《土力學(xué)課件-第八章土壓力與擋土墻》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué)課件-第八章土壓力與擋土墻（40頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,*,*,*,第八章 土壓力和擋土墻,,本章主要內(nèi)容,,8.1 擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,,8.2 靜止土壓力計(jì)算,,8.3 蘭金土壓力理論,,8.4 庫(kù)倫土壓力理論,,8.5 常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,,8.6 其他情況土壓力計(jì)算,,8.7 擋土墻設(shè)計(jì),,8.8 埋管土壓力,一、擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,,擋土墻,是用來(lái)支撐天然或人工斜坡不致坍塌，以保持土體穩(wěn)定性的一種構(gòu)筑物。,,,土壓力,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)向壓力。,§8.1 擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,,圖

2、擋土墻應(yīng)用舉例,擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,靜止土壓力：E,,0,,主動(dòng)土壓力：,E,,a,,被動(dòng)土壓力：E,,p,,二、土壓力的類型,,圖 擋土墻的三種土壓力,,(a),主動(dòng)土壓力；,(b),被土土動(dòng)力；,(c),靜止土壓力,,擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,E,,a,,<,,E,,o,,<,,E,,p,,,,,,,,擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,§8.2 靜止土壓力計(jì)算,,1. 土體中一點(diǎn)的自重應(yīng)力狀態(tài),,?,cz,=,?,,z,,?,cx,,=,,?,cy,,=,,K,,o,,?,z,,,2. 靜止土壓力,,,強(qiáng)度,,p,,0,,=,,?,cx,,=,,?,cy,,=,,K,,0,?,z（三

3、角形分布）,,合力,E,,0,= (1/2),K,0,,?H,,2,,（合力作用點(diǎn)在距墻底(1/3)H的位置）,圖 靜止土壓力的分布,,靜止土壓力計(jì)算,,3. 靜止土壓力系數(shù),K,,0,的確定,,,（1）經(jīng)驗(yàn)值：,,砂土,K,,0,= 0.34~0.45,,粘性土,K,,0,= 0.5~0.7,,（2）半經(jīng)驗(yàn)公式法：,,,K,,0,=,,1,,-,,sin,?,,?,,(,無(wú)粘性土和正常固結(jié)土,),,K,,0,= (OCR),0.41,(1,,-,,sin,?,,?,,),(,超,固結(jié)土,),,式中:,?,,?,— 土的有效內(nèi)摩擦角(,0,)。,,（3）日本《建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》建議，,

4、,不分土的種類，,K,,0,= 0.5 。,靜止土壓力計(jì)算,,§8.3 蘭金土壓力理論,,一、基本原理,,(a) 半空間內(nèi)的微元體；(b) 摩爾圓表示的蘭金主動(dòng)和被動(dòng)狀態(tài)；,,(c) 半空間的蘭金,主動(dòng)狀態(tài),；(d) 半空間的蘭金,被動(dòng)狀態(tài),。,圖 半空間土體的極限平衡狀態(tài),二、主動(dòng)土壓力,1、極限平衡條件,,粘性土：,,?,1,=,,?,3,tan,2,(45,o,+,?,/,2) + 2,c,·,tan(45,o,+,?,/,2),,,或,,?,3,=,,?,1,tan,2,(45,o,-,?,/,2) - 2,c,·,tan(45,o,-,?,/,2),,無(wú)粘性土：,,?,1,=,,?

5、,3,tan,2,(45,o,+,?,/,2),,,或,,?,3,=,,?,1,tan,2,(45,o,-,?,/,2),,,對(duì)于擋土墻，如果墻背直立、光滑、填土表面水平。那么，在主動(dòng)土壓力條件下，,?,,cz,=,?,z,是最大主應(yīng)力，,?,,cx,=,?,,cy,=,p,a,是最小主應(yīng)力，所以：,,2. 土壓力分布（強(qiáng)度）,,對(duì)砂土：,,,p,a,=,?,ztan,2,(45,o,-,?,,/2) =,?,z,K,a,,,對(duì)粘性土：,,,p,a,=,,?,ztan,2,(45,?,-,?,,/2),,-,,2,c·,tan(45,?,-,,?,,/2) =,?,z,K,a,- 2,cK,a

6、,1/2,,,,上式中：,,,K,a,— 主動(dòng)土壓力系數(shù)，,K,a,=,,tan,2,(45,o,-,φ,/2)；,,,?,— 墻后填土的重度，kN/m,3,，地下水位以下用有效重度；,,,c,— 填土的粘聚力，kPa；,,,?,— 填土的內(nèi)摩擦角，度；,,z — 所計(jì)算的點(diǎn)離填土面的高度，m。,,,圖 蘭金主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖,,（a）主動(dòng)土壓力的計(jì)算；,,（b）無(wú)粘性土；,,（c）粘性土,,3. 總主動(dòng)土壓力,,考慮單位長(zhǎng)度的擋土墻：,,1) 對(duì)于無(wú)粘性土：作用于擋土墻上的總的主動(dòng)土壓力,E,a,為：,,,E,a,= (1/2),?,H,,2,tan,2,(45,?,-,?,,/2),,或

7、,E,a,= (1/2),?,H,,2,K,a,,,2) 對(duì)于粘性土：需要首先求出產(chǎn)生裂縫的臨界深度z,0,（該深,,度的土壓力為零），,,z,0,= 2,c,/(,γ,K,a,1/2,),,總的主動(dòng)土壓力,E,a,為：,,,E,a,= (1/2)(,H,- z,0,)(,?,HK,a,-,,2,cK,a,1/2,),,= (1/2),?,H,,2,K,a,-,,2,cHK,a,1/2,+,,2,c,2,/,,?,三、被動(dòng)土壓力,,,在被動(dòng)土壓力條件下，,?,,z c,=,?,z,是最小主應(yīng)力，,?,,x,=,p,p,是最大主應(yīng)力，所以：,,,1. 對(duì)砂土：,,,p,p,=,?,z,tan,2

8、,(45,o,+,?,,/2),=,?,z,K,p,,,,,E,p,= (1/2),?,H,2,K,p,,,2. 對(duì)粘性土：,,,p,p,=,,?,ztan,2,(45,?,+,?,/2),,+,,2,c,·,tan(45,?,+,?,,/2) =,?,z,K,p,+ 2,cK,p,1/2,,,,E,p,= (1/2),?,H,,2,K,p,+,,2,cHK,p,1/2,,,,圖 蘭金被動(dòng)土壓力的計(jì)算,,（,a,）被動(dòng)土壓力的計(jì)算；（,b,）無(wú)粘性土；（,c,）粘性土,,§8.4 庫(kù)倫土壓力理論,基本假設(shè)是,：,①墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力,c,= 0）；②墻后有一,剛,性滑動(dòng)楔體，也就

9、是不考慮楔體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，僅考慮整體的極限平衡狀態(tài)。③,滑動(dòng)破裂面,為一平面。,,,庫(kù)倫土壓力理論就是從剛性楔體的靜力平衡條件推出的土壓力計(jì)算理論。,一、主動(dòng)土壓力,取,1m長(zhǎng),的擋土墻進(jìn)行,分析,，如下圖（,a,）所示。,,圖 按庫(kù)倫理論求主動(dòng)土壓力,,（,a,）土楔,ABC,上的作用力，（,b,）力矢三角形；,,（,c,）主動(dòng)土壓力分布圖,在力矢三角形中運(yùn)用正弦定理可得：,,E,=,W,,sin(,θ,-,φ,),/sin[180,0,-(,θ,-,φ,+,ψ,)],,=,W,,sin(,θ,-,φ,),/sin (,θ,-,φ,+,ψ,),,根據(jù)解析幾何，容易求得滑動(dòng)楔體的截面,?,A

10、BC,的,,面積，也就能夠得到滑動(dòng)土楔的重量,W,：,,,W,= (,?,H,2,,/,,2)cos(,α-β)cos(θ-α),,/ [cos,2,α×,sin,(,θ-β)],,將該式代入上面的式子可得：,,,E,= (,?,H,2,,/,,2)cos(,α-β)cos(θ-α)sin(θ-φ),,/,,[cos,2,α,×,sin,(,θ-β),×,sin(θ-φ+ψ)],,,,顯然，,E,=,f,(,θ,),令d,E,/d,θ,= 0,，并可得到真正的主動(dòng)土壓力：,,,E,a,= (1/2),?,H,2,K,a,,在墻背垂直(,?(?),,=,,0,)、光滑(,?,,=,,0,)，填土

11、面水平(,?,,=,,0,)時(shí)，,,庫(kù)倫主動(dòng)土壓力系數(shù)與蘭金主動(dòng)土壓力系數(shù)相等。,,,為求得主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,p,a,，可將,E,a,對(duì)z求導(dǎo)數(shù)，即：,,,p,a,= d,,E,a,/,,d,z,=,?,zK,a,,可見(jiàn)，主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高也是三角形分布，作用點(diǎn),,同樣在離墻底,H,,/,,3,處，,方向位于墻背法線的上方，,并與法線,,成,?,角，或與水平面成,? (?),,+,?,角，但要注意，大多數(shù)土壓力,,分布圖只表示了其大小，而沒(méi)有表示作用方向。,二、被動(dòng)土壓力,圖 按庫(kù)倫理論求被動(dòng)土壓力,,（,a,）土楔,ABC,上的作用力；,,（,b,）力矢三角形；,,（,c,）被動(dòng)土壓力的分布

12、圖,,同樣取,1m長(zhǎng),的擋土墻進(jìn)行,分析,，如下圖（,a,）所示。,,90,0,,-,,α,,+,δ,與求主動(dòng)土壓力的原理一樣，可以求得被動(dòng)土壓力,,的庫(kù)倫公式為：,,,E,p,= (1/2),?,H,,2,K,p,,,式中,K,p,為,庫(kù)倫被動(dòng)土壓力系數(shù),,,,對(duì)于庫(kù)倫被動(dòng)土壓力理論，僅僅要求同學(xué)們掌握,,基本假設(shè)和推導(dǎo)原理。,三、粘性土的庫(kù)侖土壓力,庫(kù)倫土壓力理論假設(shè)墻后填土是理想的碎散體，因此，,,從理論上說(shuō)只適用于無(wú)粘性填土。但在實(shí)際工程中常,,不得不采用粘性填土，為了考慮粘性土的內(nèi)聚力,c,對(duì)土,,壓力數(shù)值的影響，在應(yīng)用庫(kù)倫公式時(shí)，曾有將內(nèi)摩擦,,角,?,,增大，采用所謂“等值內(nèi)摩擦

13、角,?,D,”來(lái)綜合考慮內(nèi),,聚力對(duì)土壓力的影響，但誤差較大。建議用圖解法確,,定：,假設(shè)滑動(dòng)土楔為A,?,BD,,?,,D ，則作用于土楔上的力有下圖,,中的5個(gè)，由力矢多邊形可以確定土壓力,E,的數(shù)值。假定,,若干個(gè)滑動(dòng)面可以試算出若干個(gè)土壓力,E,i,，其中的最大,,值即為總主動(dòng)土壓力,E,a,。,圖,6-10,圖解法求解粘性填土的主動(dòng)土壓力,,蘭金理論與庫(kù)倫理論的比較,一、分析方法的異同,,1. 相同點(diǎn)：蘭金與庫(kù)倫土壓力理論均屬于極限狀態(tài)土,,壓力理論。,,2. 不同點(diǎn)：蘭金理論是從研究土中一點(diǎn)的極限平衡應(yīng),,力狀態(tài)出發(fā)，先求出土壓力強(qiáng)度,p,a,或,p,p,及其分布，,,再計(jì)算總的土

14、壓力,E,a,或,E,p,。庫(kù)倫理論則是根據(jù)土楔,,整體處于極限平衡狀態(tài)，用靜力平衡條件，直接求,,出作用在墻背上的總土壓力,E,a,或,E,p,，需要時(shí)再算出,,土壓力強(qiáng)度,p,a,或,p,p,。,二、適用范圍不同,,1. 蘭金理論,,(1) 墻背與填土面條件：?,= 0，,?,= 0，,?,= 0；,,(2),土質(zhì)條件：,無(wú)粘性土與粘性土均可用。,,2. 庫(kù)倫理論,,(1) 墻背與填土面條件：所有情況；,,(2) 土質(zhì)條件：,一般只適用于無(wú)粘性土。但如果,,采用圖解法則對(duì)無(wú)粘性土或粘性土均可方便應(yīng)用。,,三、計(jì)算誤差,,蘭金理論計(jì)算的主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏??；,,庫(kù)倫理論計(jì)算的主動(dòng)土

15、壓力偏小，被動(dòng)土壓力偏大。,,但兩種理論計(jì)算的主動(dòng)土壓力誤差都不大，而兩種,,理論計(jì)算的被動(dòng)土壓力誤差都較大,,按照比較嚴(yán)格理論，考慮墻背與填土之間的摩擦角,?,，,,土體內(nèi)的滑裂面是由一段平面和一段對(duì)數(shù)螺線曲面所組成,,的復(fù)合滑動(dòng)面,,蘭金與庫(kù)倫土壓力理論都認(rèn)為滑裂面是平,,面，這是導(dǎo)致計(jì)算誤差的主要原因。,§8.5 常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,,一、成層土的土壓力,,當(dāng)墻后填土由性質(zhì)不同的土層組成時(shí)，土壓力將受到不同填土性質(zhì)的影響，當(dāng)墻背豎直、填土面水平時(shí)，常用蘭金理論計(jì)算。,圖,,層狀土層的土壓力,,在兩層無(wú)粘性填土?xí)r：,,1. 當(dāng)z ≤,H,1,時(shí)，,p,a,=,?,1,,z,,·,K,a

16、1,,2. 當(dāng)z >,H,1,時(shí)，,p,a,= [,?,1,H,1,+,,?,2,(z,,-,,H,1,)]·,K,a2,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,二、墻后填土中有地下水,地下水位對(duì)土壓力的影響表現(xiàn)在:（,1,）地下水位以下填土的重量因受到水的浮力而減小，計(jì)算土壓力時(shí)應(yīng)用浮容重,?,,?,；（,2,）地下水對(duì)填土的強(qiáng)度指標(biāo),c,、,?,,有,影響。一般認(rèn)為對(duì)砂性土的影響可以忽略，但對(duì)粘性填土，將使,c,、,?,,值減小，從而使主動(dòng)土壓力增大；（,3,）地下水本身對(duì)墻背有靜水壓力作用。,,,下面我們來(lái)看一看均勻無(wú)粘性土中有地下水位時(shí)土壓力的計(jì)算：,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,圖,,墻后有地下水位時(shí)土壓力計(jì)

17、算,作用在擋土墻上的總壓力應(yīng)為土壓力,E,a,與水壓力,E,w,之和。,,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,三、填土表面有荷載作用,,1. 連續(xù)均布荷載作用,,（,a,）擋土墻墻背垂直，填土面水平且有連續(xù)均布荷載,q,作用（如下圖）。填土是無(wú)粘性土，則：,,p,a,= (,q,+,?,,z),,K,a,,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,（b）若擋土墻墻背及填土面均為傾斜平面，如下(a),,圖所示?？烧J(rèn)為滑裂面位置不變，與沒(méi)有均布荷載作,,用時(shí)相同，只是在計(jì)算每一滑動(dòng)楔體重量,W,時(shí)，應(yīng)將,,滑動(dòng)楔體范圍內(nèi)的均布荷載,G,=,ql,考慮在內(nèi)，如(c,),圖,,所示，然后即可按圖解法求出總主動(dòng)土壓力,E,a,。,圖,,

18、填土面上有連續(xù)均布荷載作用,,(a) (b) (c),,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,2. 局部荷載作用,圖,,填土表面有局部荷載作用,,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,,請(qǐng)同學(xué)們注意以下幾點(diǎn)：,,（1）既然沒(méi)有給出,c,就說(shuō)明填土為粗粒土。,,（2）地下水對(duì)粗粒土,φ,的影響可以忽略。,,（3）分界面上下垂直應(yīng)力是相等的，只是土壓,,力系數(shù)不同。,,（4）地下水位以下土壓力的計(jì)算要用有效重度,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,四、墻背形狀有變化的情況,1.,折線形墻背,,圖,,折線墻背土壓力計(jì)算,,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,2.,

19、墻背設(shè)有卸荷平臺(tái),,圖,,帶卸荷平臺(tái)的擋土墻土壓力計(jì)算,,常見(jiàn)情況的土壓力計(jì)算,五、填土性質(zhì)指標(biāo)與填土材料的選擇,,1.,填土性質(zhì)指標(biāo),,,計(jì)算土壓力要用,?,，,c,、,?,,，以及,?,,。這些,指標(biāo)的大小應(yīng)盡量通過(guò)試驗(yàn)確定，實(shí)在不能進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，才參考一些經(jīng)驗(yàn)值；,容重,?一般為,17~19kN/m,3,；粗粒,土,的,c,= 0，,?,可以參考教材P,232,表6-7選用；細(xì)粒,土的,c,、,?,,值最好用有效強(qiáng)度指標(biāo),c,,?,、,?,,?，但在實(shí)踐中,，對(duì)高度,5m,左右的一般擋土墻，可采用三軸固結(jié)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo),?,,cu,，,c,,cu,或直剪固結(jié)快剪指標(biāo),?,cq,，,c,,

20、cq,。對(duì)一些高度較大，填土速度較快的重要擋土墻，則宜用三軸不排水剪指標(biāo),?,,uu,，,c,uu,。,,,2.,填土材料的選擇,,墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的無(wú)粘性土。對(duì)于高度低,,于,5-6m,的擋土墻，填土往往是就地取材的，若填土采,,用粘性土料時(shí)，宜摻入適量的塊石。一定要避免用成,,塊的硬粘土作填料，因?yàn)檫@種土浸濕后，將產(chǎn)生很大,,的膨脹力。在季節(jié)性凍土地區(qū)，墻后填土應(yīng)選用非凍,,脹性填料，如爐渣，碎石，粗礫等。,,第八章 總結(jié),一、牢記,,,1. 主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力等概念。,,2. 蘭金土壓力、庫(kù)倫土壓力的假設(shè)條件，基本原理（推演方法），適用條件。,,,二、熟練運(yùn)用蘭金理論對(duì)多種情況下的土壓力進(jìn)行計(jì)算,,,三、熟悉庫(kù)侖土壓力計(jì)算方法,