chapter7土力学北京交通大学.ppt

第7章土压力的计算，7.1概述，土压力：挡土结构在与土壤的接触界面承受土壤的侧向压力。主要荷载：土体重量引起的侧压力和水压影响范围内的结构施工荷载。挡土结构分类：刚性挡土墙柔性挡土墙。本章重点介绍刚性挡土墙的经典土压力理论。下面是一些典型的例子：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、L型、T型、重力式、悬臂式、扶壁式等。柔性挡土结构的几个例子如下：(a)静土压力(b)主动土压力(c)被动土压力(1)静土压力。E0(kN/m)和p0(kPa)用于强度。图7-3土压力与挡土墙位移的关系。注：挡土结构达到被动土压力所需的位移远大于主动土压力所需的位移。三种土压力关系：EaE0Ep,7.2静土压力计算，假设挡土墙后填土处于弹性状态，静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=K0sz=k0z，静土压力系数k0的测定：(2)可通过三轴仪试验或原位试验测定；(3)可以用经验公式估算：砂土：k0=1-sin；粘性土：k0=0.95-sin。超固结粘性土：k0=(ocr) m (1-sin)(优选m=0.4-0.5)，(4) 公路桥涵设计通用规范 (JTJ21-89):砾石、卵石0.20、砂土0.25、粉质粘土0.35、粉质粘土0.45、粘土0.55，静土压力合力：对于层状土或超载：例7-1，挡土墙作用无限均匀荷载q，土的物理力学指标=18kn/m3，sat计算：静土压力分布值和合力E0，解静土压力系数K0=1-SiN=1-SiN30=0.5。各点的静土压力值：点A:P0A=K0Q=0.520=10KPA点：P0B=K0 (QH1)=0.5 (20186)=64 KPAC点：P0C=K0(QH1 H2)=0.520186(19-9.8)4=82.4 KPA，综合静土压力为E0=(poapob) h1/2 (p0bp0c) H2/2，=0.5(1000) 组合静液压力：7.3兰金土压力理论，7.3.1基本原则和假设，(c)破坏面，(b)应力圆，(a)应力状态，(1)静态：应力圆O1，z和x是主要和次要主应力，(2)兰金活动状态：应力圆O2，z和x是大和小主应力； 滑动面之间的角度f=(45/2)。(3)朗肯被动状态：应力圆O3，z为小主应力，x为大主应力滑动面之间的角度f=(45/2 ), 7 . 3 . 2朗肯主动土压力计算，砂质粘土，基本假设：墙背直立光滑，填土面为水平基本原则：垂直应力1=z=z水平应力3=x，即pa，当偏离填土并移至AB达到主动极限平衡状态时。此时，大主应力和小主应力满足以下关系：代入3=pa和1=z:主动土压力沿深度线性分布；合力pa分布模式的面积作用点位于质心；对于砂土，合力ea作用于挡土墙底面的H/3处。对于粘性土，pa=0，合力Ea作用于挡土墙底面的(H-h0)/3处。7.3.3朗肯被动土压力计算，砂质粘性土，基本假设：挡土墙背垂直，填土面水平基本原则：垂直应力z=z最小主应力3水平应力x最大主应力1，即pp，代入1=PP，3=z极限平衡公式，被动土压力沿深度呈线性分布。7.3.4在典型的朗肯土压力下，填土表面超载：相当于在深度z处增加Q值。将z替换为(qz):(分层填土):(强度指数不同，土层界面上的土压力分布有突变。示例7-3物理和机械指数：1=18kN/m3，C1=0，1=30，2=20kN/m3，C2=0，2=35，q=20kPa。计算：(1)分布；(2)共同努力。解决方案 KA1=0.333，Ka2=0.271。主动土压力值为：点a: pa1=qka1=200.333=6.67 kpa，点b(在第一层土壤中):pa2=(1 h1q)ka1=(18620)0.333=42.6 kpa(在第二层土壤中):pa2=(1 h1q)ka2=(18620)0.271=34.7 kpa c:pa3=(1 h12 h2q)ka2=(18620)0.271=34.7 kpa土压力和水压力应按土和水的划分分别计算，然后用有效重量叠加计算土压力。对于粘性土，根据土壤和水的划分或水和土壤的划分，饱和重量sat应用于地下水位以下。例如7-4，挡墙高度H=10m，填土为砂土，墙后有地下水位。计算了：主动土压力和水压的分布和合力。解主动土压力系数，各点主动土压力的点： a:PAL=1ZKA=0B点：PA2=1H1KA=1860.333=千帕点：PA3=(1H1 H2)KA=(18694)0.333=48千帕。合力： ea=0.5366 364 0.5(48-36)4=108 144 24=276 kn/m，作用点与墙底之间的距离：c水压： pw=wh2=9.814=39.2 kpa水压合力： pw=39.24/2=78.4 kn/m作用点：H2/3=3 挡土墙离开土体或向土体推进达到极限平衡状态，滑动土楔ABC假定为砂土分析土楔ABC的静态平衡条件，主动状态为被动状态，7.4.2库仑主动土压力计算，考虑滑动土楔ABC的静态平衡：(a)土楔ABC的重力g:如果该值已知，则大小、方向和作用点位置均已知。 挡土墙对土楔的作用力Q:作用方向已知，大小未知。土壤对滑动面BC的反作用力R:作用方向已知，大小未知。内摩擦角，外摩擦角，根据滑动土楔的ABC静平衡，根据正弦定律，其中：当=/2，G=0，所以Q=0，可以看出Q随变化而变化。分析：当=Q=0时，“最大Qmax是期望的主动土压力ea”，当在(/2)和之间变化时，Q具有最大值。并将解的值代入q表达式，以获得Qmax值，进行推导，当=0(简单情况)时，Ka值可从表7-2中找到。Ea对z的导数如下：土压力沿墙高呈线性分布。7.4.3库仑被动土压力计算，(a)已知土楔作用点重力G的大小、方向和位置，(c)已知挡土墙对土楔的作用方向Q，其大小未知，(b)已知土体对滑动面BC的作用方向R，其大小未知，其根据滑动土体的静力平衡条件获得。Q值随滑动面倾角变化的最危险滑动面上的阻力为最小值(被动土压力)。为了得到Qmin、阶数、解的值，并代入Q表达式，可以得到EP到Z的导数，被动土压力沿墙高线性分布。都属于极限状态理论。7.6、关于土压力计算的一些讨论假设墙的背面是直立和光滑的。墙后填土标高；适用范围有限。朗肯理论：从土壤中极限平衡应力状态的点开始。考虑了墙背和土壤之间的摩擦力。适用于墙体后倾和