擋土墻土壓力計(jì)算_yg

1、第六章 擋土墻土壓力計(jì)算第一節(jié) 概述第二節(jié) 靜止土壓力計(jì)算第三節(jié) 朗肯土壓力理論第四節(jié) 庫倫土壓力理論第五節(jié) 若干問題的討論第六章 第1頁/共43頁第一節(jié) 概述擋土墻：用來側(cè)向支持土體的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng) 稱為擋土墻。土壓力：被支持的土體 作用于擋土墻 上的側(cè)向壓力。一、擋土結(jié)構(gòu)物的類型擋土墻的常見類型：（如圖）第六章 第2頁/共43頁按常用的結(jié)構(gòu)形式分：重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻第六章 第3頁/共43頁按剛度及位移方式分：剛性擋土墻、柔性擋土墻 、臨時支撐第六章 第4頁/共43頁二、墻體位移與土壓力類型 墻體位移的方向和位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力性質(zhì)和土壓力大小。太沙基的模型試驗(yàn)結(jié)果第六章

2、第5頁/共43頁三種土壓力的關(guān)系：靜止土壓力對應(yīng)于圖中A點(diǎn) 墻位移為0，墻后土體 處于彈性平衡狀態(tài)主動土壓力對應(yīng)于圖中B點(diǎn) 墻向離開填土的方向位 移，墻后土體處于主動 極限平衡狀態(tài)被動土壓力對應(yīng)于圖中C點(diǎn) 墻向填土的方向位移，墻后土體處于被動極限平衡 狀態(tài)PaP00.1H繞墻頂轉(zhuǎn)動0.05H粘土主動平移0.004H繞墻趾轉(zhuǎn)動0.004H第六章 第8頁/共43頁擋土墻在土壓力作用下，不向任何方向發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。當(dāng)擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉(zhuǎn)動或平行移動，且位移達(dá)到一定量時，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現(xiàn)滑動面 ，這時在

3、擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力。 當(dāng)擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)動或平行移動時，土壓力逐漸增大，當(dāng)位移達(dá)到一定量時，潛在滑動面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)，填土內(nèi)開始出現(xiàn)滑動面 ，這時作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動土壓力。第六章 第9頁/共43頁第二節(jié) 靜止土壓力計(jì)算hvhvh=p0zzzH(a)(b) 靜止土壓力強(qiáng)度（p0）可按半空間直線變形體在土的自重作用下無側(cè)向變形時的水平側(cè)向應(yīng)力h來計(jì)算。 下圖表示半無限土體中深度為z處土單元的應(yīng)力狀態(tài)：第六章 第10頁/共43頁 設(shè)想用一擋土墻代替單元體左側(cè)的土體，擋土墻墻背光滑，則墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)并沒

4、有變化，仍處于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)。 豎向應(yīng)力為自重應(yīng)力： z=z 水平向應(yīng)力為原來土體內(nèi)部應(yīng)力變成土對墻的應(yīng)力，即為靜止土壓力強(qiáng)度p0： p0=h=K0z第六章 第11頁/共43頁K0HH3P0(c)zpf=c+tg(d)h=p0zzH(b) 靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，作用于墻背面單位長度上的總靜止土壓力（P0）： P0的作用點(diǎn)位于墻底面往上1/3H處，單位kN/m。 （d）圖是處在靜止土壓力狀態(tài)下的土單元的應(yīng)力摩爾圓，可以看出，這種應(yīng)力狀態(tài)離破壞包線很遠(yuǎn)，屬于彈性平衡應(yīng)力狀態(tài)。 第六章 第12頁/共43頁第三節(jié) 朗肯土壓力理論一、基本原理 朗肯理論的基本假設(shè)： 1.墻本身是剛性的，不考慮墻身的

5、變形； 2.墻后填土延伸到無限遠(yuǎn)處，填土表面水平（=0）； 3.墻背垂直光滑（墻與垂向夾角 =0，墻與土的摩擦角=0）。 1857年英國學(xué)者朗肯（Rankine）從研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計(jì)算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。第六章 第13頁/共43頁表面水平的均質(zhì)彈性半空間體的極限平衡狀態(tài)圖第六章 第14頁/共43頁 土體內(nèi)每一豎直面都是對稱面，地面下深度z處的M點(diǎn)在自重作用下，垂直截面和水平截面上的剪應(yīng)力均為零，該點(diǎn)處于彈性平衡狀態(tài)（靜止土壓力狀態(tài)），其大小為： 用1、3作摩爾應(yīng)力圓，如左圖所示。其中 3 （ h）既為靜止土壓力強(qiáng)度。 hvhvz(a)zpf=c

6、+tg(d)第六章 第15頁/共43頁二、主動土壓力的計(jì)算 用1，3作摩爾應(yīng)力圓，如圖中應(yīng)力圓I所示。 使擋土墻向左方移動，則右半部分土體有伸張的趨勢，此時豎向應(yīng)力v不變，墻面的法向應(yīng)力h減小。v 、h仍為大小主應(yīng)力。當(dāng)擋土墻的位移使得h減小到土體已達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，則h減小到最低限值pa ，即為所求的朗肯主動土壓力強(qiáng)度。第六章 第16頁/共43頁第六章 第17頁/共43頁對于粘性土：第六章 第18頁/共43頁三、被動土壓力的計(jì)算 同計(jì)算主動土壓力一樣用1、3作摩爾應(yīng)力圓，如下圖。 使擋土墻向右方移動，則右半部分土體有壓縮的趨勢，墻面的法向應(yīng)力h增大 。h、 v為大小主應(yīng)力。當(dāng)擋土墻的位移使

7、得h增大到使土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，則h達(dá)到最高限值pp ，即為所求的朗肯被動土壓力強(qiáng)度。第六章 第19頁/共43頁第六章 第20頁/共43頁對于粘性土：第六章 第21頁/共43頁o+-BA C F B LL D E pa 90-四、實(shí)際工程中朗肯理論的應(yīng)用Pa（一）無限斜坡面的土壓力計(jì)算第六章 第22頁/共43頁（二）坦墻土壓力計(jì)算當(dāng)墻背傾角45-/2時，滑動土楔不再沿墻背滑動，墻后土體中出現(xiàn)兩個滑動面的擋土墻稱為坦墻。第六章 第23頁/共43頁cr=45-/2第六章 第24頁/共43頁第六章 第25頁/共43頁（四）填土成層和有地下水時的土壓力計(jì)算地下水水位以下用浮容重和水下的值(a)(b

8、)(c)第六章 第26頁/共43頁（三）填土表面有均布荷載作用時pazqHqKaHKaz第六章 第27頁/共43頁第四節(jié) 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論是從楔體的靜力平衡條件得出的?；炯僭O(shè)：a.滑動破裂面為通過墻踵的平面（平面滑裂面）。b.擋土墻是剛性的（剛體滑動）。 c.滑動楔體 處于極限平衡狀態(tài)（極限平衡）。第六章 第28頁/共43頁（一）無粘性土主動土壓力一、數(shù)解法HACRBWP-CRB180-(+-)PWPR第六章 第29頁/共43頁180-(+-)第六章 第30頁/共43頁第六章 第31頁/共43頁（二）無粘性土被動土壓力第六章 第32頁/共43頁二、圖解法（一）庫爾曼圖解法第六章

9、第33頁/共43頁第六章 第34頁/共43頁（二）粘性填土的土壓力第六章 第35頁/共43頁第六章 第36頁/共43頁（三）折線形墻背第六章 第37頁/共43頁第五節(jié) 若干問題的討論相同點(diǎn)：都屬于極限狀態(tài)土壓力理論不同點(diǎn)：朗肯理論從土體中一點(diǎn)的極限平衡狀 態(tài)出發(fā)，由處于極限平衡狀態(tài)時的大 小主應(yīng)力關(guān)系求解（極限應(yīng)力法）； 庫倫理論根據(jù)墻背與滑裂面之間的土 楔處于極限平衡，用靜力平衡條件求 解（滑動楔體法） 。一、分析方法的異同第六章 第38頁/共43頁二、朗肯與庫倫理論的適用范圍朗肯理論的適用范圍：1=0，=0，=0；2 =0， ；3 0， (45- /2)的坦墻；4L型鋼筋混凝土擋土墻；5填土為粘性土或無粘性土。第六章 第39頁/共43頁庫倫理論的適用范圍（較朗肯理論廣）：1當(dāng) 0；2墻背形狀復(fù)雜，墻后填土與荷載條件復(fù)雜時；3墻背傾角 (45- /2)的陡墻；4數(shù)解法用于無粘性土，圖解法對于粘性土和 無粘性土均可