知識(shí)資料土力學(xué)與地基基礎(chǔ)(九)(新版)知識(shí)資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或(三)庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論假設(shè)墻后填土是理想的散體(即C＝0),土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)形成一滑動(dòng)模體,滑動(dòng)面為平面,按照模體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。庫侖理論對墻后填土的坡度、墻背的傾斜度以及墻土之間的摩擦等因素不作限制。見圖12-5-7所示。當(dāng)墻向前移動(dòng)時(shí),墻后填土沿著墻背AB及滑動(dòng)面BC向下滑動(dòng),達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí),取滑動(dòng)模體ABC作為脫離體建立平衡條件。模體重力W豎直向下;滑動(dòng)面BC式中符號(hào)意義見圖12-5-8所示EA的作用方向,從圖12-5-8所示幾何關(guān)系得到。令EA與水平面夾角η=δ+α,則作用在墻背上的主動(dòng)土壓力可分解成水平分力EAx和豎向分力EAy。EA作用點(diǎn)的位置在墻底以上處。EAx=EAcosηEAy=EAsinη(12-5-12)圖12-5-9表示庫侖被動(dòng)土壓力的概念,擋土墻推壓填土達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)?；瑒?dòng)土契ABC向上滑動(dòng),此時(shí)土壓力E和反力R的方向與主動(dòng)情況相反。由此得到被動(dòng)土壓力Ep公式為:(12-5-13)式中Kp為被動(dòng)土壓系數(shù);其余符號(hào)見圖12~5-9所示。圖12－5-9庫侖被動(dòng)土壓力當(dāng)墻背豎直且光潔,填土表面為水平(α＝0,δ=0,β＝0)時(shí),則庫侖公式與朗肯公式相同,所以朗肯土壓力可視作庫侖的一個(gè)特例。(四)異常情況下的土壓力計(jì)算1.墻后填土表面有超載時(shí),土壓力計(jì)算總的原則是將超載看作增強(qiáng)了滑動(dòng)體的分量來考慮。2.墻后填土成層的情況。墻后填土由幾層不同種類的水平土層組成時(shí),第一層仍按均質(zhì)計(jì)算;計(jì)算第二層土壓力時(shí),可將第一層土分量γ1H1作為超載作用在第二層頂面,并按第二層土指標(biāo)計(jì)算土壓力。因此在土層分界面上會(huì)浮上兩個(gè)土壓力數(shù)值,其中一個(gè)是代表第一土層的底面;另一個(gè)代表第二土層的頂面。3.墻后填土中有地下水存在時(shí),墻背上除受到土壓力作用外,還受到水壓力作用。理論上應(yīng)分離計(jì)算出土壓力和水壓力兩部分舉行疊加。土壓力計(jì)算主意與成層土情況相同;地下水位以下土層取有效重度舉行計(jì)算,土的指標(biāo)水下部分應(yīng)取有效指標(biāo)計(jì)算。水壓力按靜水壓力計(jì)算。從庫侖主動(dòng)土壓力公式(12-5-11)可知,主動(dòng)土壓力系數(shù)KA與Φ、α、β、δ等因素有關(guān):(1)Φ越大,KA越小。所以要重視墻后填土的質(zhì)量,夯填密實(shí),可減少主動(dòng)土壓力;(2)填土與墻背的摩擦角δ與墻背粗糙度、填料性質(zhì)、排水條件等因素有關(guān)。當(dāng)墻背平滑或排水不良時(shí),取δ=0~;當(dāng)墻背粗糙和排水良好時(shí),取δ＝；當(dāng)墻背很粗糙和排水良好時(shí),取δ＝。Φ越大,KA越小。(3)擋土墻傾斜情況對主動(dòng)土壓力有顯然影響。可分成仰斜(一α)、豎直(α＝0)和俯斜(+α)三種。α越小,KA越小。所以仰斜形式常能取得較好效果。二、擋土墻設(shè)計(jì)擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)按照地質(zhì)條件、材料、施工等因素綜合考慮。通常包括下列內(nèi)容:(1)穩(wěn)定性驗(yàn)算,包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性;(2)地基承載力驗(yàn)算;(3)墻身強(qiáng)度驗(yàn)算。在上列內(nèi)容中,地基的承載力驗(yàn)算與普通偏心荷載作用下基礎(chǔ)的計(jì)算主意相同,即要求基底的最大壓應(yīng)力σmax＝1.2R(R為地基土容許承載力)。墻身強(qiáng)度驗(yàn)算應(yīng)按照墻體材料分離按磚石結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有關(guān)計(jì)算主意舉行。擋土墻埋深較淺時(shí),可不考慮被動(dòng)土壓力的影響,穩(wěn)定性驗(yàn)算按圖12-5-10所示力系舉行。擋土墻基底的摩擦系數(shù)μ值表12-5-1基底土的類別|μ基底土的類別μ黏性土可塑狀態(tài)硬塑狀態(tài)堅(jiān)硬狀態(tài)0.250.25~0.30.3~0.4砂類土碎石類土軟質(zhì)巖石硬質(zhì)巖石0．40．4～0．50．4～0．60．6～0．7抗傾覆安全系數(shù)Kq指對墻趾O點(diǎn)的抗傾力矩與傾覆力矩之比,應(yīng)滿意:(12-5-14)抗滑動(dòng)安全系數(shù)Kh指阻滑力與滑動(dòng)力之比應(yīng)滿意(12-5-15)式中h、α、b分離為Ex、Ez和W對墻趾O的力臂;W為擋土墻的自重;Ex、Ez為土壓力在x,z方向的分量;μ為基底摩擦系數(shù),應(yīng)由實(shí)驗(yàn)決定,缺乏資料時(shí)可按表12-5-1取用。擋土墻設(shè)計(jì)還應(yīng)重視墻后排水。因?yàn)橛晁聺B,墻后積水可使填土重度增大,強(qiáng)度降低、地基土軟化,造成擋土墻破壞。所以墻后填土應(yīng)盡量選用透水性較強(qiáng)的土,如砂土、礫石、碎石等。不應(yīng)采用淤泥、耕植土、膨脹性教土等作為填料。在墻身應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的泄水孔。泄水孔入口處應(yīng)用粗粒材料做濾水層以免淤塞,墻后地面應(yīng)鋪筑和土隔水層。例：某擋土墻墻背豎立、光潔,填土面及基底水平,H=4m,填土為無黏性土,內(nèi)摩擦角Φ=30°,重度γ=18kN/m3擋土墻自重G=130kN/m,土對擋土墻基底的摩擦系數(shù)μ＝0.5,則該擋土墻抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為(B)。A. 0.16 B.1.解答：K抗滑＝＝1.355三、地基承載力理論地基承載力理論有兩種分析主意:極限荷載和臨塑臨界荷載。極限荷載是指地基發(fā)生整體剪切破壞時(shí)的最小壓力;臨塑荷載和臨界荷載是指地基中產(chǎn)生局部剪切破壞時(shí)的壓力。因此后者不是一個(gè)固定值,而是與破壞區(qū)的大小相對應(yīng)的。例如,當(dāng)?shù)鼗姓a(chǎn)生塑性區(qū)時(shí)的荷載稱為臨塑荷載;倘若允許地基中產(chǎn)生四分之一基礎(chǔ)寬度塑性區(qū)時(shí)的荷載,稱為臨界荷載。地基承載力的理論基礎(chǔ)是土的強(qiáng)度極限平衡理論。(一)極限承載力1.基本概念埋置深度為D,寬度為B的條形基礎(chǔ),見圖12-5-11(α)。假定基礎(chǔ)底面無摩擦,可以設(shè)想基底下作用在A土體單元上的豎向?yàn)榇笾鲬?yīng)力σlA,而橫向?yàn)樾≈鲬?yīng)力σ3A。作用在基底范圍以外B單元上橫向是大主應(yīng)力σ1B;而豎向是小主應(yīng)力σ3B。因此當(dāng)荷載p增強(qiáng),地基發(fā)生整體破壞時(shí)地基中形成二組滑動(dòng)面在基礎(chǔ)范圍內(nèi)aa‘為大主應(yīng)力平面,因此滑面方向與aa‘面夾角為45°＋;在基礎(chǔ)范圍以外,ac面為小主應(yīng)力平面,滑動(dòng)面方向與ac面夾角為(45一)。見圖12-5-11(b)所示?；A(chǔ)底面以下土體發(fā)生主動(dòng)破壞,稱為主動(dòng)區(qū);基底外土體發(fā)生被動(dòng)破壞,稱為被動(dòng)區(qū)?；瑒?dòng)面由兩個(gè)平面所組成。建立主動(dòng)區(qū)與被動(dòng)區(qū)界面ab面的平衡條件,見圖12-5-11(c)所示。推導(dǎo)僅僅是在假定滑動(dòng)面的形狀和數(shù)學(xué)處理的主意上不同而已,沒有本質(zhì)上的差異。現(xiàn)將幾個(gè)典型的公式作一概念上說明。(1)普朗特爾一雷斯諾公式普朗特爾一雷斯諾公式仍以極限平衡理論為根據(jù),但不考慮滑動(dòng)體土體的重力,并假定基底光潔無摩擦?；瑒?dòng)面的形狀如圖12-5-13所示。囫圇滑動(dòng)面可分為三個(gè)區(qū):基底以下為I區(qū),稱為朗肯主動(dòng)區(qū),滑動(dòng)面與基底面夾角為(45o+);III區(qū)為朗金被動(dòng)區(qū),滑動(dòng)面與基底面夾角(45-);I區(qū)與III區(qū)之間的II區(qū)稱為過渡區(qū),滑動(dòng)面是由一組輻射線和一組對數(shù)螺線所組成。輻射線半徑可根據(jù)對數(shù)螺線方程來決定,見圖12-5-14所示。(2)太沙基公式太沙基在1943年提出計(jì)算條形基礎(chǔ)極限荷載公式假定滑動(dòng)面形狀如圖12-5-16所示。假定基底粗糙具有很大的摩擦力,因此AB面不會(huì)發(fā)生剪切位移,所以I區(qū)內(nèi)土體不是處于朗肯主動(dòng)狀態(tài),而是處于彈性壓密狀態(tài),破壞時(shí)土模ABC與基底面一起移動(dòng)?；瑒?dòng)面AC(或BC)與基底面成Φ角;II區(qū)過渡區(qū),與普朗特爾假定相同;III區(qū)為朗肯被動(dòng)區(qū),滑動(dòng)面與水平面夾角為(450－)圖12－5－16太沙基公式的滑動(dòng)面太沙基極限荷載公式形式與式(12-5-19)相同,其中系數(shù)NB、ND、Nc不同,詳細(xì)數(shù)值見表12-5-2所示。太沙基公式承載力系數(shù)表表12-5-2Φ051015202530354045NB00.260.600.902.05.51122.762.5163ND1.01.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3Nc5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2(3)斯肯普頓公式斯肯普頓公式適用于飽和軟土地基，即Φ＝0。當(dāng)士的內(nèi)摩擦角Φ＝0時(shí),過渡區(qū)的對數(shù)螺線變化成圓弧,因此滑動(dòng)面變成圖12-5-17所示形狀,得到埋置深度為零(D=O)時(shí)的極限荷載公式為:（即NB＝0，ND＝1，NC＝5.14）(12-5-20)埋置深度為D時(shí),Pj=γD+5.14c(12-5-21)(4)圓筒形滑動(dòng)面公式飽和軟土，Φ＝0的情況,滑動(dòng)面可以假定為圓筒形