《第八章土压力.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第八章土压力.ppt(66页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第8章 土压力 8.1 概述 8.2 挡土墙侧的土压力 8.4 库仑土压力理论 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论 8.5 8.5 郎肯理论与库仑理论的比较郎肯理论与库仑理论的比较 8.1 概述 v土压力土对结构物的压力。 v挡土结构物防止土体塌滑的支撑结构物。 挡土墙、地下洞室衬砌等 v本章所讲的土压力特指作用在挡土墙上的土压力。 v挡土墙侧向支撑土体的结构物。 v研究方法:按平面问题进行研究,即取一延向米。 v挡土墙的用途:阻挡土体下滑或截断土坡延伸。 特指挡土 结构物 概述 第第8 8章章 土压力土压力 概述 第第8 8章章 土压力土压力 概述 第第8 8章章 土压力土压力 概
2、述 第第8 8章章 土压力土压力 概述 第第8 8章章 土压力土压力 概述 第第8 8章章 土压力土压力 概述 第第8 8章章 土压力土压力 挡土墙类型 n n 1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙 块石或素混凝土砌筑而成,靠自身重 力维持稳定,墙体抗拉、抗剪强度都 较低。墙身截面尺寸大,一般用于低 挡土墙。 n n 2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙 钢筋混凝土建造,立臂、墙趾悬臂 和墙踵悬臂三块悬臂板组成,靠墙 踵悬臂上的土重维持稳定,墙体内 拉应力由钢筋承担,墙身截面尺寸 小,充分利用材料特性,市政工程 中常用 墙顶墙顶 墙基墙基 墙趾墙趾 墙面墙面 墙背墙背 墙趾墙趾墙踵墙踵 立壁立壁 钢筋
3、钢筋 第第8 8章章 土压力土压力概述概述 n n 3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙 针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和 挠度过大缺点,增设扶壁,扶壁间距挠度过大缺点,增设扶壁,扶壁间距 (0.80.81.01.0)h h,墙体稳定靠扶壁间墙体稳定靠扶壁间 填土重维持填土重维持 n n 4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙 预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆 和埋在土中锚定板组成,稳定由拉杆和埋在土中锚定板组成,稳定由拉杆 和锚定板来维持和锚定板来维持 墙趾墙趾 墙踵墙踵 扶壁扶壁 墙板墙板 锚定板锚定板 基岩基岩 锚
4、杆锚杆 第第8 8章章 土压力土压力概述概述 挡土墙各部名称:挡土墙各部名称: 墙顶墙顶 墙趾墙趾 墙面墙面 墙背墙背 挡土墙挡土墙 墙前墙前 墙后墙后 墙踵墙踵 墙底墙底 填土填土 墙高墙高 填土面填土面 8.2 挡土墙侧的土压力 v太沙基等人通过挡土墙的模型试验,研究了墙的位 移与土压力的关系,发现作用在墙背上的土压力随 墙的移动方向和大小变化。 8.2.1 土压力种类 -+ + - E o ap Ea Eo Ep 主动 被动 第第8 8章章 土压力土压力 8.2.1 土压力种类 1、静止土压力 E0 v墙静止不动时,土对墙的压力。 v 产生条件:墙刚度大(本身不变形),结构坚固( 不移动
5、,不转动),地基好。如地下室外墙 2、主动土压力 Ea (土推墙动) v 墙后填土在自重作用下使墙向前运动(转动或移动 )当填土达到向下滑动的极限平衡状态时,对墙的 压力称主动土压力或土推力。 v产生条件:地基沉降不均匀;地基软弱;填 土自重产生的推力较大。 vEa所需的位移:密砂0.5%H,密实粘土1-2%H。 8.2 挡土墙侧的土压力 第第8 8章章 土压力土压力 8.2.1 土压力种类 3、被动土压力 Ep (墙推土动) v在外力作用下,墙后推压填土,当填土达到向上挤 出破坏的极限平衡状态时,土对墙的压力称被动土 压力或土抗力。 v土对桥台产生的侧向土压力属被动土压力。 v三种土压力的大
6、小关系为: EpE0Ea 8.2 挡土墙侧的土压力 第第8 8章章 土压力土压力 8.2.2 8.2.2 静止土压力计算静止土压力计算 v假定:墙背直立光滑,填土面水平。 8.2 挡土墙侧的土压力 第第8 8章章 土压力土压力 8.2.2 8.2.2 静止土压力计算静止土压力计算 静止土压力合力为 1/3H (8-1) (8-2) H/3 注意注意: :产生静止土压力时产生静止土压力时, ,墙后填土并未达到极限平衡状态墙后填土并未达到极限平衡状态 ,即没有破坏。这与主动土压力、被动土压力不同。,即没有破坏。这与主动土压力、被动土压力不同。 8.2 挡土墙侧的土压力 第第8 8章章 土压力土压力
7、 8.3 郎肯土压力理论 郎肯(郎肯(RankineRankine)于于 18591859年研究了半无限年研究了半无限 土体在自重作用下,土体在自重作用下, 处于极限平衡状态的处于极限平衡状态的 应力条件,推导出土应力条件,推导出土 压力计算公式。压力计算公式。 基本假定:基本假定:墙背直立墙背直立 光滑,填土面水平。光滑,填土面水平。 第第8 8章章 土压力土压力 William John William John MaquornMaquorn RankineRankine (1820 - 1872) (1820 - 1872) 8.3.1 8.3.1 基本假设基本假设 PaK0v v 主动
8、极限平衡应力状态主动极限平衡应力状态 第第8 8章章 土压力土压力 8.3.2 8.3.2 主动土压力主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论 1.1.无粘性土的郎肯无粘性土的郎肯 主动土压力主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.2 8.3.2 主动土压力主动土压力 令 主动土压力系数 2. 2.粘性土的郎肯主动土压力粘性土的郎肯主动土压力 8.3.2 8.3.2 主动土压力主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 2.粘性土的郎肯主动土压力 8.3.2 8.3.2 主动土压力主
9、动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 土压力分布土压力分布: : 8-14b kpa kN/m 合力作用点在距底边(H-z0)/3 2.粘性土的郎肯主动土压力 8.3.2 8.3.2 主动土压力主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 Z Z0 0 及总土压力及总土压力: : Hka 2.2.粘性土的郎肯主动土压力粘性土的郎肯主动土压力8.3.2 8.3.2 主动土压力主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 H=5m C=10kpa =20 =18kN/m3
10、+ -2cka-2cka - z0 Ea (H-z0)/3 Hka -2cka-2cka 8-14b 【解】由 【例题例题8-18-1】 44.13 H=5m C=10kpa =20 =18kN/m3 + -14-14 - Z0=1.59 Ea 30.13 【例题例题8-18-1】 临界深度临界深度Z Z 0 0 3.41 总土压力总土压力: : 合力作用点合力作用点: : 8.3.3 8.3.3 RankineRankine被动土压力被动土压力 总被动土压力总被动土压力 EpEp 方向方向: :垂直指向墙背。垂直指向墙背。 作用点:作用点:按力矩平衡求得按力矩平衡求得 8.3 8.3 郎肯土
11、压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.4 8.3.4 有超载时的主动土压力有超载时的主动土压力 ( (以郎肯主动态以郎肯主动态, c=0, c=0为例为例) ) q=q=hh 作用在假想墙高上的土压力作用在假想墙高上的土压力( (假想墙高假想墙高 为为H+hH+h) )分布为分布为: : a a = =zz k k a a z z从假想的墙顶算起从假想的墙顶算起 Z=0 Z=0 a a =0=0 Z=h Z=h a a = =hkhk a a = = qkqk a a Z=Z=H+hH+h a a = =(H+h)k(H+h)k a a = =HkHk a a +qk+q
12、k a a 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.48.3.4有超载时的主动土压力有超载时的主动土压力 上部虚设的土压力不要。则作用在真正挡土墙上的 总土压力为: Ea=qkaH+1/2H2ka 当计算熟练后,也可以不假想墙高。墙顶土压力用qka 一次算出。 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 1. 1.成层填土成层填土 ( (以郎肯主动态以郎肯主动态, c=0, c=0为例为例) ) a=z ka a点:z=0 a=0 b上点: a=1h1k
13、a1 b下点: 12 ka1ka2 1122 令 h12=h11 则 ( (等代土层法等代土层法) ) 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 1. 1.成层填土的主动土压力成层填土的主动土压力 b下点: e点: 结论:等代土层后的结果是,上层土在其下层土 中产生的侧向土压力,等于上层土的自重应力乘 以下层土的土压力系数。 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 成层土:Rankine主动土压力 c=0情况下的土压力 分布 a=zka 1.1.成层填土的主动
14、土压力成层填土的主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 相同相同kaka不变土层界面处无突变不变土层界面处无突变 。 不同,土压力分布在界面处有不同,土压力分布在界面处有 转折。转折。 不同,不同,kaka不同。不同。 大大kaka小,界小,界 面处面处 a a 有突变,反之亦然。有突变,反之亦然。 1.1.成层填土的主动土压力成层填土的主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的
15、主动土压力 将水上、水下视为两种土 层(水上用,水下用 )与求自重应力的规则相 同,按成层土情况计算. 但作用在墙背上的总压力 为总土压力与总水压力之 和. 无粘性土地下水对无粘性土地下水对 影响很小影响很小, ,可忽略不计可忽略不计. . 注意注意: :水压力各个方向相同水压力各个方向相同, ,所以不乘土压力系数所以不乘土压力系数. . 2.墙后填土有地下水 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3
16、.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 2.2.墙后填土有地下水墙后填土有地下水 作用在墙背上的作用在墙背上的 总压力:总压力: v填土中有地下水时给土压力带来以下影响: 1.水下 但却增加了静水压力,所以作用在墙背上 的总压力(土压力+水压力)增大。 2.使粘性土c 、 ,所以a 。 3.粘性土遇水膨胀,产生膨胀力。 4.冻害产生冻胀力。 正因为如此,所以墙后一般要设置排水设施。 8.3 8.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.3.5 8.3.5 非均质填土的主动土压力非均质填土的主动土压力 2.2.墙后填土有地下水墙后填土有地下水 混凝土挡土墙及复
17、合排水管 完工 完工 解: ka=tg2(450-340/2) =0.283 土压力分布为: 墙顶a1=qka=100.283=2.8kpa 墙底a2=qka+Hka =2.8+1960.283 =2.8+32.3=35.1 kpa 【例题8-2 】 例题8-2 设距墙底 z处 113.8 z=2.863+(35.1-2.8)6/22 z=2.15 m 解:由题意12则 ka1 ka2 分层界面土压力有突 变. Ka1=tg2(450-320/2) =0.307 ka2 =tg2(450-160/2) =0.568 土压力分布为: 0点 a0=zka1=0kpa (z=0) 【例题例题8-38
18、-3】 1点上 a1上=1h1ka1=1720.307=10.4 kpa 1点下 a1下=1h1ka2-2c(ka2)1/2 =1720.568-2100.5681/2= 4.2 kpa 2点 a2=1h1ka2-2c(ka2)1/2+2h2ka2 = 4.2+1930.568 = 36.6 kpa 总主动土压力: Ea=10.42/2+4.23+(36.6-4.2) 3/2 =10.4+12.6+48.6=71.6 kN/m 合力作用点: 设距底边 z 处 71.6z=10.4(3+2/3)+12.61.5+ 48.61 z=1.48 m 8.4 库仑土压力理论 vvCoulombCoulo
19、mb在在17761776年研年研 究了墙后回填砂土,究了墙后回填砂土, 挡土墙的主动土压力挡土墙的主动土压力 。把主动情况墙向前。把主动情况墙向前 移所产生的极限平衡移所产生的极限平衡 状态,看成是由墙背状态,看成是由墙背 和土体中某一平面组和土体中某一平面组 成的楔形体同时向下成的楔形体同时向下 滑动。滑动。 填土填土 B B C C E E 第第8 8章章 土压力土压力 A A D D vv土楔与墙背和土中滑动面之间都有摩擦力。土楔与墙背和土中滑动面之间都有摩擦力。 根据土楔体外力平衡条件,求出墙支撑楔形根据土楔体外力平衡条件,求出墙支撑楔形 体反力,从而求解土压力。体反力,从而求解土压力
20、。 vv基本假定:基本假定: 1.1.填土为无粘性土填土为无粘性土 c=0c=0 2.2.滑动面为平面(从墙踵开始,实为两个滑动滑动面为平面(从墙踵开始,实为两个滑动 面,墙背也是)面,墙背也是) 3.3.滑动土体为刚体(不考虑楔形体本身的压缩滑动土体为刚体(不考虑楔形体本身的压缩 变形)变形) 8.4.1 8.4.1 基本假设基本假设 第第8 8章章 土压力土压力8.4 库仑土压力理论 8.4.2 库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 (8-168-16) (8-178-17) (8-208-20) 8.4.2 8.4.2 库仑主动土压力库仑主动土压力 8.4
21、库仑土压力理论 第第8 8章章 土压力土压力 (8-228-22) Ka-库仑主动土压力系数。 Ka=f(、)查P221表8-1 -墙背倾角,俯斜取“+”,仰斜取“-” ka 8.4.2 库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 把把8-208-20式令式令dE/ddE/d=0,=0,求出求出E Emax max即为 即为E E a a 墙前墙前 俯 斜 挡 土 墙 墙前墙前 挡 土 墙 仰 斜 8.4.2 8.4.2 库仑主动土压力库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 适用适用填填方坡方坡适用适用挖挖方坡方坡 v当墙背直立(=0)光滑(
22、=0)填土面水平(=0) 时: 即:郎肯主动土压力是库仑主动土压力的一 个特例. 8.4.2 8.4.2 库仑主动土压力库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 库仑主动土压力分布(沿墙高) H/3 + 水平线 墙背法线 8.4.2 库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 库仑主动土压力分布库仑主动土压力分布( (沿墙沿墙背) ) 8.4.2 库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.4 .3 库仑被动土压力 kp 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 Kp=f(、) 8.4 .3 8.4 .3
23、库仑被动土压力库仑被动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 库仑被动土压力分布(沿墙高) - H/3 水平线 法线 8.4.3 库仑被动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 8.4.3 粘性土和粉土的库仑主动土压力 vv当填土当填土c0c0时时, ,由于由于c c的作用的作用 墙背墙背 土中滑面土中滑面 产生内聚力产生内聚力 1.1.对内聚力的考虑对内聚力的考虑: : 仍然假定仍然假定c=0,c=0,而适当提高而适当提高.(.(用用 D D 表示表示 ” ”等代内摩擦角等代内摩擦角” ”) )即用假想的无粘性土即用假想的无粘性土 取代粘性土取代粘性土
24、. . 以以C C s s = =ccl l ( (l l为滑面长度为滑面长度) )作为一个总内作为一个总内 聚力聚力. . (1)(1)对填土滑面对填土滑面 上上c c的考虑的考虑 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 v考虑除、外还考虑了c、z0( 地表裂缝深度)、q但都是直线边界。属” 数解法” vv规范法规范法 ( (自学自学) ) vv图解法图解法: : 仍然假定c=0,而适当提高.(可用拖板试 验实测) 以Cw=c墙背长度,作为一个总内聚力. (2)对墙背与填 土之间c的考虑 填土与墙背的内聚力 2.同时考虑墙背与填土的组合(四种): + 仍用前述公式计算(“等代内摩
25、角法”) + Ea Cw G R Ea R Cw G 8.4.48.4.4粘性土和粉土的库仑主动土压力粘性土和粉土的库仑主动土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 vv图解法图解法: : + Ea Cs G R G Ea R Cs 当填土面有拉 裂缝时,Cs按实 际长度计算.或 + G Ea R Cs Cw G Cw Cs R Ea 假定若干个滑动面, 从相应的闭合三角 形中找出Eamax既为 所求 教材 中的 方法 8.4 库仑土压力理论 8.4.4 8.4.4 粘性土和粉土的库仑主动土压力粘性土和粉土的库仑主动土压力 vv图解法图解法: : 8.4.5 8.4.5 有车
26、辆荷载时的土压力有车辆荷载时的土压力 8.4 库仑土压力理论第第8 8章章 土压力土压力 自学自学 分析方法填土条件挡墙条件基本计算公式方向作用点滑动面 郎 肯 理 论 1.从一点的 极限平衡状 态态推导导 2.滑体内各 点均达到极 限平衡条件 1.砂土和粘 性土c=0, c0 2.填土面水 平=0 1.墙墙背直立 =0 2.墙墙背光滑 =0 垂直指向墙墙 背(水平) 据土压压 力分布 图图形确 定 主动时动时 : cr=450+/2 被动时动时 : cr=450-/2 库 仑 理 论 1.从刚刚体静 力平衡条件 推导导 2.滑面上达 到极限平衡 状态态 1.砂土c=0 2.填土面可 为为任意
27、形 状 1.墙墙背可 为为一定倾倾 角=0, 0 2.墙墙背不一 定光滑=0 ,0 主动时动时 :与水 平面呈+ 被动时动时 :与水 平面呈- 墙墙高的 1/3,或 按土楔 形心确 定 由图图解法求得 8.5 郎肯理论与库仑理论的比较 1.1.两种理论的比较两种理论的比较 第第8 8章章 土压力土压力 2.2.对两种古典理论的评价对两种古典理论的评价 优点: 概念明确 方法简单 经验丰富 缺点: 滑动面假定为直线不符合实际 假定条件过分简化,影响计算精度 8.5 8.5 郎肯理论与库仑理论的比较郎肯理论与库仑理论的比较 第第8 8章章 土压力土压力 3. 3. 古典理论与精确解的比较古典理论与
28、精确解的比较 当当=0=0,=0=0,=0=0,c=0c=0时,三种计算结果相同。时,三种计算结果相同。 可认为郎肯理论是库仑理论的特例。可认为郎肯理论是库仑理论的特例。 若不是若不是“ “ “的情况:的情况: 对主动 土压力 Rankine 公式偏大,为精确解的124%。 Coulomb 公式偏小,为精确解的98%。 对被动 土压力 当小时,各种理论相近。当变形容许时 ,两种理论均可采用 当和较大时,库伦的误差较郎肯的大 8.5 8.5 郎肯理论与库仑理论的比较郎肯理论与库仑理论的比较 第第8 8章章 土压力土压力 uu土压力在实际工程中的应用土压力在实际工程中的应用 第第8 8章章 土压力
29、土压力 一、一、 c c、的影响的影响 c c、 、 增大增大阻滑力阻滑力 增大增大 a减小 但考虑挡土墙的长期工作状态和各种不利因素的影响, 会使抗剪强度下降,因此,为保证挡土墙的安全,需对c c 、 进行折减。 国外研究成果:取标准抗剪强度的1/3 国内有的规定: 内摩擦角标准值剪去2 C为标准值的0.30.4倍 uu土压力在实际工程中的应用土压力在实际工程中的应用第第8 8章章 土压力土压力 一、一、 c c、的影响的影响 a可使挡墙体积减小 大小取决于 墙背粗糙程度 填土颗粒大小及粗糙程度 墙背粗糙大,填土粗糙且粒大则大、大 一般:一般:00 uu土压力在实际工程中的应用土压力在实际工
30、程中的应用第第8 8章章 土压力土压力 二、二、 减小主动土压力的措施减小主动土压力的措施 减小作用在挡土墙上的主动土压力,就能减小墙身的 设计断面,或改变墙的形式,从而减少工程造价,并 使挡土墙结构的强度与稳定性更有保证。 从Rankine Coullumb主动土压力公式看: 影响因素有影响因素有 、c c、 、 、 、 1 1、墙背填料的选择、墙背填料的选择 uu土压力在实际工程中的应用土压力在实际工程中的应用第第8 8章章 土压力土压力 二、二、 减小主动土压力的措施减小主动土压力的措施 1 1、墙背填料的选择、墙背填料的选择 宜选用 轻质填料:如煤渣、矿渣(不一定是土料) 大的填料:如
31、粗砂、砾、石块等) 据研究,当、h为定值,如果 =20、30、40 时 a a (比值)为(比值)为 4.94.9:3.33.3:2.22.2 说明:用说明:用=40=40代替代替=20=20的填料,主动土压力可以的填料,主动土压力可以 降低一倍以上。从而可以有效地降低挡土墙断面。另降低一倍以上。从而可以有效地降低挡土墙断面。另 外,粗砾料浸水后外,粗砾料浸水后 改变很小,一般可忽略。改变很小,一般可忽略。 uu土压力在实际工程中的应用土压力在实际工程中的应用第第8 8章章 土压力土压力 二、二、 减小主动土压力的措施减小主动土压力的措施 2 2、挡土墙截面形状的选择、挡土墙截面形状的选择 改变墙背的几何形状能对减小主动土压力有明显作用 悬臂式钢筋砼挡土墙BB 以上的自重应力使底板 与基土间的摩擦阻力增 大,有利于墙的稳定 第第8 8章章 土压力土压力 作业:P229230 8-58-9
链接地址:https://www.31doc.com/p-2626171.html