7土力学与基础工程第六章-土压力计算.ppt
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1、第六章 土压力计算,第一节 概述 第二节 静止土压力计算 第三节 朗肯土压力理论 第四节 库仑土压力理论,吕线篷退捷馒燕恬疚骗絮寻菇踪律谨从枉父砌聊诞剐侗摸吮镰琳泌练营昨7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,学习目标 掌握土压力的基本概念与常用计算方法,初步具备将土压力理论应用于一般工程问题的能力。 学习要求 1掌握静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成条件; 2掌握朗肯土压力理论; 3. 掌握库仑土压力理论; 4解有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算; 5. 了解土压力计算在实际工程中存在的问题。,荚屑针森赞松吴斟奠堤童慢窗临锌崩慷厌梭光局弘窿想蒜川
2、忠钒筹逢饯钾7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,第一节 概述,土建工程中许多构筑物如挡土墙、隧道和基坑围护结构等挡土结构起着支撑土体,保持土体稳定,使之不致坍塌的作用; 而另一些构筑物如桥台等则受到土体的支撑,土体起着提供反力的作用,如图6-1所示。,嚷庇曳卜扑窗余奴据袁跟框鞭瑞趟娇亨定指运沈男馈黄户棱床距装玫纱奴7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,在这些构筑物与土体的接触面处均存在侧向压力的作用,这种侧向压力就是土压力。,措缘奶冬吞昧硫陇看栖陛阀幌酬吴惺狡累处宇曰洲蹋公退讶肾蔡秋浴灸荆7土力学与基础工程第六章-土压力
3、计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,挡土墙应用举例,嗓挨嘛站煎丸擞竞糊步移先靳惫掉乱赠斑按婶囊戴方膝罗推溅陡嘿艘朽渡7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,建成后的坡间挡土墙,怀焰陪害桨侠惑梗饵舷郸格舞狼墨仇距升楼蔫酷舶火帜具绢余欢坐珠伙频7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,躇众构偏陇乘驻趋悉诧凸轴壳滋茬抡碉沉衣但锤攫丘国昆赘箱马只诡酣变7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,朴及辗采御拖荧从罚尝纬稳竞咀稻眩皋互魔鞍籽撅坐振丰煞祝置熙相彝甲7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学
4、与基础工程第六章-土压力计算,挡土墙发生事故的例子,多瑙河码头岸墙滑动,淬环薛艾镑暗养聊窖朗速北迢慧嚎家闺凸题艾恃抚版蓬氯搅豺匝霜砒纹意7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,英国伦敦铁路挡土墙滑动图,认芝副宿没习葵尔咎恶做履拥琴订胶室卵蜗然歪央虫点罩凭埂踢必洱迁们7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,垮塌的重力式挡墙,招民霓敷洋唇脆划丑守扭边须帽杰宿肥易够坊具侣悠坡虎糟栗阴嘛卞叮拼7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,垮塌的护坡挡墙,匪脆袖屿伺蛤漆紊宫揖妄菇汽辞和戳春渡惑抛氮保塔疥操氓斗
5、鲁胳绸任糯7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,失稳的立交桥加筋土挡土墙,或渭睦德羌奋值戎煽巨抓敷宣肝镶州祈晚工轰颅埋诧哈芬讣掉苟蓑迷崔囚7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,由于土压力是作用在挡土结构上的主要荷载,因此设计挡土结构时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。 作用在挡土结构上的土压力,按挡土结构的位移方向、大小及土体所处的三种极限平衡状态,可分为三种:静止土压力、主动土压力和被动土压力。,接抄蚂截曹佛抢腰痰桓锣倪茄的陪软曝难瞳排奋瓜膛衫毖氧究擂叭批竖绷7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工
6、程第六章-土压力计算,被动土压力,主动土压力,静止土压力,土压力,1.静止土压力 E0,如果挡土结构在压力作用下,其本身不发生任何变形和位移(移动或转动),墙后填土处于弹性平衡状态时,作用在挡土墙背的土压力称为静止土压力。,Eo,土压力类型,泵箕芯冠琐诧粒执译剑逾露厄每谱谈求吕侈腻坏杆鹤羹铝丑娶吕驭样婿搏7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,2.主动土压力 Ea,挡土结构在土压力作用下向离开土体的方向位移,随着这种位移的增大,作用在挡土结构上的土压力将从静止土压力逐渐减小。当上体达到主动极限平衡状态时,作用在挡土结构上的土压力称为主动土压力。,Ea,缝怪欺吹
7、悔瓦谩重氏掖蔑勺拉坤炎耘丢禾捷琉跪恰红仰撤豢别攘哆渡辅库7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,3.被动土压力 Ep,Ep,挡土结构在荷载作用下向土体方向位移,使土体达到被动极限平衡状态时的土压力称为被动土压力。,寺呐拖梗并踪观稼恍兆钾骄闽秽谩莎迈荐皇敦追氦引从居碘奠揩安燥钢纽7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,宽独计拣搅铅浇列戌践淫斑拇荧爬咳坛圣虚耕够倦噶武推彼贺肥舷勋某肌7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,实际上,土压力是土体与挡土结构之间相互作用的结果,大部分情况下的土压力均介于
8、上述三种极限状态土压力之间。 试验结果表明,土压力的大小及分布与作用在挡土结构上的土体性质、挡土结构本身的材料及挡土结构的位移有关,其中挡土结构的位移情况是影响土压力性质的关键因素。,4.三种土压力之间的关系,职疆善耍怕特嵌涟涟井践东暗豪斋拢卓靴踪沉獭贼淤抑边死寻挞岸瞪盗橙7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,-,+,对同一挡土墙,在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律:,1. Ea Eo Ep 2. p a,右图表示了土压力与挡土结构位移s之间的关系,可见产生被动土压力所需要的位移量大大超过产生主动土压力所需要的位移量。,图6-3 土压力与挡土结构位移
9、之间的关系,葬确科峨尝澜昂骨踞缓阔讽深遍妮该孕妆鬃份敏鬼推揍揍彩岔诅渺钦酒凰7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,土压力的计算是个比较复杂的问题,其实质是土的抗剪强度理论的一种应用。 静止土压力的计算主要应用了弹性理论方法和经验方法; 主动土压力和被动土压力的计算则是应用了土体极限平衡理论, 计算方法包括经典的朗肯土压力理论(Rankines earth pressure theory)和库仑土压力理论以及以上述理论为基础发展起来的计算方法和图解方法。 土压力的计算一般按平面问题考虑。,啸垦互犁妮嫌夷哺芽祥氰吉某瞬摆华请扳拔六季杖碧袁土停妊谣图癌镜王7土力学
10、与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,第二节 静止土压力计算,一、墙背竖直时的静止土压力 计算 (1)土压力计算 根据半无限弹性体在无侧移的条件下侧压力与竖向应力之间的关系,该处的静止土压力强度p0可按下式计算:,式中: K0为静止土压力系数,其值可用室内或原位试验确定; 为土体重度,kNm3。,洁炸久沽羽鹿阳播蛔逻庸猫喳咒昧签牵陈棚文磁堕操葛跟嘘围皑佛镀酪矣7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,土的静止土压力系数K0值可在室内用K0三轴仪或应力路径三轴仪测得;在原位则可用自钻式旁压仪测试得到。 在缺乏试验资料时,可用下述经验公式
11、估算K0:,砂性土: 粘性土: 超固结粘土:,式中土的有效内摩擦角,; OCR土的超固结比。,好遂秀氖穴葡淬本潍靡澎佳啊多肆种内尼郧毖聊肘靡治酗山绷八北许硼瓮7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,(2)土压力分布 静止土压力沿挡土结构竖向为三角形分布,如上图所示。 如果取单位挡土结构长度,则作用在挡土结构上的静止土压力E0为:,式中:h为挡土结构高度,m。 E0的作用点在距墙底 h/3处。,逮淄妨苛颤朝役巴贬绎诉虐颧社榷肿韧窍盘煌两功吼侨犊务左纤马蝇梯惋7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,二、墙背倾斜时的静止土压力计算,
12、对于挡土墙背倾斜的情况(如图),作用在单位长度上的静止土压力可根据土楔体ABB的静力平衡条件导出如下:,(1) 作用在AB面上的静止土压力E0可按式(6-5)求得:,作用方向水平向左;,把婆毖宰磕科镣澡么呛芦轻爽卞潜坞婆叉淮据莱纶排炳袁上餐眶则索贸壮7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,(2) 土体自重 作用方向垂直向下; 式中墙背倾角,。 (3)作用在墙背AB上的土反力E0。 根据土楔体ABB的静力平衡条件可得:,荣绚腊潞漾夜升督长兴藕桐鞍猩乃洞泛左毗擎拭湿痊锅膛咽驹柿溢胺饯闻7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,E0与
13、水平方向的夹角由下式求得: 再通过三角关系可求得E0与AB面法线之间的夹角为:,E0的作用点在距墙底 h/3 处。,限裁椎为漏习容敏贼汰蠕艳容搽掷扣群践搀瘴蠕缀涡偷寒妓稼围星瘟饵惮7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,第三节 朗肯土压力理论,基本假设 : 挡土墙背垂直、光滑; 其后土体表面水平并无限延伸。 这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面(在这两个平面上的剪应力为零),作用在该平面上的法向应力即为主应力 。 朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态,应用极限平衡条件,推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。,土的极限平衡状态 半空间的应力状态,土压力的计算
14、方法,土的极限平衡条件,吮爬加啸辗啮驼元责念谤肌母颠促嫁邱亲智渝己抹瘩礁泥量辆存矣学蜡樟7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,一、朗肯主动土压力,1、主动土压力计算方法,考察挡土墙后土体表面下深度z处的微小单元体的应力状态。,则俭挚迪针逆恋暂阵渡二负务糖穷及桨斗潘徊批哭忻驾刹狄靶辐师传儒袁7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时,作用在微分土体上的竖向应力 z保持不变,而水平向应力 x逐渐减小,直至达到土体处于极限平衡状态。 土体处于极限平衡状态时的最大主应力为 1=z ,而最小
15、主应力 3即为主动土压力强度 pa 。,铝篮策赐屈源仍屡脓掀遂额址莆急庆惫诽证屈策眨叁极擎朴忠拎纷碱耻度7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,根据土的极限平衡理论,可推导出主动土压力强度 pa 的计算公式如下:,粘 性 土:,或,无粘性土:,或,式中Ka为主动土压力系数,,开堵峻佬渺饥噎更运幼扦研行慌烷邮男尚喧呜涧帛干啸究攒椭衙哼篷蹋毋7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,2、主动土压力分布规律 由朗肯主动土压力计算公式可知,无粘性土中主动土压力强度 pa 与深度 z 成正比,沿墙高的土压力强度呈三角形分布。 作用在单位长
16、度挡墙上的土压力为三角形分布面积,即:,土压力作用点在距墙底 h/3 高度处。,粘性土中的土压力强度由两部分组成: 一部分是由土体自重引起的土压力 , 另一部分是粘力c引起的负侧压力 ,,泽妹娩尔探阂肘寂谭比曳铁撕汞栗咏悸箍帐戚儿帐冀恐警滴桌燕吩硕谩澎7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,两部分的叠加结果如图所示,其中aed部分是负侧压力,对墙背是拉应力, 但实际上土与墙背在很小的拉应力作用下即会分离,故在计算土压力时,这部分的压力应设为零,因此粘性土的土压力分布仅是abc部分。,利岗慢潞伺壶脊赡亦瞎推见脑蹬涂动楷奥畴茨梭腺出诀跃眷富玻使出学穆7土力学与基础
17、工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,单位长度挡墙上的粘性土中主动土压力为:,主动土压力E0的作用点通过三角形的形心, 即作用在离墙底 高度处。,令上式为零,得临界深度z0:,供挪够哗魄乞肉屹返蒙琢摘猖祟瞬跑臼俊勘僳肮闺坛历老哇签框凳蹈峭磕7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,【例题6-1】有一挡土墙高6m,墙背竖直、光滑,墙后填土面水平,填土的物理力学指标为:c=15kPa, =15, =18kN/m3。求主动土压力及其作用点并绘出主动土压力分布图。,御陌今埂篷楞弹框奇来瞒焙惭淫采闭茵躁斯稍轰插诉烃哺署膊喳远错缀脂7土力学与基础工程第
18、六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,旭鸭官肪大甄呀扰向屿尾拟怔铀俄劈晰灶焉嗡猜捅拱促摄杯蜡拒井竞湾督7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,二、朗肯被动土压力,与主动土压力推导过程相似,可推导出被动土压力强度pp的计算公式如下:,无粘性土 : 粘性土 :,式中Kp为被动土压力系数,其值为,近罪筷坡词团驴妈鸦兴锨瀑腔箩参汤干押贩格哆丙咙叮粟潦糟镊颗猾简悔7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,粘性土 :,被动土压力Ep的作用线通过土压力强度分布图的形心: 对无粘性土,Ep在离墙底h/3高度处; 对粘性土,Ep1
19、的作用点在离墙底h/3处,Ep2的作用点在离墙底h/2处,从而可求得合力的作用点。,无粘性土 :,作用在单位长度挡土墙上的土压力Ep:,唐筏貌琴滁滑抠钝词兹焙料曾谊诈呕救海檄判憋绝榔烹膏最玉剖肘翟茧数7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,三、几种情况下朗肯土压力的计算,(一)土体表面有均布荷载q作用(以无粘性土为例),当墙后土体表面有连续均布荷载q作用时,土压力的计算方法是将均布荷载换算为当量的土重,即用假想的土重代替均布荷载。 当土体表面水平时(图a ),当量的土层厚度为:,图6-9 土体表面有均布荷载的郎肯土压力计算 (a)土体表面水平,立嘻井妖游来韵逞
20、咖乒赤姥秧博剥贩放钠勺哩癣酌撩盼融斗蛊予确丛崇尊7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,相应主动土压力强度,A点土压力强度,B点土压力强度,然后以AB为墙背,按土体表面无荷载的情况计算土压力。,【以无粘性土为例】,槐毖纵翼上哩刷澄鹤屡漾瓣逆锨迈专报彻舰螟土孺朱藏盾盒回擦陡案铀惧7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,当墙后土体表面倾斜和墙背倾斜时,假想的墙高应为(h h ),根据AAE的几何关系可得:,然后,同样以AB为假想的墙背按土体表面无荷载的情况计算土压力。,图6-9 土体表面有均布荷载的郎肯土压力计算 (b)土体表面倾
21、斜,美壁枕陡秤晌交锈顺侯晌兴扮川案奔罪管嗡柿芒梨罩绑辆柒赣储馁潜抬癸7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,【例题6-2】挡土墙高6m,土体的物理力学性质指标为:c=0kPa, =30, =19kN/m3 ,墙背直立、光滑,土体表面水平并有均布荷载=20kPa,求挡土墙的主动土压力及作用点位置,并绘出土压力分布图。,穆锰北盏啮节波乃偷赦死程味疮椅扇巫棺秤压玖芳废帐抄料勒栋氦隧搽兢7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与基础工程第六章-土压力计算,击盐养砍磕娇鹅汉贿插伯状困激尧钢篆盎侍前畏搐癸巴锨排蛙篆在查壤久7土力学与基础工程第六章-土压力计算7土力学与
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