土壓力修改三

第八章

土壓力退出土力學(xué)§8.1概述§8.2靜止土壓力§8.3朗肯土壓力理論§8.4庫侖土壓力理論§8.5幾種常見情況下的土壓力計(jì)算橋臺(tái)E§8.1概述E填土面碼頭隧道側(cè)墻EE擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力剛性墻擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。剛性擋土墻柔性擋土墻擋土墻類型（按剛度及位移方式）:剛性擋土墻L型T型預(yù)應(yīng)力剛性加筋扶壁擋土墻類型建成后的坡間擋土墻混凝土擋土墻及復(fù)合排水管完工完工垮塌的重力式擋墻錨桿板樁板樁變形基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布板樁上土壓力

實(shí)測(cè)

計(jì)算柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土墻類型上海市外環(huán)過江隧道岸埋段基坑支撐被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓壓力Eo在土壓力作作用下，擋擋土結(jié)構(gòu)靜止不動(dòng)，其后土體體處于彈性平衡狀狀態(tài)，作用在擋擋土結(jié)構(gòu)上上的土壓力力，以E0表示土壓力類型型按擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)相對(duì)土體體的位移及及土體所處處的應(yīng)力狀狀態(tài)分2.主動(dòng)土土壓力滑動(dòng)面Ea3.被動(dòng)土土壓力Ep滑動(dòng)面在土壓力作作用下，擋擋土結(jié)構(gòu)向向離開土體的的方向位移至一定定數(shù)值，使使其后土體體達(dá)到主動(dòng)極限平平衡狀態(tài)時(shí)，作用在在墻背的土土壓力，以以Ea表示在外荷載作作用下，擋擋土結(jié)構(gòu)向向土體方向位移至一定定數(shù)值，使使其后土體體達(dá)到被動(dòng)極限平平衡狀態(tài)時(shí)，作用在在墻上的土土壓力，以以Ep表示4.三種土土壓力之間間的關(guān)系-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp1.Ea＜Eo＜＜Ep2.△p＞＞△a對(duì)同一擋土土墻，在填填土的物理理力學(xué)性質(zhì)質(zhì)相同的條條件下有以以下規(guī)律：：作用在擋土土結(jié)構(gòu)背面面的靜止土土壓力可視視為天然土土層的水平向自重重應(yīng)力K0HHzK0zzH/3靜止土壓力力系數(shù)靜止土壓力力強(qiáng)度靜止土壓力力系數(shù)測(cè)定定方法：1.通過側(cè)限條條件下的試試驗(yàn)測(cè)定2.采用經(jīng)驗(yàn)公公式K0=1-sin'計(jì)算3.按相關(guān)表格格提供的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)值確定定靜止土壓力力分布土壓力作用用點(diǎn)三角形分布布作用點(diǎn)距墻墻底H/3§8.2靜止土壓力力§8.3朗肯土壓力力理論8.3.1基本概念8.3.2主動(dòng)土壓力力8.3.3被動(dòng)土壓力力8.3.4填土表面傾傾斜的土壓壓力計(jì)算的應(yīng)應(yīng)力圓法8.3.5例題分析基本假定：：1.墻體為剛性性體2.墻背直立、、光滑3.墻后填土面面水平σz=zσx＝K0zzf=0pa＝Kazpp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應(yīng)力方向主動(dòng)伸展被動(dòng)壓縮小主應(yīng)力方向8.3.1基本概念pappfzK0zf=c+tan土體處于彈性平平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀狀態(tài)被動(dòng)極限平衡狀狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動(dòng)朗肯狀態(tài)被動(dòng)朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切切破壞面與豎直直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動(dòng)朗肯狀狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切切破壞面與豎直直面夾角為45o＋/245o＋/2H擋土墻在土壓力力作用下，產(chǎn)生生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，使墻后土體處于于主動(dòng)朗肯狀態(tài)態(tài)時(shí)，墻后土體體出現(xiàn)一組滑裂裂面，它與大主應(yīng)力面面作用面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力降低到最低限值pa，即為主動(dòng)土壓壓力強(qiáng)度，也是是最小主應(yīng)力z(σ1)pa(σ3)極限平衡條件朗肯主動(dòng)土壓力力系數(shù)Ka朗肯主動(dòng)土壓力力強(qiáng)度z8.3.2主動(dòng)土壓力EaH/3EaHKa（1）當(dāng)c=0,無粘性土朗肯主動(dòng)土壓力力強(qiáng)度H1.無粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度度與z成正比，沿墻高高呈三角形分布2.合力大小為分布布圖形的面積，，即三角形面積積3.合力作用點(diǎn)點(diǎn)在三角形形心心，即作用在離離墻底H/3處討論：2c√KaEa(H-z0)/3（2）當(dāng)c＞0,粘性土H粘性土主動(dòng)土壓壓力強(qiáng)度包括兩兩部分1.土的自重引起的的土壓力zKa2.粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力力2c√Ka說明：負(fù)側(cè)壓力是一種種拉力，由于土土與結(jié)構(gòu)之間抗抗拉強(qiáng)度很低，，受拉極易開裂裂，在計(jì)算中不不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為為臨界深度z01.粘性土主動(dòng)動(dòng)土壓力強(qiáng)度存存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)區(qū)（計(jì)算中不考慮慮）2.合力大小為分布布圖形的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力力部分）3.單位墻長(zhǎng)合合力作用點(diǎn)在三三角形形心，即即作用在離墻底底(H-z0)/3處z0HKa-2c√Ka極限平衡條件朗肯被動(dòng)土壓力力系數(shù)Kp朗肯被動(dòng)土壓力力強(qiáng)度z(σ3)pp(σ1)45o－/2Hz擋土墻在外力作作用下，向土體方向位移時(shí)，擠壓墻墻背后土體，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，使墻后土體處于于被動(dòng)朗肯狀態(tài)態(tài)時(shí)，墻后土體體出現(xiàn)一組滑裂裂面，它與大主主應(yīng)力面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值pp，即為被動(dòng)土壓壓力強(qiáng)度，也是是最大主應(yīng)力8.3.3被動(dòng)土壓力Ep(1)當(dāng)c=0,無粘性土朗肯被動(dòng)土壓力力強(qiáng)度1.無粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度度與z成正比，沿墻高高呈三角形分布2.單位墻長(zhǎng)的合力力大小為分布圖圖形的面積，即即三角形面積3.單位墻長(zhǎng)合合力作用點(diǎn)在三三角形形心，即即作用在離墻底底H/3處HHKpH/3Ep討論：(2)當(dāng)c＞0,粘性土粘性土主動(dòng)土壓壓力強(qiáng)度包括兩兩部分1.土的自重重引起的土壓力力zKp2.粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Kp說明：側(cè)壓力是一種正正壓力，在計(jì)算算中應(yīng)考慮1.粘性土被動(dòng)動(dòng)土壓力強(qiáng)度不不存在負(fù)側(cè)壓力力區(qū)2.合力大小為分布布圖形的面積，，即梯形分布圖圖形面積3.合力作用點(diǎn)點(diǎn)在梯形形心單位墻長(zhǎng)被動(dòng)土土壓力合力HEp2c√KpHKp＋2c√Kphp8.3.4填土表面傾斜時(shí)時(shí)土壓力計(jì)算的的應(yīng)力圓法(無粘性土)基本原理CLBDAEL’B’-f=tanznmzcos主動(dòng)土壓力強(qiáng)度度pa應(yīng)力圓的繪制βδEaβ土壓力公式推導(dǎo)導(dǎo)CLBDAEL’B’-f=tan*土壓力呈三角角形分布，方向向與填土面平行見教材P245頁公式：Pa分布圖用同樣的方法可以以得到被動(dòng)土壓力力強(qiáng)度*該公式只適用于于無粘性填土，且且填土坡角<h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【例1】有一擋土墻，高6米，墻背直立、、光滑，墻后填土土面水平。填土為為粘性土，其重度度、內(nèi)摩擦角、粘粘聚力如下圖所示示，求主動(dòng)土壓力及其其作用點(diǎn)，并繪出出主動(dòng)土壓力分布布圖8.3.5例題分析主動(dòng)土壓力系數(shù)墻底處土壓力強(qiáng)度度臨界深度主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)點(diǎn)距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka【解答】§8.4庫侖土壓力理論8.4.1無粘性土的土壓力力8.4.2庫爾曼圖解法8.4.3朗肯理論與庫侖理論的比較8.4.4例題分析1.墻后的填土為為無粘性土（c=0）2.土楔體的滑裂裂面為一通過墻踵踵的平面3.滑動(dòng)土楔為一一剛體，本身無變變形二、庫侖土壓力αβδGHCABq墻背AB向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土土體沿某一破裂面面BC破壞，土楔ABC處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)態(tài)土楔ABC受力情況：ER1.土楔自重G=△ABC,方向豎直向下一、庫侖土壓力基基本假設(shè)8.4.1無粘性土的土壓力力（1）主動(dòng)土壓力2.破裂面BC上的反力R,大小未知，方向與與破裂面BC法線的夾角為土的的內(nèi)摩擦角3.墻背對(duì)土楔體的反反力E,大小未知，方向與與墻背法線的夾角角為墻背與填土之之間的摩擦角δ土楔在三力作用下下，處于靜力平衡衡狀態(tài)αβδGHACBqER滑裂面是任意給定定的，不同滑裂面面得到一系列土壓壓力E，當(dāng)其他參數(shù)給定時(shí)時(shí)，E只是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q角為真正滑裂面的傾角角庫侖主動(dòng)土壓力系系數(shù)Ka，查表確定土對(duì)擋土墻背的摩摩擦角，根據(jù)墻背背光滑，排水情況況查表確定主動(dòng)土壓力強(qiáng)度Pa主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿沿墻高呈三角形分分布，合力作用點(diǎn)在離墻底H/3處，方向與墻背法線成角，且在其下側(cè)；與水平面成（＋）HHKaHαβACBδαEah/3說明：土壓力強(qiáng)度分布圖圖只代表強(qiáng)度大小小，不代表作用方方向主動(dòng)土壓力EaαβδGHACBqEpR同理：土楔在三力力作用下，靜力平平衡HHKp被動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力（2）被動(dòng)土壓力pp沿墻高呈三角形分分布，合力作用點(diǎn)點(diǎn)在離墻底H/3處，方向與墻背法線成，且在其上側(cè)8.4.2庫爾曼圖解法1.基本原理(粘性土，填土面為為非直線或有荷載載)2.作圖步驟1.按比例繪出擋土墻墻與填土面的剖面面圖2.過B作自然坡面BD與水平面夾角為3.過B點(diǎn)作基線BL與BD夾角為＝900－－4.在墻背AB和BD之間任選破裂面BC1、BC2…，分別求出土契體體的ABC1、ABC2的自重W1、W2…，按比例作出Bn1＝W1、Bn2＝W2…，過n1、n2…分別作平行于BL的平行線BC1、BC2…交于點(diǎn)m1、m2…5.將各點(diǎn)連成曲線，，作該曲線切線并并平行于BD，過切點(diǎn)m作平行于BL的直線交BD于n點(diǎn)，則mn大小為Ea6.連接Bm并延長(zhǎng)交地面于C，則BC為真正破裂面朗肯理論庫侖理論基本假定①墻為剛體②墻背豎直、光滑③填土面水平①墻后的填土是無粘性土②滑動(dòng)破壞面為通過墻踵的平面③滑動(dòng)土楔為一剛體，本身無變形基本公式主動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力計(jì)算誤差主動(dòng)土壓力：偏大，但差別不大被動(dòng)土壓力：偏小，d小的時(shí)候，誤差小，d和j較大時(shí)，誤差很大，不宜選用主動(dòng)土壓力：偏小，但差別不大被動(dòng)土壓力：偏大，d小的時(shí)候，誤差小，d和j較大時(shí)，誤差很大，不宜選用適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)理論推導(dǎo)較嚴(yán)密不能計(jì)算基本假定之外的情況理論推導(dǎo)不夠嚴(yán)密適用于所有c＝0的情況8.4.3朗肯與庫侖土壓力力理論對(duì)比*計(jì)算誤差---與理論計(jì)算值比較較主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka（α=β=0）δ＝0δ＝/2δ＝計(jì)算理論200400200400200400精確解0.490.220.450.200.440.22朗肯土壓力0.490.220.490.2180.490.218庫侖土壓力0.490.220.4470.1990.430.210被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp（α=β=0）δ＝0δ＝

/2δ＝計(jì)算理論200400200400200400精確解2.044.62.559.693.0418.2朗肯土壓力2.044.62.044.62.044.6庫侖土壓力2.044.62.6311.73.4392.3=0滑裂面是直線，三三種理論計(jì)算Ka,Kp相同0Ka朗肯偏大10%左右，工程偏安全全庫侖偏小一些（可可忽略)0Kp朗肯偏小可達(dá)幾倍倍；庫侖偏大可達(dá)幾倍倍;α=10oβ=15oδ=20o4.5mABα=10oEah/3【解答】由=10o，=15o，=30o，δ=20o查表得到土壓力作用點(diǎn)在距距墻底h/3=1.5m處【例】擋土墻高4.5m，墻背俯斜，填土為為砂土，=17.5kN/m3，=30o，填土坡角、填土與與墻背摩擦角等指指標(biāo)如圖所示，試試按庫侖理論求主主動(dòng)土壓力Ea及作用點(diǎn)8.4.4例題分析8.5幾種常見情況下土土壓力計(jì)算8.5.1填土面有均布荷載載8.5.2成層土的土壓力8.5.4墻背形狀不規(guī)則對(duì)土壓力影響8.5.5地震時(shí)的土壓力計(jì)計(jì)算8.5.3墻后填土有地下水水8.5.6例題分析（以無粘性土為例例）z＋qH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)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，，c＞0臨界深度z0z0＞0說明存在負(fù)側(cè)壓力力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不不考慮負(fù)壓力區(qū)土土壓力z0≤0說明不存在負(fù)側(cè)壓壓力區(qū)，按三角形形或梯形分布計(jì)算算zq8.5.1填土面有均布荷載載墻背直立、填土面面水平(朗肯土壓力理論)、連續(xù)均布荷載三角形相似墻背、填土面傾斜斜(庫侖土壓力理論)、連續(xù)均布荷載填土表面荷載從墻墻后某一距離開始始如圖所示作圖后圖圖中的陰影部分的的面積a點(diǎn)以上土壓力不受受地面荷載作用b點(diǎn)以下土壓力按連連續(xù)均布荷載計(jì)算算將a、b點(diǎn)土壓力連接起來來填土表面荷載在一一定寬度范圍內(nèi)(條形荷載)如圖所示作圖后圖圖中的陰影部分的的面積a點(diǎn)以上、b'點(diǎn)以下土壓力不受受地面荷載作用b點(diǎn)以下、a'點(diǎn)以上土壓力按連連續(xù)均布荷載計(jì)算算將a、b之間及a'、b'之間土壓力連接起來（以無粘性土為例例）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后有幾層不不同類的土層，先先求豎向自重應(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)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)說明：合力大小為分布圖圖形的面積，作用用點(diǎn)位于分布圖形形的形心處8.5.2成層土的土壓力水土分開算：作用在墻背上的土土壓力有土壓力和水壓力計(jì)算土壓力時(shí)，地地下水位下層用有效抗剪強(qiáng)度和有效重度A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力強(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（以無粘性土為例例）8.5.3墻后填土存在地下下水地下水位以下的砂砂石、碎石土ABC(h1+

h2)Kawh2h1h2h水土合算：地下水位下層用總抗剪強(qiáng)度和飽和重度A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力強(qiáng)度地下水位以下的粘粘性土ABC(h1+sath2)Kah1h2hsat折線形墻背dEa1ADEa2CBCABD8.5.4墻背形狀不規(guī)則對(duì)對(duì)土壓力影響墻背設(shè)置卸荷平臺(tái)臺(tái)1.平臺(tái)以上H1范圍內(nèi)，按朗肯理理論計(jì)算作用在AB面上的土壓力2.平臺(tái)下C點(diǎn)處土壓力為0，減壓范圍認(rèn)為至至滑裂面與墻背交交點(diǎn)E處為止8.5.5地震時(shí)的土壓力計(jì)計(jì)算擬靜力法(物部-岡部公式)地震時(shí)滑動(dòng)土契體體受力物部—岡部法1.加速度：向上av、向外ah最不利水平地震系數(shù)Kh=ah/g水平慣性力WKh垂直地