《土力學(xué)》課件第8章.土壓力

1、第 8 章 土壓力8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.4 庫(kù)倫土壓力理論8.5 朗肯理論與庫(kù)倫理論的比較 主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握土壓力的基本概念與常用計(jì)算方法，初步具備將土壓力理論應(yīng)用于一般工程問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)要求 1.掌握靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力的形成條件；掌握朗金土壓力理論以及不同情況下土壓力計(jì)算方法。8.1概述土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。E填土面碼頭橋臺(tái)E隧道側(cè)墻EE8.2 擋土墻側(cè)的土壓力被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力 擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在

2、擋土墻背的土壓力。Eo8.2.1基本概念2.主動(dòng)土壓力 在土壓力作用下，擋土墻離開(kāi)土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背的土壓力。滑裂面Ea3.被動(dòng)土壓力 Ep滑裂面在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力。4.三種土壓力之間的關(guān)系 -+-EoapEaEoEp對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1. Ea Eo Ep2. p a8.2.2靜止土壓力作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量 K0h hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度 靜止土壓力系數(shù)測(cè)定方法

3、： 1.通過(guò)側(cè)限條件下的試驗(yàn)測(cè)定。 2.采用經(jīng)驗(yàn)公式K0 = 1-sin 計(jì)算。 3.按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗(yàn)值確定。靜止土壓力分布 土壓力作用點(diǎn)三角形分布 作用點(diǎn)距墻底h/3 8.3 朗肯土壓力理論8.3.1基本假設(shè)1.擋土墻背垂直、光滑 2.填土表面水平并無(wú)限延伸土體內(nèi)的任意水平面和墻的背面均為主平面（在這兩個(gè)平面上的剪應(yīng)力為零），作用在該平面上的法向應(yīng)力即為主應(yīng)力 3.墻體為剛性體z=zxK0zzf=0pa減小zpafzK0zf =c+ tan 土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀態(tài)伸展主動(dòng)朗金狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/28

4、.3.2 主動(dòng)土壓力45o/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開(kāi)土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到a，墻后土體處于朗金主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值z(mì)(1)pa(3)極限平衡條件朗金主動(dòng)土壓力系數(shù)朗金主動(dòng)土壓力強(qiáng)度zh/3EahKa討論：當(dāng)c=0,無(wú)粘性土朗金主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1.無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2cKaEa(h-z0)/3當(dāng)c0, 粘性土h粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1. 土的自重引起

5、的土壓力zKa2. 粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2cKa說(shuō)明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開(kāi)裂，在計(jì)算中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0hKa-2cKa8.3.3 被動(dòng)土壓力極限平衡條件朗金被動(dòng)土壓力系數(shù)朗金被動(dòng)土壓力強(qiáng)度z(3)pp(1)45o/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到p，墻后土體處于朗金被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主

6、應(yīng)力面夾角45o/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值討論：當(dāng)c=0,無(wú)粘性土朗金被動(dòng)土壓力強(qiáng)度1.無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep當(dāng)c0, 粘性土粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1. 土的自重引起的土壓力zKp2. 粘聚力c引起的側(cè)壓力2cKp說(shuō)明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算中應(yīng)考慮1.粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點(diǎn)在梯形形心土壓力合力hEp2cKphKp 2cKphp四、例題分析【例】有一擋土墻，高6米，

7、墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示 ，求主動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動(dòng)土壓力分布圖。h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動(dòng)土壓力系數(shù)墻底處土壓力強(qiáng)度臨界深度主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離2cKaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2cKa8.3.4.有超載時(shí)的土壓力（以無(wú)粘性土為例） zqh填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z)AB相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度若填土為粘性土，c0臨界深度z0z0 0說(shuō)明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0 0說(shuō)明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計(jì)算zq1.

8、成層填土情況（以無(wú)粘性土為例） ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后有幾層不同類(lèi)的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動(dòng)土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1h2h3A點(diǎn)B點(diǎn)上界面B點(diǎn)下界面C點(diǎn)上界面C點(diǎn)下界面D點(diǎn)說(shuō)明：合力大小為分布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的形心處8.3.5非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力 2.墻后填土存在地下水（以無(wú)粘性土為例） ABC(h1+ h2)Kawh2擋土墻后有地下水時(shí)，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計(jì)算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度計(jì)算A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力

9、強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點(diǎn)C點(diǎn)作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點(diǎn)在合力分布圖形的形心處h1h2h六、例題分析【例】擋土墻高5m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動(dòng)土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖。 h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1 =2mh2 =3mABCKa10.307Ka20.568【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點(diǎn)B點(diǎn)上界面B點(diǎn)下界面C點(diǎn)主動(dòng)土壓力合力10.4kPa4.2kPa36.6kPa8.4庫(kù)倫土壓力理論8.4.1基本假定1.墻后的填土是理想散粒體 2.滑動(dòng)破壞

10、面為通過(guò)墻踵的平面 3.滑動(dòng)土楔為一剛塑性體，本身無(wú)變形8.4.2、主動(dòng)土壓力GhCABq墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體沿某一破壞面BC破壞，土楔ABC處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)土楔受力情況：3.墻背對(duì)土楔的反力E,大小未知，方向與墻背法線夾角為ER1.土楔自重G=ABC,方向豎直向下2. 破壞面為BC上的反力R,大小未知，方向與破壞面法線夾角為 土楔在三力作用下，靜力平衡GhACBqER滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是q的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動(dòng)土壓力Ea，所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面即是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)，查表確定土對(duì)擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表

11、確定主動(dòng)土壓力與墻高的平方成正比主動(dòng)土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在離墻底h/3處，方向與墻背法線成，與水平面成（）hhKahACBEah/3說(shuō)明：土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用方向主動(dòng)土壓力三、例題分析【例】擋土墻高4.5m，墻背俯斜，填土為砂土，=17.5kN/m3 ，=30o ，填土坡角、填土與墻背摩擦角等指標(biāo)如圖所示，試按庫(kù)侖理論求主動(dòng)土壓力Ea及作用點(diǎn)=10o=15o=20o4.5mAB=10oEah/3【解答】由=10o，=15o，=30o，=20o查表得到土壓力作用點(diǎn)在距墻底h/3=1.5m處8.5朗肯理論與庫(kù)倫理論的比較一、朗金與庫(kù)侖土壓力理

12、論存在的主要問(wèn)題朗金土壓力理論基于土單元體的應(yīng)力極限平衡條件建立的，采用墻背豎直、光滑、填土表面水平的假定，與實(shí)際情況存在誤差，主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小庫(kù)侖土壓力理論基于滑動(dòng)塊體的靜力平衡條件建立的，采用破壞面為平面的假定，與實(shí)際情況存在一定差距（尤其是當(dāng)墻背與填土間摩擦角較大時(shí)）二、三種土壓力在實(shí)際工程中的應(yīng)用擋土墻直接澆筑在巖基上，墻的剛度很大，墻體位移很小，不足以使填土產(chǎn)生主動(dòng)破壞，可以近似按照靜止土壓力計(jì)算巖基E0擋土墻產(chǎn)生離開(kāi)填土方向位移，墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)，按主動(dòng)土壓力計(jì)算。位移達(dá)到墻高的0.1%0.3%,填土就可能發(fā)生主動(dòng)破壞。Ea30%Ep擋土墻產(chǎn)生向填土方向的擠壓

13、位移，墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)，按被動(dòng)土壓力計(jì)算。位移需達(dá)到墻高的2%5%,工程上一般不允許出現(xiàn)此位移，因此驗(yàn)算穩(wěn)定性時(shí)不采用被動(dòng)土壓力全部，通常取其30三、擋土墻位移對(duì)土壓力分布的影響擋土墻下端不動(dòng)，上端外移，墻背壓力按直線分布，總壓力作用點(diǎn)位于墻底以上H/3擋土墻上端不動(dòng)，下端外移，墻背填土不可能發(fā)生主動(dòng)破壞，壓力為曲線分布，總壓力作用點(diǎn)位于墻底以上約H/2擋土墻上端和下端均外移，位移大小未達(dá)到主動(dòng)破壞時(shí)位移時(shí)，壓力為曲線分布，總壓力作用點(diǎn)位于墻底以上約H/2,當(dāng)位移超過(guò)某一值，填土發(fā)生主動(dòng)破壞時(shí)，壓力為直線分布，總壓力作用點(diǎn)降至墻高1/3處H/3H/2H/3四、不同情況下?lián)跬翂ν翂毫τ?jì)算1.墻后有局部均布荷載情況 局部均布荷載只沿虛線間土體向下傳遞，由q引起的側(cè)壓力增加范圍局限于CD墻段2.填