荷载与结构设计方法第3章 侧压力

1、第第3章章 侧压力侧压力 1 z =z0ap n为什么要研究土压力为什么要研究土压力 2 第第3章章 侧压力侧压力 n为什么要研究土压力为什么要研究土压力 3 第第3章章 侧压力侧压力 n为什么要研究土压力为什么要研究土压力 4 第第3章章 侧压力侧压力 n土的自重应力土的自重应力 5 第第3章章 侧压力侧压力 均匀土的自重应力均匀土的自重应力 cz在在均质均质土中土中沿沿水平面水平面均匀分布均匀分布，沿深度方向，沿深度方向 为为直线直线分布分布 cz cz线 z z a z cz=z 天然地面 任意水平面的分布任意水平面的分布沿深度的分布沿深度的分布 n土的自重应力土的自重应力 6 第第3章

2、章 侧压力侧压力 成层成层土的土的自重应力自重应力 cz沿沿深度方向为深度方向为折线折线分布分布 1h1 + 1h12h2 + 1h12h2+3h3 + 1h12h2+3h3+4h4 天然地面 h2h3h4 cz 线cz z h1 1 2 3 4 成层土自重应力分布成层土自重应力分布 n土的自重应力土的自重应力 7 第第3章章 侧压力侧压力 土层中有土层中有地下水地下水 由于由于水位以下水位以下的土层受到水的浮力作用，所以的土层受到水的浮力作用，所以 用用有效重度代替天然重度有效重度代替天然重度来进行来进行计算计算=sat- w 天然地面 cz 地下水位面 w h3+h4() 1h1 + 1h

3、12h2 + 1h12h2+3h3 + 1h12h2+3h3+4h4 h2h3h4 z h1 1 2 4 线cz 3 含含地下水地下水的土的土自重应力分布自重应力分布 n土的自重应力土的自重应力 8 第第3章章 侧压力侧压力 地下水位以下存在地下水位以下存在不透水层不透水层 水浮力只对不透水层以上有影响水浮力只对不透水层以上有影响，不透水层以不透水层以 下下各层土的自重应力等于它上面覆盖的各层土的自重应力等于它上面覆盖的水土总水土总 重重 天然地面 cz 地下水位面 wh3 1h1 + 1h1 2h2 + 1h1 2h2+3h3 + 1h1 2h2+3h3+4h4 h2h3h4 z h1 1

4、2 4 线cz 不透水层 +h3 w + 3 存在不透水层存在不透水层的土自重应力分布的土自重应力分布 n土的侧向压力土的侧向压力土体坍塌土体坍塌 9 第第3章章 侧压力侧压力 约束不住导致土体坍塌约束不住导致土体坍塌 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的工程应用挡土墙的工程应用 10 第第3章章 侧压力侧压力 挡土墙的工程应用挡土墙的工程应用 建筑工程建筑工程 水利工程水利工程 道路工程道路工程 铁路工程铁路工程 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 11 第第3章章 侧压力侧压力 挡土墙的分类挡土墙的分类 按墙体材料按墙体材料 砖石砖石 素混凝土素混凝土 钢筋混凝土钢筋混凝土

5、按结构形式按结构形式 重力式重力式 悬臂式悬臂式 锚拉式锚拉式 扶壁式扶壁式 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 12 第第3章章 侧压力侧压力 按墙体材料划分按墙体材料划分 砖石砖石素混凝土素混凝土 钢筋混凝土钢筋混凝土 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 13 第第3章章 侧压力侧压力 按按结构形式结构形式划分划分 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 14 第第3章章 侧压力侧压力 按按结构形式结构形式划分划分 n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 15 第第3章章 侧压力侧压力 按按结构形式结构形式划分划分 n土的侧向压力土的

6、侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类 16 按按结构形式结构形式划分划分 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力- -刚性挡土墙刚性挡土墙 17 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力- -刚性挡土墙刚性挡土墙 18 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力- -柔性挡土墙柔性挡土墙 19 锚杆锚杆 板桩板桩 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力- -柔性挡土墙柔性挡土墙 20 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力定义定义 21 第第3章章 侧压力侧压力 土的侧向压力一般简称为土压力，它是墙后填土土的侧向压力一般简称为土压力，

7、它是墙后填土 的的自重自重或或填土表面的荷载填土表面的荷载对墙背产生的侧向压力对墙背产生的侧向压力 n土的侧向压力土的侧向压力影响因素影响因素 22 第第3章章 侧压力侧压力 影响土压力大小及分布的因素影响土压力大小及分布的因素 墙身的位移情况墙身的位移情况 度度及结构及结构形式形式 墙体材料、高墙体材料、高 墙后填土的性质墙后填土的性质 墙和地基之间的摩擦特性墙和地基之间的摩擦特性 n土的侧向压力土的侧向压力分类分类 23 第第3章章 侧压力侧压力 分类原则分类原则 挡土墙的移动情况挡土墙的移动情况 墙后土体的应力状态墙后土体的应力状态 静止土压力静止土压力 主动土压力主动土压力 被动土压力

8、被动土压力 分类结果分类结果 n土的侧向压力土的侧向压力分类分类 24 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力 25 第第3章章 侧压力侧压力 地下室外墙地下室外墙 受到楼板的支撑作用，可以认为在土压力作用下受到楼板的支撑作用，可以认为在土压力作用下 不产生位移不产生位移 计算地下室外墙计算地下室外墙 时采用静止土压时采用静止土压 力力 n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力 26 第第3章章 侧压力侧压力 恒祥首府恒祥首府 因在此楼地下因在此楼地下 室设置地铁站室设置地铁站 出口出口 需进行加固改需进行加固改 造造 n土的侧向压力土的侧向压力静止土压

9、力静止土压力 27 第第3章章 侧压力侧压力 地下二层剪力墙开洞地下二层剪力墙开洞 n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力 28 第第3章章 侧压力侧压力 地下二层地下二层地下一层新增楼梯一部地下一层新增楼梯一部 地下一层顶楼板开洞地下一层顶楼板开洞 n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力 29 第第3章章 侧压力侧压力 一般楼板开洞只一般楼板开洞只 需设置边梁即可需设置边梁即可 此楼板不仅承受此楼板不仅承受 竖向力，同时是竖向力，同时是 挡土墙的支撑挡土墙的支撑 楼板开洞后需设楼板开洞后需设 置卧梁来抵抗挡置卧梁来抵抗挡 土墙后的土压力土墙后的土压力 n土的侧向压力土的侧向压

10、力主动土压力主动土压力 30 第第3章章 侧压力侧压力 重力式挡土墙重力式挡土墙破坏时墙体移动破坏时墙体移动 深基坑支护深基坑支护 验算支撑间的挡土墙承载力验算支撑间的挡土墙承载力E0 验算挡土墙的整体倾覆验算挡土墙的整体倾覆Ea n土的侧向压力土的侧向压力被动土压力被动土压力 31 第第3章章 侧压力侧压力 拱桥桥台拱桥桥台 什么情况下要采用被动土压力什么情况下要采用被动土压力 来进行设计？来进行设计？ 相同截面的梁和拱，哪一个结构能够承担更大相同截面的梁和拱，哪一个结构能够承担更大 的竖向荷载？为什么？的竖向荷载？为什么？ n土的侧向压力土的侧向压力土压力的大小关系土压力的大小关系 32

11、第第3章章 侧压力侧压力 EaE0Ep n土的侧向压力土的侧向压力种类的判别方式种类的判别方式 33 第第3章章 侧压力侧压力 n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论） 34 第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度与正应力之间的关系抗剪强度与正应力之间的关系 或 n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论） 35 第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度与正应力之间的关系抗剪强度与正应力之间的关系 n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论） 36 第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度包络线抗剪强度包

12、络线 抗剪强度包络线 土体完好 土体破坏 = 0时，时， = c 随着正应力的增加，随着正应力的增加， 土的抗剪强度线性土的抗剪强度线性 提高提高 包络线下方的区域包络线下方的区域 表示土体完好；包表示土体完好；包 络线上方的区域表络线上方的区域表 示土体已破坏示土体已破坏 n土的侧向压力土的侧向压力墙后土体应力状态墙后土体应力状态 37 第第3章章 侧压力侧压力 朗金土压力理论的基本原理朗金土压力理论的基本原理（弹性静止状态弹性静止状态） 的基本假定的基本假定 土体为半空间弹性体；墙背竖直光滑；土体为半空间弹性体；墙背竖直光滑； 填土面水平填土面水平 z =z z x=K0zK0z Z n土

13、的侧向压力土的侧向压力墙后土体应力状态墙后土体应力状态 38 第第3章章 侧压力侧压力 三三种应力状态种应力状态：弹性静止状态、塑性主动状态弹性静止状态、塑性主动状态 和塑性被动状态和塑性被动状态 z =z0ap 摩尔应力圆摩尔应力圆原理原理 n土的侧向压力土的侧向压力应力圆与微元体应力圆与微元体 39 第第3章章 侧压力侧压力 z =z0ap 摩尔应力圆摩尔应力圆原理原理 应力圆上一个应力圆上一个点点代表微元体的一个代表微元体的一个面面，点点的的 坐标坐标分别为所分析平面上的分别为所分析平面上的正应力正应力和和剪应力剪应力。 应力圆上的两点之间的应力圆上的两点之间的夹角夹角是微元体两个相是微

14、元体两个相 应的面之间的夹角的应的面之间的夹角的2倍倍。 n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 40 第第3章章 侧压力侧压力 静止土压力静止土压力 深度深度Z处的静止土压力强度为处的静止土压力强度为0=K0z H K0H Z z K0z n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 41 第第3章章 侧压力侧压力 静止土压力静止土压力 与深度成正比，沿墙高呈三角形分布与深度成正比，沿墙高呈三角形分布 0 2 0 2 1 KHE H E0 K0H H/3 n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 42 第第3章章 侧压力侧压力 主动土压力主动土压力 无无黏黏性性土

15、土: 主动土压力强度主动土压力强度 a=zKa 主动土压力主动土压力: 2 aa 1 2 EH K Z0 (H-Z0) KaH -2c Ka KaH n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 43 第第3章章 侧压力侧压力 主动土压力主动土压力 黏黏性性土土: 主动土压力强度主动土压力强度： 临界深度临界深度： 主动土压力主动土压力: aaa 2KczK a 0 2 K c z 2 2 aaa 12 2c 2 c EH KHK Z0 (H-Z0) KaH -2c Ka n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 44 第第3章章 侧压力侧压力 被被动土压力动土压力 无无黏黏性

16、性土土: 被被动土压力强度动土压力强度 p=zKp 被被动土压力动土压力: 2 pp 1 2 EH K KpH KpH+ Kp Kp n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算 45 第第3章章 侧压力侧压力 被被动土压力动土压力 黏黏性性土土: 被被动土压力强度动土压力强度： 被被动土压力动土压力: ppp 2zKc K ppp 1 2 2 EHc KHK（） KpH+ Kp Kp n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算 46 第第3章章 侧压力侧压力 (1)成层土体中成层土体中的土压力计算的土压力计算 两种思路：两种思路： 先求竖向压力，再乘以相应土

17、层主动土压力先求竖向压力，再乘以相应土层主动土压力 系数；（推荐方法）系数；（推荐方法） 把第把第1层土换算成第层土换算成第2层土的高度和密度。层土的高度和密度。 计算哪层土用哪层土的参数。计算哪层土用哪层土的参数。 n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算 47 第第3章章 侧压力侧压力 (1)成层土体中的土压力计算成层土体中的土压力计算 第第1层土：层土： 上表面：上表面： 下表面：下表面： 第第2层土：层土： 上表面：上表面： 下表面：下表面： 110 2 aa Kc 0 1 2 h1h2 111111 2 aaa KcKh 22211 1 2 aaa Kc

18、Kh 22222112 2)( aaa KcKhh n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算 48 第第3章章 侧压力侧压力 (2) 土体表面受连续均布荷载土体表面受连续均布荷载 第一种思路：先求竖向应力，再第一种思路：先求竖向应力，再乘以乘以系数系数 q Ka(q+H) qKa H Hh q qKa Ka(h+H) 无无黏黏性性土土： 黏黏性性土土： )( aa qzK aaa 2)(KcqzK n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算 49 第第3章章 侧压力侧压力 (2) 土体表面受连续均布荷载土体表面受连续均布荷载 第第二二种思路：种思路：用假想的土层代替均布荷载用假想的土层代替均布荷载 假想土层厚度为假想土层厚度为： h=q/ 填土总高度填土总高度为：为： h+H 挡土墙底面的土挡土墙底面的土 压力为压力为： （h+H）Ka q Ka(q+H) qKa H Hh q qKa Ka(h+H) n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力