第七讲-土压力计算..ppt

1、浙江工业大学建筑工程学院,第七章 土压力计算,主讲：胡敏云 建筑工程学院,浙江工业大学建筑工程学院,本章提要 学习难点,第七章： 土压力计算,土压力的类型及发生的条件？ 朗肯土压力理论？ 库仑土压力理论？ 两种土压力理论的联系与应用？ 主动土压力和被动土压力发生的条件 特殊条件下土压力的计算,浙江工业大学建筑工程学院,概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 关于土压力计算的讨论 填埋式结构物上的土压力,第七章： 土压力计算,浙江工业大学建筑工程学院,挡土结构物(挡土墙) 用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。 挡土结构物上的

2、土压力 由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。,概 述,浙江工业大学建筑工程学院,挡土墙的几种类型,粮食仓库,味精瓶,苹果箱,浙江工业大学建筑工程学院,刚性挡土墙：本身变形极小，只能发生整体位移,浙江工业大学建筑工程学院,刚性挡土墙的位移及土压力分布,浙江工业大学建筑工程学院,柔性挡土墙：本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂,板桩变形,浙江工业大学建筑工程学院,临时支撑系统的位移及土压力分布,临时支撑：土压力分布受施工过程和变位条件的影响,浙江工业大学建筑工程学院,刚性挡土墙 土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据 本章要

3、讨论的中心问题 刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点,提 要,浙江工业大学建筑工程学院,墙体位移与土压力类型,浙江工业大学建筑工程学院,浙江工业大学建筑工程学院,墙体位移与土压力类型,E,静止土压力 E0,主动土压力 Ea,被动土压力 Ep,挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,浙江工业大学建筑工程学院,概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 关于土压力计算的讨论 填埋式结构物上的土压力,第七章： 土压力计算,浙江工业大学建筑工程学院,静止土压力计算,静止土压力 墙体不发生任何位移,墙体和土体的 = 0相当于天

4、然地基土的应力状态（侧限状态） K0 应力状态,地下室,浙江工业大学建筑工程学院,sv,sv,sh,p0=sh,z,K0: 静止土压力系数,对于砂土、正常固结粘土： 对超固结土：,对于侧限应力状态，理论上：K0=/(1- ) 由于土的 很难确定，K0 常用经验公式计算,浙江工业大学建筑工程学院,静止土压力计算,z,E0,总静止土压力,如果墙后填土中存在地下水，如何计算？,浙江工业大学建筑工程学院,概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 关于土压力计算的讨论 填埋式结构物上的土压力,第七章： 土压力计算,浙江工业大学建筑工程学院,朗肯土压力理论(1857),1. 朗肯极限平衡应力状

5、态,自重应力作用下，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情况。,3f,v=z,K0v,主动极限平衡应力状态,45+f/2,从半空间无限土体的应力状态分析及土单元极限平衡条件入手,浙江工业大学建筑工程学院,1f,v=z,K0v,被动极限平衡应力状态,s1,s3,s3,s1,45-f/2,浙江工业大学建筑工程学院,2 . 朗肯土压力计算,假定： 墙背垂直光滑 墙后填土表面水平,sv、 sh为主应力 且 sv = z,直接计算内容是土压力强度,浙江工业大学建筑工程学院,朗肯主动土压力计算 填土为无粘性土（砂土）,s1,45+f/2,竖向应力为大主应力,水平向应力为小主应力,无粘性

6、土的极限平衡条件,主动土压力强度,pa=s3,浙江工业大学建筑工程学院,主动土压力强度,朗肯主动土压力系数,总主动土压力,朗肯主动土压力计算 填土为无粘性土（砂土）,浙江工业大学建筑工程学院,竖向应力为大主应力,水平向应力为小主应力,粘性土的极限平衡条件,主动土压力强度,朗肯主动土压力计算 填土为粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,主动土压力强度,朗肯主动土压力系数,负号,zz0,zz0,朗肯主动土压力计算 填土为粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,Ea,总主动土压力,朗肯主动土压力计算 填土为粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,朗肯被动土压力计算 填土为无粘性土（砂土）,竖向应力为小主应力,水平向

7、应力为大主应力,无粘性土的极限平衡条件,被动土压力强度,pp=s1,s3,浙江工业大学建筑工程学院,被动土压力强度,朗肯被动土压力系数,总被动土压力,朗肯被动土压力计算 填土为无粘性土（砂土）,浙江工业大学建筑工程学院,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,粘性土的极限平衡条件,被动土压力强度,朗肯被动土压力计算 填土为粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,被动土压力强度,朗肯被动土压力系数,正号,Ep,总被动土压力,朗肯被动土压力计算 填土为粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,朗肯土压力理论小结,墙背垂直光滑 主动和被动 极限平衡条件 砂土和粘性土,1f,v=z,K0v,s1,s3,45-f/

8、2,45+f/2,3f,s1,s3,浙江工业大学建筑工程学院,粘性土的主动土压力,Ea,不支护直立开挖的最大深度,粘性土的被动土压力,梯形分布,浙江工业大学建筑工程学院,主动土压力系数,被动土压力系数,静止土压力系数,浙江工业大学建筑工程学院,总土压力： 单位长度挡土墙上土压力 单位：kN/m，大小、方向、作用点,土压力强度： 单位面积上的土压力 单位：kN/m2,几个概念,每延米,E,p,浙江工业大学建筑工程学院,概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 关于土压力计算的讨论 填埋式结构物上的土压力,第七章： 土压力计算,浙江工业大学建筑工程学院,库仑土压力理论(1776年),原

9、理: 墙后土体处于极限平衡状态时形成一滑动破坏面，通过分析滑动土体的静力平衡条件计算作用于挡土墙上的土压力 计算内容：土压力合力（单位长度挡土墙）,浙江工业大学建筑工程学院,墙背倾斜，具有倾角 墙背粗糙，与填土摩擦角为 填土表面有倾角,适用于：,平面滑裂面假设：滑裂面为平面,假设条件：,刚体滑动假设：破坏土楔为刚体， 滑动楔体整体处于极限平衡状态,墙后填土：理想散体材料（无粘性土，c=0）,浙江工业大学建筑工程学院,无粘性土的主动土压力,W,E,R,W,R,E,- ,=90-, 、E,浙江工业大学建筑工程学院,E,Ea,库仑主动土压力系数,Ea,特例：=0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时，与朗

10、肯理论等价,土压力分布：三角形分布,浙江工业大学建筑工程学院,无粘性土的被动土压力,W,R,E, + ,=90+-, 、E,浙江工业大学建筑工程学院,Ep,库仑被动土压力系数,土压力分布：三角形分布,浙江工业大学建筑工程学院,概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 关于土压力计算的讨论 填埋式结构物上的土压力,第七章： 土压力计算,两种土压力理论的比较； 几种特殊条件下的朗肯土压力； 几种特殊条件下的库仑土压力;,浙江工业大学建筑工程学院,两种土压力理论的比较,1. 分析方法,极限平衡状态,浙江工业大学建筑工程学院,2. 应用条件,浙江工业大学建筑工程学院,3. 计算误差,朗肯土

11、压力理论,实际0,主动土压力 偏大,被动土压力 偏小,浙江工业大学建筑工程学院,3. 计算误差,库仑土压力理论,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,滑动面,滑动面,主动土压力搜索得到的不一定是最大值,被动土压力搜索得到的不一定是最小值,浙江工业大学建筑工程学院,计算误差,与精确解的比较,浙江工业大学建筑工程学院,计算误差,与精确解的比较,浙江工业大学建筑工程学院,计算误差,结论,如果 =0，滑裂面是直线，三种理论计算Ka, Kp相同 如果 0 Ka 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，

12、土压力计算是比较复杂的。,工程中使用被动土压力较少。因为所需相对位移太大,P247-249,浙江工业大学建筑工程学院,1 填土上有荷载,s1,45+f/2,pa=3f,v=z+q,K0v,z,pa=s3,q,几种特殊条件下的朗肯土压力,浙江工业大学建筑工程学院,局部荷载,浙江工业大学建筑工程学院,2 成层填土情况,g1 f1 c1,g2 f2 c2,H1,H2,浙江工业大学建筑工程学院,f2 f1,f2 f1,c1= c2=0 时,g2 f2,H1,H2,g1 f1,f1 = f2 时,g2 g1,g2 g1,g1 = g2 时,浙江工业大学建筑工程学院,c1 = 0 c2 0,c1 0 c2 = 0,c1、 c2不为0 时,g1 = g2 f2 = f1 时,浙江工业大学建筑工程学院,3 填土中有水水土分算,水下部分用浮容重,土压力,土压力,水压力,静水情况,水压力,浙江工业大学建筑工程学院,土压力,竖向应力,填土中有水水土合算,水土合算的方法适用于地下水位以下的粘性土,浙江工业大学建筑工程学院,几种特殊条件下的库仑土压力,浙江工业大学建筑工程学院,局部荷载,W,E,R,q,W,R,Ea,Ea,Q,浙江工业大学建筑工程学院,2