2 水压力 土压力 例 挡土墙高5m 墙背直立 光滑 墙后填土面水平 共分两层 各层物理力学性质指标如图所示 试求主动土压力Pa 并绘出土压力的分布图 解 计算第一层填土的土压力强度 10 4kPa 第二层填土顶面和底面的土压力强度分别为 10 4kPa 4 2kPa 36 6kPa 主动土压力Pa为 10 4kPa 4 2kPa 36 6kPa 例 已知挡土墙后有两层填土 试求主动土压力分布及Pa值 解 1 求Ka值由于两层土的抗剪强度指标不同 其主动土压力系数分别为 2 求主动土压力分布将土中墙顶 两层土分界面 墙底处土分别记为1 2 3点 则 21 6 12 46 32 06 0 3 求合力Pa 例 已知挡土墙直立 光滑 填土面水平 墙顶表面作用有均布荷载q 20kPa 填土为两层 墙后有地下水位 试求挡土墙后主动土压力及总侧推力 解 1 求各土层主动土压力系数 2 求土压力分布 将挡土墙背与墙顶 各层分界面及墙底交点处土分别记为1 2 3 4点 则 3 水压力 4 水压力 二 被动土压力 1 无粘性土 设 2 粘性土 Kp 如果墙背倾斜 具有倾角 墙背粗糙 与填土摩擦角为 墙后填土面任意 如何计算挡土墙后的土压力 1 墙背俯斜 倾角为 2 墙背粗糙 墙与土间摩擦角为 3 填土为理想散粒土 粘聚力c 0 4 填土表面倾斜 坡角为 条件 库仑土压力理论 1 墙后填土沿墙背AB和填土中某一平面BC同时下滑 形成滑动楔体 ABC 2 土楔体 ABC处于极限平衡状态 不计本身压缩变形 基本假定 主动土压力 作用于土楔上的力 1 土楔体的自重 2 墙背对土楔体的反力P 3 破坏面上的反力R 由土楔体的静力平衡条件得 当时 可求得 主动土压力强度 主动土压力强度沿墙高呈三角形分布 合力作用点在离墙底h 3处 方向与墙背法线成 说明 土压力强度分布图只代表强度大小 不代表作用方向 主动土压力合力 Pa 例 已知某挡土墙高度H 6 0 墙背竖直 填土表面水平 墙与填土的摩擦角 填土为中砂 重度 内摩擦角 计算作用在挡土墙上的主动土压力 A C1 B W1 W2 W3 W4 W5 F 库尔曼图解法求主动土压力 D W方向 E D C P方向 库尔曼图解法求主动土压力 A B E D C m n Pa的大小 破裂面 Pa的方向 粘性土的主动土压力图解法 被动土压力 土压力分布 H Pp Pp H 3 1 坦墙 A B 第一滑动面 C 第二滑动面 影响土压力计算值的一些因素 当 0时 2 折线形墙背 H1 H2 45o 2 H1 H2 Ka H1Ka A B D C E C E 3 地震土压力 动土压力 物部 冈部法 Mononobe okabc 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 分析方法 朗肯理论和库仑理论的比较 极限平衡状态 应用条件 计算误差 朗肯土压力理论 朗肯主动土压力偏大朗肯被动土压力偏小 由于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 0滑裂面是直线 Ka Kp与理论值相同 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 挡土墙型式的选择 挡土墙设计 选型原则 1 挡土墙的用途 高度与重要性 2 建筑场地的地形与地质条件 3 尽量就地取材 因地制宜 4 安全而经济 1 重力式挡土墙 材料 砖 石或素混凝土特点 体积较大 靠自身重力维持稳定 优点 结构简单 施工方便 缺点 墙身截面尺寸大 墙体抗拉 抗剪强度都较低 适用 一般用于H 8米的低挡土墙 2 悬臂式挡土墙 材料 钢筋混凝土特点 体积小 靠墙踵悬臂上的土重维持稳定 优点 工程量小 墙体内拉应力由钢筋承担 墙身截面尺寸小 充分利用材料特性 缺点 施工较复杂适用 用于H 8米的挡土墙 3 扶壁式挡土墙 材料 钢筋混凝土 特点 为增加悬臂式挡土墙的抗弯性能 增设扶壁 扶壁间距 0 8 1 0 h 墙体稳定靠扶壁间填土重维持 优点 工程量小缺点 施工较复杂适用 用于H 10米的挡土墙 加筋挡土墙的土压力 加筋挡土墙的土压力 设计内容 1 初定尺寸2 抗滑动稳定性验算3 抗倾覆稳定性验算4 修改尺寸 重力式挡土墙设计 抗滑动稳定性验算 验算不满足时的修改 1 修改截面尺寸 增加自重以增大抗滑力 2 在墙底铺碎石 砂垫层 提高 值 3 墙底面做成逆坡 4 在软土地基上 可在挡土墙踵后加钢筋混凝土拖板 抗滑动稳定性验算 验算不满足时的修改 1 修改截面尺寸 增加自重以增大抗倾覆力矩 2 伸长墙