擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力ppt課件

1、第七章第七章 土壓力計算實際土壓力計算實際內(nèi)容提要內(nèi)容提要l概 述l靜止土壓力計算l朗肯土壓力實際l庫侖土壓力實際l特殊情況下的土壓力計算第第1節(jié)節(jié) 概述概述l在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土構(gòu)造物擋土墻是一種常見的建筑物。l擋土構(gòu)造物的作用是用來擋住墻后的填土并接受來自填土的壓力。l土體作用在擋土構(gòu)造物上的壓力稱為土壓力l本章的義務(wù)是討論土壓力的大小和分布規(guī)律確實定方法。l 貯藏粒狀資料的擋墻 l位移對土壓力的影響及三種土壓力自動被動v擋土墻不向任何方向發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動時，墻后土體處于彈性平衡形狀，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。v擋墻沿墻趾向分開填土方向轉(zhuǎn)動或平行挪動，且位移到

2、達一定量時，墻后土體到達自動極限平衡形狀，填土中開場出現(xiàn)滑動面 ，這時擋土墻上的土壓力稱為自動土壓力。v擋墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)動或平行挪動時，土壓力逐漸增大，當位移到達一定量時，潛在滑動面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度，墻后土體到達被動極限平衡形狀，填土內(nèi)開場出現(xiàn)滑動面 ，這時作用在擋土墻上的土壓力添加至最大，稱為被動土壓力。vl小結(jié)：l1、擋土墻所受的土壓力類型首先取決于墻體能否發(fā)生位移以及位移的方向。l2、墻所受土壓力的大小并非恒定不變，而是隨著墻體位移量的變化而變化。l3、產(chǎn)生自動土壓力所需的墻體位移量很小，而產(chǎn)生被動土壓力那么需求較大的墻體位移量。l4、在一樣墻高和填土條件下，a

3、pEEE0土壓力的計算方法土壓力的計算方法l靜止土壓力靜止土壓力E0屬于彈性形狀土壓力，可用彈屬于彈性形狀土壓力，可用彈性實際計算；自動土壓力性實際計算；自動土壓力Ea和被動土壓力和被動土壓力Ep那么屬于極限平衡形狀的土壓力，目前對這兩那么屬于極限平衡形狀的土壓力，目前對這兩種土壓力的計算仍是以抗剪強度實際和極限平種土壓力的計算仍是以抗剪強度實際和極限平衡實際為根底的古典土壓力實際，即朗肯土壓衡實際為根底的古典土壓力實際，即朗肯土壓力力Rankine和庫侖土壓力和庫侖土壓力Coulomb實際。實際。第第2節(jié)節(jié) 靜止土壓力計算靜止土壓力計算l靜止土壓力只發(fā)生在擋土墻為剛性，墻體不發(fā)生任何位移的情

4、況，實踐工程中，作用在深根底側(cè)墻或者U形橋臺上土壓力，可近似看作靜止土壓力。l按照程度向自重應(yīng)力的計算公式確定。l假設(shè)墻后填土為均勻體，那么單位面積上靜止土壓力為zKp00l成層土和填土外表有無限均布荷載的情況)(00qhKpiil假設(shè)墻后填土中有地下水，那么計算靜止土壓力時，水中土的重度應(yīng)取浮重度l墻背傾斜的情況l對于墻背傾斜情況，作用在單位長度上的靜止土壓力 E0為 和土楔體ABB 自重的合力E0E0BBW0W0E0E0hh/3Al靜止土壓力計算的關(guān)鍵是靜止側(cè)壓力系數(shù)確實定。K0可由室內(nèi)的或現(xiàn)場的靜止側(cè)壓力實驗來測定。l對于砂，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來確定l正常固結(jié)的粘土l超固結(jié)土sin95.

5、 00K)sin1 (5 . 00 OCRK第第3節(jié)節(jié) 朗肯土壓力實際朗肯土壓力實際1857年英國學(xué)者朗肯Rankine從研討彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力形狀，根據(jù)土的極限平衡實際，得出計算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。一、根本原理和根本假設(shè)根本原理：以為墻后填土到達極限平衡形狀時，與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡形狀，然后根據(jù)土單元體處于極限平衡形狀時應(yīng)力所滿足的條件來建立土壓力的計算公式。根本假設(shè)：1、墻本身是剛性的，不思索墻身的變形；2、墻后填土延伸到無限遠處，填土外表程度=0；3、墻背垂直光滑。AO自動形狀自動形狀xmin=pax=K0z=p0zxmax=pp被動形狀被動形狀外表程度的均

6、質(zhì)彈性半空間體的極限平衡形狀圖z=z=z zxxK0K0z zzf=0papaKaKaz zppppKpKpz z添加添加減小減小45o-45o- / / 2 245o45o / / 2 2大主應(yīng)力方向大主應(yīng)力方向自動自動伸展伸展被動被動緊縮緊縮小主應(yīng)力方向小主應(yīng)力方向papapppp f zK0z f =c+ tan 土體處于土體處于彈性平衡彈性平衡形狀形狀自動極限自動極限平衡形狀平衡形狀被動極限被動極限平衡形狀平衡形狀程度方向均勻緊縮程度方向均勻緊縮伸展伸展緊縮緊縮自動朗自動朗肯形狀肯形狀被動朗被動朗肯形狀肯形狀程度方向均勻伸展程度方向均勻伸展處于自動朗肯形狀，處于自動朗肯形狀，11方向豎

7、直，剪切方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為破壞面與豎直面夾角為45o-45o-/2/245o-45o-/2/245o45o/2/2處于被動朗肯形狀，處于被動朗肯形狀，33方向豎直，剪切方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為破壞面與豎直面夾角為45o45o/2/2l二、自動土壓力二、自動土壓力45o45o/2/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生分開土體的位移，豎向應(yīng)生分開土體的位移，豎向應(yīng)力堅持不變，程度應(yīng)力逐漸力堅持不變，程度應(yīng)力逐漸減小，位移增大到減小，位移增大到a a，墻后，墻后土體處于朗肯自動形狀時，土體處于朗肯自動形狀時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，

8、它與大主應(yīng)力面夾角它與大主應(yīng)力面夾角45o45o/2/2，程度應(yīng)力降低到最低，程度應(yīng)力降低到最低極限值極限值z(1)pa(3)極限平衡條件極限平衡條件245tan2245tan213ooc朗肯自動土壓朗肯自動土壓力系數(shù)力系數(shù)aaaKczKp2朗肯自動土朗肯自動土壓力強度壓力強度z zh/3EahKal討論：討論：當當c=0,c=0,無粘性土無粘性土aaaKczKp2朗肯自動土朗肯自動土壓力強度壓力強度aazKphn1.1.無粘性土自動土壓力強度與無粘性土自動土壓力強度與z z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的

9、面積，即三角形面積n3.3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3h/3處處aKh2)2/1 (2cKaEa(h-z0)/3當當c c0, 0, 粘性土粘性土h粘性土自動土壓力強度包括兩部分粘性土自動土壓力強度包括兩部分n1. 1. 土的自重引起的土壓力土的自重引起的土壓力zKazKan2. 2. 粘聚力粘聚力c c引起的負側(cè)壓力引起的負側(cè)壓力2cKa2cKa闡明：負側(cè)壓力是一種拉力，由于土與闡明：負側(cè)壓力是一種拉力，由于土與構(gòu)造之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，構(gòu)造之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不思索在計算中不思索負側(cè)壓力深度為臨界深度負側(cè)

10、壓力深度為臨界深度z0z0020aaaKcKzp)/(20aKczn1.1.粘性土自動土壓力強度存在負粘性土自動土壓力強度存在負側(cè)壓力區(qū)計算中不思索側(cè)壓力區(qū)計算中不思索n2.2.合力大小為分布圖形的面積合力大小為分布圖形的面積不計負側(cè)壓力部分不計負側(cè)壓力部分n3.3.合力作用點在三角形形心，即合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底作用在離墻底(h-z0)/3(h-z0)/3處處2/)2)(0aaaKchKzhEaaaKczKp2z0hKa-2cKal【例】有一擋土墻，高4米，墻背直立、光滑，墻后填土面程度。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如以下圖所示 ，求自動土壓力及其作用點，并繪出自動

11、土壓力分布圖h=4m =17kN/m3c=6kPa =22ol【解答】自動土壓力系數(shù)自動土壓力系數(shù)45. 0245tan2oaK墻底處土壓力強度墻底處土壓力強度kPaKchKpaaa8.222臨界深度臨界深度mKcza05.1)/(20自動土壓力自動土壓力mkNKchKzhEaaa/7 .332/ )2)(0自動土壓力作用點自動土壓力作用點距墻底的間隔距墻底的間隔mzh98. 0)(3/1 (02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKal三、被動土壓力三、被動土壓力極限平衡條件極限平衡條件245tan2245tan231ooc朗肯被動土壓朗肯被動土壓力系數(shù)力系數(shù)pppKczKp2

12、朗肯被動土朗肯被動土壓力強度壓力強度z(3)pp(1)45o45o/2/2hz z擋土墻在外力作用下，擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力堅持不位移，豎向應(yīng)力堅持不變，程度應(yīng)力逐漸增大，變，程度應(yīng)力逐漸增大，位移增大到位移增大到p p，墻后，墻后土體處于朗肯被動形狀土體處于朗肯被動形狀時，墻后土體出現(xiàn)一組時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角面夾角45o45o/2/2，程，程度應(yīng)力增大到最大極限度應(yīng)力增大到最大極限值值l討論：討論：當當c=0,c=0,無粘性土無粘性土pppKczKp2朗肯被動土朗肯被動土壓力強度壓力強度ppzK

13、pn1.1.無粘性土被動土壓力強度與無粘性土被動土壓力強度與z z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積n3.3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3h/3處處hhKph/3EppKh2)2/1 (當當c c0, 0, 粘性土粘性土粘性土自動土壓力強度包括兩部分粘性土自動土壓力強度包括兩部分n1. 1. 土的自重引起的土壓力土的自重引起的土壓力zKpzKpn2. 2. 粘聚力粘聚力c c引起的側(cè)壓力引起的側(cè)壓力2cKp2cKp闡明：側(cè)壓力是一種正壓力

14、，在計算闡明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計算中應(yīng)思索中應(yīng)思索pppKchKhE2)2/1 (2n1.1.粘性土被動土壓力強度不存在負側(cè)壓力區(qū)粘性土被動土壓力強度不存在負側(cè)壓力區(qū)n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積n3.3.合力作用點在梯形形心合力作用點在梯形形心土壓力合力土壓力合力hEp2cKphKp 2cKphppppKczKp2l四、幾種常見情況下土壓力計算四、幾種常見情況下土壓力計算n1.1.填土外表有均布荷載以無粘性土為例填土外表有均布荷載以無粘性土為例 zqh填土外表深度填土外表深度z z處豎向應(yīng)力為處豎向應(yīng)力為(q+(q+z

15、)z)AB相應(yīng)自動土壓力強度相應(yīng)自動土壓力強度aaKqzp)(A A點土壓力強度點土壓力強度aaAqKpB B點土壓力強度點土壓力強度aaBKqhp)(假設(shè)填土為粘性土，假設(shè)填土為粘性土，c c0 0 臨界深度臨界深度z0z0/)/(20qKczaz0 0闡明存在負側(cè)壓力區(qū)，計算中應(yīng)不思索負壓力區(qū)土壓力z0 0闡明不存在負側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算z zq2.成層填土成層填土l以自動土壓力計算為例以自動土壓力計算為例l第一層填土的土壓力強第一層填土的土壓力強度：度：l第二層填土的土壓力強第二層填土的土壓力強度：度：Pa0Pa1上Pa1下Pa2n3.3.墻后填土存在地下水以無粘性土為墻后填

16、土存在地下水以無粘性土為例例 ABC(h1+ h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，普通假設(shè)地下水兩層計算，普通假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強度目的位上下土層的抗剪強度目的一樣，地下水位以下土層用一樣，地下水位以下土層用浮重度計算浮重度計算0aApA點B點aaBKhp1C點aaaCKhKhp21土壓力強度土壓力強度水壓力強度水壓力強度B點0wBpC點2hpwwC作用在墻背的總壓力作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分和，作用點在合力

17、分布圖形的形心處布圖形的形心處h1h2hl【例】擋土墻高5m，墻背直立、光滑，墻后填土面程度，共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)目的如下圖，試求自動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖 h=5m 1=17kN/m3c1=0 1=34o 2=19kN/m3c2=10kPa 2=16oh1 =2mh2 =3mABCKa10.307Ka20.568l【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點011aaAzKpB點上界面kPaKhpaaB4 .10111上上B點下界面kPaKcKhpaaaB2 .4222211下下C點kPaKcKhhpaaaC6 .362)(2222211自動土壓力合力自動土壓力合力mkNE

18、a/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .1010.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa第第4節(jié)節(jié) 庫侖土壓力實際庫侖土壓力實際 一、根本原理和根本假定 根本原理：庫倫土壓力實際是根據(jù)墻后土體處于極限平衡形狀并構(gòu)成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算實際。 根本假設(shè)： 墻后的填土是理想的散粒體(粘聚力c0)； 墻背傾斜、粗糙、墻后填土面傾斜； 滑動破壞面為一平面墻背AB和土體內(nèi)滑動面BC； 剛體滑動。不思索滑動楔體內(nèi)部的應(yīng)力和變形條件； 楔體ABC整體處于極限平衡形狀。在AB和BC滑動面上，抗剪強度均已充分發(fā)揚。即剪應(yīng)力均已達抗

19、剪強度f。 填土填土ABDCE二、無粘性土自動土壓力的計算ARBN1E2NDC-WRWEacbHl由正弦定律可得)sin()sin()(180sin)sin(WWE90 其中，土楔在三力作用下，靜力平衡土楔在三力作用下，靜力平衡)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122hE滑裂面是恣意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力滑裂面是恣意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是是q的函數(shù)，的函數(shù)，E的最大值的最大值Emax，即為墻背的自動土壓力，即為墻背的自動土壓力Ea，所對，所對應(yīng)的滑動面即是最危險滑動面應(yīng)的滑動面即是最危險滑動面)cos()cos()sin()sin(1)c

20、os(cos)(cos212222hEaaaKhE221庫侖自動土壓庫侖自動土壓力系數(shù)，查表力系數(shù)，查表確定確定土對擋土墻背的摩擦土對擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定排水情況查表確定l當擋土墻滿足朗肯實際假設(shè)，即墻背垂直 、光滑 ，填土面程度 時，式7-20改寫為000)245(tan2122HEa這樣，該公式和朗肯自動土壓力計算公式7-8完全一樣，可見，滿足朗肯實際假設(shè)時，朗肯實際是庫侖實際的特殊情況。 庫侖自動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，值得留意的是，這種分布方式只表示土壓力大小，并不代表實踐作用于墻背上的土壓力方向。三、無粘性土被動土壓力的計算pEH+

21、RAWRBDWpECN12N當擋土墻向填土方向擠壓時，最危險滑動面上的P值一定是最小的，由于此時滑動土體所受阻力最小，最容易被向上推出，所以作用在墻背上的被動土壓力EP值，應(yīng)是假定一系列破壞面上計算出的土壓力最小值Pmin222)cos()cos()sin()sin(1coscos)(cospK四、庫爾曼圖解法l上述的庫侖土壓力計算是基于填土外表為平面的假定建立的，假設(shè)填土的外表不是平面，而是折線或曲線時，就不能運用前述解析解直接計算，此時可以用圖解法。填土填土FAL90-0C1W1n1m1第五節(jié) 特殊情況下的土壓力計算l填土外表有均布荷載l 在建立滑動土體的自動或被動極限平衡條件時，需添加一

22、個方向豎直向下的力的作用，其大小等于q與滑塊外表長度的乘積二、填土外表有部分均布荷載l假設(shè)填土外表有部分荷載作用時，那么對墻背產(chǎn)生的附加土壓力強度值仍可用朗肯公式計算，但其分布范圍缺乏在實際上的嚴厲分析。一均布荷載自墻后某一間隔開場延續(xù)分布二均布荷載分布在墻后某一寬度范圍內(nèi)三、粘性填土、地下水對土壓力的影響l一粘性填土l粘性填土與無粘性填土相比，抗剪強度中包括粘聚力的奉獻，因此采用庫侖土壓力實際對滑動塊體進展受力分析時，當墻后填土到達極限平衡形狀時，力矢多邊形需思索墻反面和滑動面上粘聚力。l粘性填土的庫侖土壓力確定可采用試算圖解法。l對于工程實踐中粘性填土問題，往往采用等代l內(nèi)摩擦角法，不直接

23、思索粘性填土粘聚力的影響，l而是用一個等代內(nèi)摩擦角來替代粘土的兩個強度l目的，然后再按無粘性填土問題求解。l二填土中有地下水l在計算水下土體分量時，應(yīng)采用浮容重進展計算l思索水的存在引起土的抗剪強度的降低；l思索水壓力的作用；l假設(shè)墻后填土中有穩(wěn)定滲流，那么在建立滑動土體靜力平衡條件時，還應(yīng)思索滲流力的作用。四、坦墻墻背上的土壓力n五.墻背為折線形情況 n墻背由不同傾角的平面AB和BC組成，先以BC為墻背計算BC面上土壓力E1及其分布，然后以AB的延伸線AC 作為墻背計算ABC 面上土壓力,只計入AB段土壓力E2，將兩者壓力疊加得總壓力BACC E2E1H1H2WDCBCEA滑動面45/20(

24、H1+H2)KaEH1KaWCBEEDAan六.填土面不規(guī)那么的情況 n填土面不規(guī)那么情況，采用作圖法求解，假定一系列滑動面，采用靜力平衡求出土壓力中最大值七、車輛荷載引起的土壓力七、車輛荷載引起的土壓力l在擋土墻或橋臺設(shè)計時，應(yīng)思索車輛荷載引起的土壓力。 (JTG D602004)中對車輛荷載引起的土壓力計算方法，作出了詳細規(guī)定。計算原理是按照庫侖土壓力實際，把填土破壞棱體范圍內(nèi)的車輛荷載，換算成等代均布土層厚度來計算，然后用庫侖土壓力公式計算lGheheHCBEayEaEaxl一汽車荷載 lJTG D602004中的汽車荷載分為公路級和公路級兩個等級，汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成，在計算橋臺和擋土墻的土壓力時采用車輛荷載，公路級和公路級汽車荷載采用一樣的車輛荷載規(guī)范值。車輛荷載的立面、平面尺寸見圖所示，主要技術(shù)目的規(guī)定見表。140140120120301.43.01.47.015.01.47.01.43.02.51.8項 目單位技術(shù)目的項 目單位技術(shù)目的車輛重力規(guī)范值kN550輪 距m1.8前軸重力規(guī)范值kN30前輪著地寬度及長度m0.30.2中