《荷載與結構設計方法》第3章側壓力分析

1、第第3章章 側壓力側壓力 1z =z0apn為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 2第第3章章 側壓力側壓力n為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 3第第3章章 側壓力側壓力n為什么要研究土壓力為什么要研究土壓力 4第第3章章 側壓力側壓力n土的自重應力土的自重應力 5第第3章章 側壓力側壓力 均勻土的自重應力均勻土的自重應力 cz在在均質土中沿水平面均質土中沿水平面均勻分布均勻分布，沿深度方向，沿深度方向為為直線分布直線分布czcz線zzazcz=z天然地面任意水平面的分布任意水平面的分布沿深度的分布沿深度的分布n土的自重應力土的自重應力 6第第3章章 側壓力側壓力 成層土的自重應力成層土的

2、自重應力 cz沿深度方向為沿深度方向為折線分布折線分布1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4天然地面h2h3h4cz線czzh11234成層土自重應力分布成層土自重應力分布n土的自重應力土的自重應力 7第第3章章 側壓力側壓力 土層中有地下水土層中有地下水 由于由于水位以下水位以下的土層受到水的浮力作用，所以的土層受到水的浮力作用，所以用用有效重度代替天然重度有效重度代替天然重度來進行來進行計算計算=sat- w天然地面cz地下水位面wh3+h4()1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124線cz3含含地下

3、水地下水的土的土自重應力分布自重應力分布n土的自重應力土的自重應力 8第第3章章 側壓力側壓力 地下水位以下存在不透水層地下水位以下存在不透水層 水浮力只對不透水層以上有影響水浮力只對不透水層以上有影響，不透水層以不透水層以下下各層土的自重應力等于它上面覆蓋的各層土的自重應力等于它上面覆蓋的水土總水土總重重天然地面cz地下水位面wh31h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124線cz不透水層+h3w+3存在不透水層存在不透水層的土自重應力分布的土自重應力分布n土的側向壓力土的側向壓力土體坍塌土體坍塌9第第3章章 側壓力側壓力約束不住導致土體坍

4、塌約束不住導致土體坍塌n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的工程應用擋土墻的工程應用 10第第3章章 側壓力側壓力擋土墻的工程應用擋土墻的工程應用建筑工程建筑工程水利工程水利工程道路工程道路工程鐵路工程鐵路工程n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類11第第3章章 側壓力側壓力擋土墻的分類擋土墻的分類按墻體材料按墻體材料磚石磚石素混凝土素混凝土鋼筋混凝土鋼筋混凝土按結構形式按結構形式重力式重力式懸臂式懸臂式錨拉式錨拉式扶壁式扶壁式n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類12第第3章章 側壓力側壓力按墻體材料劃分按墻體材料劃分磚石磚石素混凝土素混凝土鋼筋混凝土鋼筋混凝土n土的側向

5、壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類13第第3章章 側壓力側壓力 按結構形式劃分按結構形式劃分n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類14第第3章章 側壓力側壓力 按結構形式劃分按結構形式劃分n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類15第第3章章 側壓力側壓力 按結構形式劃分按結構形式劃分n土的側向壓力土的側向壓力擋土墻的分類擋土墻的分類16 按結構形式劃分按結構形式劃分第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力- -剛性擋土墻剛性擋土墻 17第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力- -剛性擋土墻剛性擋土墻 18第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力

6、土的側向壓力- -柔性擋土墻柔性擋土墻 19錨桿錨桿板樁板樁第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力- -柔性擋土墻柔性擋土墻 20第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力定義定義21第第3章章 側壓力側壓力土的側向壓力一般簡稱為土壓力，它是墻后填土土的側向壓力一般簡稱為土壓力，它是墻后填土的的自重自重或或填土表面的荷載填土表面的荷載對墻背產生的側向壓力對墻背產生的側向壓力n土的側向壓力土的側向壓力影響因素影響因素22第第3章章 側壓力側壓力影響土壓力大小及分布的因素影響土壓力大小及分布的因素墻身的位移情況墻身的位移情況度及結構形式度及結構形式墻體材料、高墻體材料、高墻后填

7、土的性質墻后填土的性質墻和地基之間的摩擦特性墻和地基之間的摩擦特性n土的側向壓力土的側向壓力分類分類23第第3章章 側壓力側壓力分類原則分類原則擋土墻的移動情況擋土墻的移動情況墻后土體的應力狀態(tài)墻后土體的應力狀態(tài)靜止土壓力靜止土壓力主動土壓力主動土壓力被動土壓力被動土壓力分類結果分類結果n土的側向壓力土的側向壓力分類分類24第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力靜止土壓力靜止土壓力25第第3章章 側壓力側壓力地下室外墻地下室外墻受到樓板的支撐作用，可以認為在土壓力作用下受到樓板的支撐作用，可以認為在土壓力作用下不產生位移不產生位移計算地下室外墻計算地下室外墻時采用靜止土壓時采用靜止

8、土壓力力n土的側向壓力土的側向壓力靜止土壓力靜止土壓力26第第3章章 側壓力側壓力 恒祥首府恒祥首府 因在此樓地下因在此樓地下室設置地鐵站室設置地鐵站出口出口 需進行加固改需進行加固改造造n土的側向壓力土的側向壓力靜止土壓力靜止土壓力27第第3章章 側壓力側壓力 地下二層剪力墻開洞地下二層剪力墻開洞n土的側向壓力土的側向壓力靜止土壓力靜止土壓力28第第3章章 側壓力側壓力 地下二層地下二層地下一層新增樓梯一部地下一層新增樓梯一部 地下一層頂樓板開洞地下一層頂樓板開洞n土的側向壓力土的側向壓力靜止土壓力靜止土壓力29第第3章章 側壓力側壓力 一般樓板開洞只一般樓板開洞只需設置邊梁即可需設置邊梁即

9、可 此樓板不僅承受此樓板不僅承受豎向力，同時是豎向力，同時是擋土墻的支撐擋土墻的支撐 樓板開洞后需設樓板開洞后需設置臥梁來抵抗擋置臥梁來抵抗擋土墻后的土壓力土墻后的土壓力n土的側向壓力土的側向壓力主動土壓力主動土壓力30第第3章章 側壓力側壓力 重力式擋土墻重力式擋土墻破壞時墻體移動破壞時墻體移動 深基坑支護深基坑支護 驗算支撐間的擋土墻承載力驗算支撐間的擋土墻承載力E0 驗算擋土墻的整體傾覆驗算擋土墻的整體傾覆Ean土的側向壓力土的側向壓力被動土壓力被動土壓力31第第3章章 側壓力側壓力拱橋橋臺拱橋橋臺 什么情況下要采用被動土壓力什么情況下要采用被動土壓力來進行設計？來進行設計？ 相同截面的

10、梁和拱，哪一個結構能夠承擔更大相同截面的梁和拱，哪一個結構能夠承擔更大的豎向荷載？為什么？的豎向荷載？為什么？n土的側向壓力土的側向壓力土壓力的大小關系土壓力的大小關系32第第3章章 側壓力側壓力EaE0Epn土的側向壓力土的側向壓力種類的判別方式種類的判別方式33第第3章章 側壓力側壓力n土的側向壓力土的側向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）34第第3章章 側壓力側壓力 抗剪強度與正應力之間的關系抗剪強度與正應力之間的關系或n土的側向壓力土的側向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）35第第3章章 側壓力側壓力 抗剪強度與正應力之間的關系抗剪強度與正應

11、力之間的關系n土的側向壓力土的側向壓力土壓力基本原理（朗金理論）土壓力基本原理（朗金理論）36第第3章章 側壓力側壓力 抗剪強度包絡線抗剪強度包絡線抗剪強度包絡線土體完好土體破壞 = 0時，時， = c 隨著正應力的增加，隨著正應力的增加，土的抗剪強度線性土的抗剪強度線性提高提高 包絡線下方的區(qū)域包絡線下方的區(qū)域表示土體完好；包表示土體完好；包絡線上方的區(qū)域表絡線上方的區(qū)域表示土體已破壞示土體已破壞n土的側向壓力土的側向壓力墻后土體應力狀態(tài)墻后土體應力狀態(tài)37第第3章章 側壓力側壓力 朗金土壓力理論的基本原理朗金土壓力理論的基本原理（彈性靜止狀態(tài)彈性靜止狀態(tài)） 的基本假定的基本假定 土體為半空

12、間彈性體；墻背豎直光滑；土體為半空間彈性體；墻背豎直光滑；填土面水平填土面水平z =zzx=K0zK0zZn土的側向壓力土的側向壓力墻后土體應力狀態(tài)墻后土體應力狀態(tài)38第第3章章 側壓力側壓力 三三種應力狀態(tài)種應力狀態(tài)：彈性靜止狀態(tài)、塑性主動狀態(tài)彈性靜止狀態(tài)、塑性主動狀態(tài)和塑性被動狀態(tài)和塑性被動狀態(tài)z =z0ap 摩爾應力圓摩爾應力圓原理原理n土的側向壓力土的側向壓力應力圓與微元體應力圓與微元體42第第3章章 側壓力側壓力z =z0ap 摩爾應力圓摩爾應力圓原理原理 應力圓上一個應力圓上一個點點代表微元體的一個代表微元體的一個面面，點點的的坐標坐標分別為所分析平面上的分別為所分析平面上的正應力

13、正應力和和剪應力剪應力。 應力圓上的兩點之間的應力圓上的兩點之間的夾角夾角是微元體兩個相是微元體兩個相應的面之間的夾角的應的面之間的夾角的2倍倍。n土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算43第第3章章 側壓力側壓力 靜止土壓力靜止土壓力 深度深度Z處的靜止土壓力強度為處的靜止土壓力強度為0=K0zHK0HZzK0zn土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算44第第3章章 側壓力側壓力 靜止土壓力靜止土壓力 與深度成正比，沿墻高呈三角形分布與深度成正比，沿墻高呈三角形分布02021KHEHE0K0HH/3n土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算45第第3章章 側壓力側

14、壓力 主動土壓力主動土壓力 無無黏黏性土性土: 主動土壓力強度主動土壓力強度 a=zKa 主動土壓力主動土壓力:2aa12EH KZ0(H-Z0)KaH -2c KaKaHn土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算46第第3章章 側壓力側壓力 主動土壓力主動土壓力 黏黏性土性土: 主動土壓力強度主動土壓力強度： 臨界深度臨界深度： 主動土壓力主動土壓力: aaa2KczK a02Kcz22aaa122c2cEH KHKZ0(H-Z0)KaH -2c Kan土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算47第第3章章 側壓力側壓力 被被動土壓力動土壓力 無無黏黏性土性土: 被被動土壓力

15、強度動土壓力強度 p=zKp 被被動土壓力動土壓力:2pp12EH KKpHKpH+KpKpn土的側向壓力土的側向壓力土壓力的計算土壓力的計算48第第3章章 側壓力側壓力 被被動土壓力動土壓力 黏黏性土性土: 被被動土壓力強度動土壓力強度： 被被動土壓力動土壓力: ppp2zKc K ppp122EHc KHK（）KpH+KpKpn土的側向壓力土的側向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算49第第3章章 側壓力側壓力 (1)成層土體中成層土體中的土壓力計算的土壓力計算 兩種思路：兩種思路： 先求豎向壓力，再乘以相應土層主動土壓力先求豎向壓力，再乘以相應土層主動土壓力系數；（推薦方法）

16、系數；（推薦方法） 把第把第1層土換算成第層土換算成第2層土的高度和密度。層土的高度和密度。 計算哪層土用哪層土的參數。計算哪層土用哪層土的參數。n土的側向壓力土的側向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算50第第3章章 側壓力側壓力 (1)成層土體中的土壓力計算成層土體中的土壓力計算 第第1層土：層土： 上表面：上表面： 下表面：下表面： 第第2層土：層土： 上表面：上表面： 下表面：下表面：1102aaKc012h1h21111112aaaKcKh2221112aaaKcKh222221122)(aaaKcKhhn土的側向壓力土的側向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計

17、算51第第3章章 側壓力側壓力 (2) 土體表面受連續(xù)均布荷載土體表面受連續(xù)均布荷載 第一種思路：先求豎向應力，再第一種思路：先求豎向應力，再乘以乘以系數系數qKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H) 無無黏黏性土性土： 黏黏性土性土：)(aaqzKaaa2)(KcqzKn土的側向壓力土的側向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓力計算52第第3章章 側壓力側壓力 (2) 土體表面受連續(xù)均布荷載土體表面受連續(xù)均布荷載 第第二二種思路：種思路：用假想的土層代替均布荷載用假想的土層代替均布荷載 假想土層厚度為假想土層厚度為：h=q/ 填土總高度填土總高度為：為：h+H 擋土墻底面的土擋土墻底面的土壓力為壓力為： （h+H）KaqKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H)n土的側向壓力土的側向壓力特殊情況下的土壓力計算特殊情況下的土壓