擋土結(jié)構(gòu)物及土壓力講義PPT(80頁)

1、土壓力計算排水管排水孔混凝土墻土工織物反濾砂礫石料第二章?lián)跬翂?Retaining wall土壓力Earth pressure土壓力Earth pressure土2.1 概述2.2 靜止土壓力計算2.3 朗肯(Rankine)土壓力理論2.4 庫侖(Coulomb)土壓力理論2.5 土壓力問題的討論2.6 工程中擋土墻的土壓力計算本章目錄2.1 概述什么是擋土結(jié)構(gòu)物 Retaining structure什么是土壓力 Earth pressure影響土壓力的因素一、 擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）及土壓力擋土結(jié)構(gòu)物：用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)

2、構(gòu)物。 2.1概述支撐天然斜坡E拱橋橋臺E擋土墻上的土壓力：由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。擋土墻類型（按剛度及位移方式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻錨桿板樁板樁變形 2.1概述剛性擋土墻：本身變形極小，只能發(fā)生整體位移 重力式懸臂式扶壁式 錨拉式 2.1概述Rigid wall支撐天然斜坡E地下室側(cè)墻E填土E填土堤岸擋土墻拱橋橋臺E 2.1概述擋土墻漿砌塊石 2.1概述護(hù)坡樁形成的擋土結(jié)構(gòu) 2.1概述土工格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻 2.1概述 2.1概述加筋土擋墻 2.1概述 2.1概述 2.1概述 2.1概述柔性擋土墻：本身會

3、發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力 實測 計算板樁錨桿基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布 2.1概述本部分要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點。 2.1概述3.被動土壓力（Passive earth pressure)二、 土壓力的種類1.靜止土壓力（Earth pressure at rest)2.主動土壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺 2.1概述墻體位移與土壓力類型 2.1概述靜止土壓力H+- = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%0d =D/H=0 地下室 E=E0地下室

4、側(cè)墻E填土 2.1概述主動土壓力墻體外移，土壓力逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最小)EH+土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0 2.1概述被動土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最大)土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%0- 2.1概述2.2 靜止土壓力計算靜止土壓力墻體不發(fā)生任何位移 = 0相當(dāng)于天然地基土的應(yīng)力狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)） k0 應(yīng)力狀態(tài)嵌巖的擋土墻地下室2.2靜止土壓力計算svsvshp0=shzK0: 靜止土壓力系數(shù) 對于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：K0=n/(1-n) 對于砂土、正常固結(jié)粘土由于土

5、的 n 很難確定，K0 常用經(jīng)驗公式計算靜止土壓力計算HzE0總靜止土壓力2.2靜止土壓力計算形心1/3H2若墻后填土中有地下水，則計算靜止土壓力時，水中土的重度應(yīng) 取浮重度2.2靜止土壓力計算2.3 朗肯土壓力理論1 朗肯極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。3fv=zK0v主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)s1s345+f/21fv=zK0v被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 2.3 朗肯土壓力理論s1s3s3s145-f/22 朗肯土壓力計算假定： 墻背垂直光滑，填土表面水平Hsvsh于是： sv、 sh為主應(yīng)力，且sv=zz 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動

6、土壓力計算填土為無粘性土（砂土）s145+f/2豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力無粘性土的極限平衡條件z于是：主動土壓力強(qiáng)度pa=3fv=zK0v pa=s3 2.3 朗肯土壓力理論s145+f/2 pa=s3z主動土壓力強(qiáng)度朗肯主動土壓力系數(shù)總主動土壓力 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動土壓力計算填土為無粘性土（砂土）朗肯主動土壓力計算填土為粘性土豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：主動土壓力強(qiáng)度pa=3fv=zK0v 2.3 朗肯土壓力理論主動土壓力強(qiáng)度朗肯主動土壓力系數(shù)負(fù)號45+f/2z0z0zz0 zz0 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動土壓力計算填土為粘

7、性土HEa總主動土壓力z0 2.3 朗肯土壓力理論朗肯主動土壓力計算填土為粘性土例題朗肯被動土壓力計算填土為無粘性土（砂土）豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力45-f/2無粘性土的極限平衡條件于是：被動土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0v pp=s1s3z 2.3 朗肯土壓力理論45-f/2 pp=s1s3z被動土壓力強(qiáng)度朗肯被動土壓力系數(shù)總被動土壓力 2.3 朗肯土壓力理論朗肯被動土壓力計算填土為無粘性土（砂土）朗肯被動土壓力計算填土為粘性土豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：被動土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0v 2.3 朗肯土壓力理論朗肯被動土壓力計算填土為粘性

8、土被動土壓力強(qiáng)度朗肯被動土壓力系數(shù)正號EpH總被動土壓力 2.3 朗肯土壓力理論小結(jié)：朗肯土壓力理論墻背垂直光滑主動和被動極限平衡條件砂土和粘性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3 2.3 朗肯土壓力理論粘性土的主動土壓力HEa不支護(hù)直立開挖的最大深度z0 2.3 朗肯土壓力理論主動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù) 2.3 朗肯土壓力理論2.4 庫侖土壓力理論墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時？庫侖土壓力理論庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)墻背傾斜，具有傾角墻背粗糙，與填土摩擦角為填土表面有傾角出發(fā)點：平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面假設(shè)條件：剛體滑動假

9、設(shè)：破壞土楔為剛體，滑動楔體整體處于極限平衡狀態(tài) 2.4 庫侖土壓力理論ACHB無粘性土的主動土壓力WER WRE- =90- 、E 2.4 庫侖土壓力理論EEa庫侖主動土壓力系數(shù)Ea特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時，與朗肯理論等價 土壓力分布：三角形分布 2.4 庫侖土壓力理論ABCH無粘性土的被動土壓力WRE + =90+- 、EWER 2.4 庫侖土壓力理論EEp庫侖被動土壓力系數(shù)土壓力分布：三角形分布 2.4 庫侖土壓力理論圖解法當(dāng) 填土表面不是平面時 2.4 庫侖土壓力理論庫爾曼（Culmann）圖解法W方向Ea方向=90- 2.4 庫侖土壓力理論粘性填土的土壓力W中包括B

10、CDE 2.4 庫侖土壓力理論 2.5 土壓力問題的討論1 、分析方法E朗肯理論庫侖理論土體內(nèi)各點均處于極限平衡狀態(tài)：極限應(yīng)力法剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態(tài)：滑動楔體法先求土壓力強(qiáng)度p先求總土壓力E極限平衡狀態(tài)兩種土壓力理論的比較 2.5 土壓力問題的討論朗肯理論庫侖理論 墻背條件墻背光滑豎直 墻背可以是傾斜粗糙的 填土條件填土水平填土表面為水平或者傾斜的E2 、應(yīng)用條件3 計算誤差朗肯土壓力理論 WREaEa實際0WREpEp 主動土壓力 偏大 被動土壓力 偏小 2.5 土壓力問題的討論3 計算誤差庫侖土壓力理論 實際滑裂面不一定是平面 主動土壓力 偏小 被動土壓力 偏大滑動面滑動面主動

11、土壓力搜索得到的不一定是最大值被動土壓力搜索得到的不一定是最小值 2.5 土壓力問題的討論對于無粘性土，朗肯理論由于忽略了墻背面的摩擦影響，計算的主動土壓力偏大，用庫倫理論則比較符合實際。但是，在工程設(shè)計中由于考慮到朗肯計算公式簡便，誤差偏于安全方面，常用朗肯計算。 對于有粘聚力的粘性填土，用朗肯土壓力公式可以直接計算，用庫侖理論卻不能計算，往往用折減內(nèi)摩擦角的辦法考慮粘聚力的影響，誤差可能較大。 計算被動土壓力用假定平面破壞面的庫侖理論，誤差太大，用朗肯理論計算，誤差相對小一些，但也是偏大的。 在實際工程問題中，土壓力計算是比較復(fù)雜的。計算誤差結(jié)論 工程中使用被動土壓力較少。因為所需相對位移

12、太大 2.5 土壓力問題的討論三種典型土壓力在實際工程中的應(yīng)用對于一般的擋土墻，土壓力通常都可按主動土壓力計算。對于直接澆注在基巖上的擋土墻在設(shè)計中常將主動土壓力增大25作為計算的土壓力，如圖所示。填土壓實，土壓力將增大，甚至可能超過靜止土壓力。被動土壓力發(fā)生在墻向填土方向的位移比較大的情況，要求位移量達(dá)到墻高的0.02到0.05。這樣大的位移是工程中所不允許的。因此，在驗算擋土墻的穩(wěn)定性時，不能全部采用被動土壓力的數(shù)值，通常取其30。 2.5 土壓力問題的討論擋土墻位移對土壓力的影響若墻的下端不動，上端向外移動，壓力為直線分布，總應(yīng)力作用在墻底面上H/3處，如圖(a)所示。當(dāng)上端的移動達(dá)到相

13、當(dāng)數(shù)值時，填土發(fā)生破壞，此時作用在墻上的土壓力為主動土壓力。 若墻的上端不動下端向外移動時，位移的大小不能使填土發(fā)生主動破壞，壓力為曲線分布。總應(yīng)力作用在墻底面以上H/2處，如圖（b）所示。 若墻的上端和下端都向外移動，位移的大小未使填土發(fā)生主動破壞，壓力也是曲線分布，如圖（c）所示，總應(yīng)力作用在H/2附近。當(dāng)位移超過圖（a）上端轉(zhuǎn)動所發(fā)生的主動破壞的位移時，填土中也將發(fā)生主動破壞，壓力成為直線分布，壓力作用點降至H/3處。 2.5 土壓力問題的討論2.6 工程中擋土墻的土壓力計算 幾種常見的土壓力計算1. 填土上有荷載2. 成層填土情況3. 填土中有水4. 坦墻5. 折線墻背面上的土壓力6.

14、開挖情況下的土壓力7. 地震時的土壓力2.6幾種常見的主動土壓力計算1 填土上有荷載s145+f/2pa=3fv=z+qK0vz pa=s3q朗肯土壓力理論1 填土上有荷載庫侖土壓力理論2.6幾種常見的主動土壓力計算局部荷載朗肯理論 2.6幾種常見的主動土壓力計算局部荷載庫侖理論 WERqWREaEaQ2.6幾種常見的主動土壓力計算2 成層填土情況g1 f1 c1g2 f2 c2H1H22.6幾種常見的主動土壓力計算f2 f1c1= c2=0 時g2 f2 H1H2g1 f1 f1 = f2 時 g2 g1 g2 0c1 0 c2 = 0c1、 c2不為0 時g2 f2 H1H2g1 f1 g

15、1 = g2 f2 = f1 時2.6幾種常見的主動土壓力計算H1H23 填土中有水水下部分用浮容重土壓力土壓力 水壓力靜水情況水壓力2.6幾種常見的主動土壓力計算4 坦墻a acr=45o-f/2(1) 垂直于假設(shè)墻面CD上主動土壓力 Ea=1/2KaH2 (2) 作用在真實墻面AC上的土壓力WEaEa第一滑裂面第二滑裂面WEa2.6幾種常見的主動土壓力計算crEaW2.6幾種常見的主動土壓力計算5 折線墻背面上的土壓力Ea1dEa2+CABDADCB小擋土墻土壓力假設(shè)完整擋土墻土壓力的一部分2.6幾種常見的主動土壓力計算6 開挖情況的土壓力 在天然地基、天然土坡及老填土中開挖，然后建造擋土

16、墻，若開挖面較陡，墻后填土受到限制而不可能出現(xiàn)庫侖理論的破壞面時，則不能用前述公式計算作用在墻背上的土壓力。如左圖所示，應(yīng)當(dāng)考慮開挖線內(nèi)滑動土體的平衡條件，用力矢三角形圖解法求解作用在墻背上的土壓力，還要再假定填土性質(zhì)與開挖線以下的老土性質(zhì)相同，用前述公式計算作用在墻背上的土壓力，取這兩種計算中數(shù)值較大的一個。如果開挖面較緩，未限制填土中出現(xiàn)庫侖理論的破壞面，就按填土的性質(zhì)計算土壓力。 2.6幾種常見的主動土壓力計算7 地震時的土壓力(1)地震慣性力：水平地震系數(shù) Kh = ah /g 水平慣性力W Kh 垂直地震系數(shù) Kv = av /g 垂直慣性力W Kv擬靜力法（物部-岡部公式）(2) 虛擬自重WW=W(1-Kv)Secq于是 g = g (1-Kv)Secqtgq = Kh /(1-Kv)2.6幾種常見的主動土壓力計算(3) 整體繞點B逆時針旋轉(zhuǎn)q(4) 用庫侖理論得到地震下動土壓力 Eae= (1-Kv)/2g H2Kae式中：Kae = f (q, a, b, f, d)b =b+qa =a+qH =Hcos(a+q )/cos a2.6幾種常見的主動