土力学第五章土压力 PPT课件

第5章土压力 5 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 挡土结构物分类 刚性挡土墙柔性挡土墙 几个典型的实例 刚性挡土墙 公路挡土墙 码头挡土墙 地下室外墙 拱桥桥台 重力式挡土墙类型 L T 重力式 悬臂式 扶壁式 柔性挡土结构物 内支撑基坑 加筋挡土墙 板桩墙与土层锚杆 加筋挡土墙 特殊 土压力的三种类型及形成条件 a 静止土压力 b 主动压力 c 被动土压力 1 静止土压力 用E0 kN m 表示 强度用p0 kPa 表示 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 5 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 z 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 K0 1 sin 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 例5 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 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 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 静止土压力作用点距墙底距离 静水压力合力 5 3朗肯土压力理论 5 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 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 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 5 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 pa 此时 大 小主应力满足下述关系 将 3 pa和 1 z代入得 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 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 5 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 pp 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 5 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 成层填土 强度指标 不同 土层分界面上土压力分布有突变 例题5 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 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 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 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 例题5 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 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 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 5 4库仑土压力理论 5 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楔体ABC是刚体最早假定为无粘性土分析楔体ABC的静力平衡条件 主动状态被动状态 5 4 2库仑主动土压力计算 考虑滑动楔体ABC的静力平衡 a 楔体ABC的重力G 若 值已知 则大小 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 内摩擦角 外摩擦角 根据滑动土楔ABC静力平衡 由正弦定律得 式中 当 2 时 G 0 故而Q 0 可见 Q随 变化而变化 分析 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 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 将Ea对z求导数得 土压力沿墙高为线性分布 5 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 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 为了求得Qmin 令 解得 值 并代入Q表达式得 将EP对z求导数可得 被动土压力沿墙高为线性分布 均属于极限状态理论 5 6关于土压力计算的一些讨论 假设墙背直立 光滑 墙后填土水平 应用范围受到限制 朗肯理论 从土中一点极限平衡应力状态出