擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力 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 EE 返回本章 第1頁(yè)/共44頁(yè) 被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力 土壓力 n1.靜止土壓力 n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 在擋土墻背的土壓力 Eo 第2頁(yè)/共44頁(yè) n2.主動(dòng)土壓力 n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 Ea n3.被動(dòng)土壓力 n播放動(dòng) 畫 n播放動(dòng) 畫 Ep 滑裂面 n在外力作用下，擋土

2、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 第3頁(yè)/共44頁(yè) n4.三種土壓力之間的關(guān)系 -+ + - E o ap Ea Eo Ep n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： n1. Ea E o Ep n2. p a 第4頁(yè)/共44頁(yè) 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 h z K0z oo KhE 2 2 1 z h/3 靜止土壓力 系數(shù) zKp oo 靜止土壓力強(qiáng)度 靜止土壓力系數(shù) 測(cè)定方法： n1.通過(guò)側(cè)限條 件下的試驗(yàn)測(cè)定 n2.采用經(jīng)驗(yàn)公 式K0 = 1-sin 計(jì)算 n3

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 第5頁(yè)/共44頁(yè) n1.擋土墻背垂直、光滑 n2.填土表面水平 n3.墻體為剛性體 z= z x K0z z f=0 pa Kaz pp Kpz 增加 減小 45o- / 2 45o / 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 返回本章 第6頁(yè)/共44頁(yè) papp f zK0z f =c+ tan 土體處于 彈性平衡 狀態(tài) 主動(dòng)極限 平衡狀態(tài) 被動(dòng)極限 平衡狀態(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)朗肯狀態(tài)，1方向豎直，剪切 破壞面與

4、豎直面夾角為45o-/2 45o-/245o/2 處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，3方向豎直，剪切 破壞面與豎直面夾角為45o/2 第7頁(yè)/共44頁(yè) 45o/2 h 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 土體處于朗肯主動(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(1) pa(3) 極限平衡條件 2 45tan2 2 45tan2 13 oo c 朗肯主動(dòng)土壓 力系數(shù) aaa KczKp2 朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 z 第8頁(yè)/共44頁(yè) h/3 Ea hKa 當(dāng)c=0,無(wú)粘性土 aaa KczKp

5、2 朗肯主動(dòng)土 壓力強(qiáng)度 aa zKp h n1.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 n2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 n3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處 a Kh2)2/1 ( 第9頁(yè)/共44頁(yè) 2cKa Ea (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 n1. 土的自重引起的土壓力zKa n2. 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z0 02 0 aaa KcKzp )/(2 0a Kcz n1.粘性土主動(dòng)土

6、壓力強(qiáng)度存在負(fù) 側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮） n2.合力大小為分布圖形的面積（ 不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分） n3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即 作用在離墻底(h-z0)/3處 2/)2)( 0aaa KchKzhE aaa KczKp2 z0 hKa-2cKa 第10頁(yè)/共44頁(yè) 極限平衡條件 2 45tan2 2 45tan2 31 oo c 朗肯被動(dòng)土壓 力系數(shù) ppp KczKp2 朗肯被動(dòng)土 壓力強(qiáng)度 z(3) pp(1) 45o/2 h z 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 后土體處于朗肯被動(dòng)狀 態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一 組滑裂

7、面，它與小主應(yīng) 力面夾角45o/2，水平應(yīng)力增 大到最大極限值 第11頁(yè)/共44頁(yè) 當(dāng)c=0,無(wú)粘性土 ppp KczKp2 朗肯被動(dòng)土 壓力強(qiáng)度 pp zKp n1.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 n2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 n3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處 h hKp h/3 Ep p Kh2)2/1 ( 第12頁(yè)/共44頁(yè) 當(dāng)c0, 粘性土 粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分 n1. 土的自重引起的土壓力zKp n2. 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 ppp KchKhE2)2/1 ( 2

8、n1.粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū) n2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積 n3.合力作用點(diǎn)在梯形形心 土壓力合力 h Ep 2cKp hKp 2cKp hp ppp KczKp2 第13頁(yè)/共44頁(yè) h=6m =17kN/m3 c=8kPa =20o 第14頁(yè)/共44頁(yè) 主動(dòng)土壓力系數(shù) 49. 0 2 45tan 2 o a K 墻底處土壓力強(qiáng)度 kPaKchKp aaa 8.382 臨界深度 mKcz a 34.1)/(2 0 主動(dòng)土壓力 mkNKchKzhE aaa /4 .902/ )2)( 0 主動(dòng)土壓力作用點(diǎn) 距墻底的距離 mzh55. 1)(3/1 ( 0 2

9、cKa z0 Ea (h-z0)/3 6m hKa-2cKa 第15頁(yè)/共44頁(yè) n1.填土表面有均布荷載（以無(wú)粘性土為例） z q h 填土表面深度z處豎向應(yīng)力為 (q+z) A B 相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 aa Kqzp)( A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度 aaA qKp B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度 aaB Kqhp)( 若填土為粘性土，c0 臨界深度z0 /)/(2 0 qKcz a z0 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 z q 第16頁(yè)/共44頁(yè) n2.成層填土情況（以無(wú)粘性土為例 ） A B C D 1，1 2，2 3，3 paA paB

10、上 paB下 paC下 paC上 paD 擋土墻后有幾層不同類的土 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 h1h2h3 0 aA p 111aaB Khp 上上 A點(diǎn) B點(diǎn)上界面 B點(diǎn)下界面211aaB Khp 下下 C點(diǎn)上界面 C點(diǎn)下界面 22211 )( aaC Khhp 上上 32211 )( aaC Khhp 下下 D點(diǎn) 3332211 )( aaD Khhhp 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 第17頁(yè)/共44頁(yè) n3.墻后填土存在地下水（以無(wú)粘性土為例） A B C (h1+ h2)Ka wh2 擋土墻后

11、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 0 aA p A點(diǎn) B點(diǎn) aaB Khp 1 C點(diǎn) aaaC KhKhp 21 土壓力強(qiáng)度 水壓力強(qiáng)度 B點(diǎn)0 wB p C點(diǎn)2 hp wwC 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 h1h2 h 第18頁(yè)/共44頁(yè) h=5m 1=17kN/m3 c1=0 1=34o 2=19kN/m3 c2=10kPa 2=16o h1 =2mh2 =3m A B C Ka10.307 Ka20.568 第19頁(yè)/

12、共44頁(yè) A B C h=5m h1=2mh2=3m A點(diǎn)0 11 aaA zKp B點(diǎn)上界面 kPaKhp aaB 4 .10 111 上上 B點(diǎn)下界面 kPaKcKhp aaaB 2 .42 22211 下下 C點(diǎn) kPaKcKhhp aaaC 6 .362)( 2222211 主動(dòng)土壓力合力mkNEa/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .10 10.4kPa 4.2kPa 36.6kPa 第20頁(yè)/共44頁(yè) n1.墻后的填土是理想散粒體 n2.滑動(dòng)破壞面為通過(guò)墻踵的平面 n3.滑動(dòng)土楔為一剛塑性體，本身無(wú)變形 n二、庫(kù)侖土壓力 G h C A B q 墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

13、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： n3.墻背對(duì)土楔的反力E,大小未知，方 向與墻背法線夾角為 ER n1.土楔自重G=ABC,方向豎直向下 n2. 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 返回本章 第21頁(yè)/共44頁(yè) 第22頁(yè)/共44頁(yè) 土楔在三力作用下，靜力平衡 G h A C B q ER )cos()sin(cos )sin()cos()cos( 2 1 2 2 qq qq hE 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

14、 動(dòng)面 2 2 2 2 )cos()cos( )sin()sin( 1)cos(cos )(cos 2 1 hEa aa KhE 2 2 1 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， 排水情況查表確定 第23頁(yè)/共44頁(yè) 主動(dòng)土壓力與墻高的平方成 正比 aa a a zKKz dz d dz dE p 2 2 1 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 （） h h Ka h A C B Ea h/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 aa KhE 2 2 1 主動(dòng)

15、土壓力 第24頁(yè)/共44頁(yè) =10o =15o =20o 4.5m A B =10o Ea h/3 【解答】 由=10o，=15o，=30o ，=20o查表得到 480.0 a K mkNKhE aa /1 .85 2 1 2 土壓力作用點(diǎn)在距墻底 h/3=1.5m處 第25頁(yè)/共44頁(yè) n朗肯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 n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)） n二、三種土壓力在實(shí)際

16、工程中的應(yīng) 用 n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 返回本章 第26頁(yè)/共44頁(yè) n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。 Ea 30%Ep n擋土墻產(chǎn)生向填土方向的擠壓 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 第27頁(yè)/共44頁(yè) n擋土墻下端不動(dòng)，上端外移 ，墻背壓力按直線分布，總壓

17、 力作用點(diǎn)位于墻底以上H/3 n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 n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/3 H/2 H/3 第28頁(yè)/共44頁(yè) n1.墻后有局部均布荷載情況 n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 aa qKp n2.填土面不規(guī)則的情 況 n填土面不規(guī)則情況，采用作 圖法求解，假定一系列滑動(dòng)

18、面，采用靜力平衡求出土壓 力中最大值 第29頁(yè)/共44頁(yè) n3.墻背為折線形情況 n墻背由不同傾角的平面AB 和BC組成，先以BC為墻背 計(jì)算BC面上土壓力E1及其分 布，然后以AB的延長(zhǎng)線AC 作為墻背計(jì)算ABC 面上土 壓力,只計(jì)入AB段土壓力E2 ，將兩者壓力疊加得總壓力 B A C C E2 E1 h Ea z q aca KhE 2 )2/1 ( A B pa pb )1/( aa qKp )1/()( ab Kqhp hc/2 主動(dòng)土壓力 其中：c為主動(dòng)土壓力增大系數(shù) 分布 情況 第30頁(yè)/共44頁(yè) n1.重力式擋土墻 塊石或素混凝土砌筑而成，靠自 身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗 剪

19、強(qiáng)度都較低。墻身截面尺寸大 ，一般用于低擋土墻。 n2.懸臂式擋土墻 鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸 臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成， 靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定， 墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身 截面尺寸小，充分利用材料特性 ，市政工程中常用 墻頂 墻基 墻趾 墻面 墻背 墻趾墻踵 立壁 鋼筋 返回本章 第31頁(yè)/共44頁(yè) n3.扶壁式擋土墻 針對(duì)懸臂式擋土墻立臂受力后彎 矩和撓度過(guò)大缺點(diǎn)，增設(shè)扶壁， 扶壁間距（0.81.0）h，墻體 穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持 n4.錨定板式與錨桿式擋土墻 預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼 拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn) 定由拉桿和錨定板來(lái)維持 墻趾 墻踵 扶壁 墻板 錨定

20、板 基巖 錨桿 第32頁(yè)/共44頁(yè) n（一）.穩(wěn)定性驗(yàn)算： n（二）.地基承載力驗(yàn)算 擋土墻計(jì)算內(nèi)容 n（三）.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 2、抗滑穩(wěn)定 1、抗傾覆穩(wěn)定 第33頁(yè)/共44頁(yè) 第34頁(yè)/共44頁(yè) 1、抗傾覆驗(yàn)算 zf Ea Eaz Eax G 0 6 . 1 0 fax faz t zE xEGx K 抗傾覆穩(wěn)定條件: )cos( aaz EE )sin( aax EE cotzbxf 0 tanbzz f 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻 趾O點(diǎn)向外傾覆 O xf z 6.1 傾覆力矩 覆力矩 抗 傾 2 1 M M Kt 抗傾覆力矩： f xxEazGM0 1 傾覆力矩： f EaxZM 2

21、(一） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 第35頁(yè)/共44頁(yè) 第36頁(yè)/共44頁(yè) 2、抗滑移驗(yàn)算 3 . 1 )( tat ann s GE EG K 抗滑穩(wěn)定條件: 0 cosGGn )cos( 0 aan EE Ea Ean Eat G Gn Gt 0 O 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ) 底面發(fā)生滑動(dòng) 0 sinGGt )sin( 0 aat EE 為基底摩 擦系數(shù)，根 據(jù)土的類別 查表得到 3.1 力 滑 動(dòng) 力 抗滑 動(dòng) 2 1 F F Ks 抗滑力： n) GEan(1F 滑動(dòng)力： tGEat2F 第37頁(yè)/共44頁(yè) 第38頁(yè)/共44頁(yè) n1.墻背傾斜形式 重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜三 種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜 合確定