土壓力培訓(xùn)課件（PPT49P）

第八八章章土土壓壓力力1.概述述2.擋土土墻墻上上的的土土壓壓力力3.朗肯肯土土壓壓力力理理論論4.庫侖侖土土壓壓力力理理論論5.地基基破破壞壞型型式式6.地基基臨臨塑塑荷荷載載和和臨臨界界荷荷載載7.地基基的的極極限限承承載載力力—土壓壓力力與與土土坡坡穩(wěn)穩(wěn)定定性性—土坡坡可可分分為為天天然然土土坡坡和和人人工工土土坡坡，，由由于于人人工工開開挖挖和和不不利利的的自自然然因因素素，，土土坡坡可可能能發(fā)發(fā)生生整整體體滑滑動動而而失失穩(wěn)穩(wěn)。。土土坡坡的的滑滑塌塌常常造造成成嚴(yán)嚴(yán)重重的的工工程程事事故故，，并并危危及及人人身身安安全全。。因因此此對對影影響響工工程程安安全全的的天天然然邊邊坡坡或或人人工工邊邊坡坡都都應(yīng)應(yīng)進進行行邊坡坡的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性驗驗算算，，對對不不穩(wěn)穩(wěn)定定邊邊坡坡宜宜采采取取必必要要的的工工程程措措施施予予以以加加固固。。對對于于某某些些人人工工邊邊坡坡，，如如高高層層建建筑筑深深基基坑坑周周緣緣、、人人工工堆堆填填土土邊邊緣緣，，由由于于空空間間限限制制使使邊邊坡坡角角設(shè)設(shè)計計很很陡陡，，臨臨空空面面附附近近的的土土體體會會沿沿著著直直線線面面或或弧弧形形面面下下滑滑，，因因此此必必須須預(yù)預(yù)先先采采用用擋擋土土墻墻等等結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物以以平平衡衡土土坡坡的的側(cè)側(cè)向向壓壓力力，，我我們們把把這這種種壓壓力力稱稱為為土土壓壓力力。。土土壓壓力力的的計計算算是是對對人人工工土土坡坡進進行行支支擋擋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計的的前前提提。?！?-1概述述擋土土墻墻的的用用途途：：為防防止止土土坡坡發(fā)發(fā)生生滑滑動動和和坍坍塌塌，，需需用用各各種種類類型型的的擋擋土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物加加以以支支擋擋。。擋擋土土墻墻是是最最常常見見的的支支擋擋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物。。用用于于工工民民建建、、水水利利水水電電工工程程、、鐵鐵路路、、公公路路、、橋橋梁梁、、港港口口、、航航道道等等。。擋土土墻墻的的類類型型：：按擋擋土土墻墻結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類類型型分分為為：：重力力式式、、懸懸臂臂式式、、扶扶臂臂式式、、錨錨桿桿式式、、加加筋筋土土擋擋土土墻墻；；按建建筑筑材材料料分分類類：：磚砌砌、、塊塊石石、、素素混混、、鋼鋼混混擋土土墻墻應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例§8-2擋土土墻墻上上的的土土壓壓力力1土壓壓力力試試驗驗擋土土墻墻的的模模型型試試驗驗，，可可以以量量測測擋擋土土墻墻不不同同位位移移方方向向，，產(chǎn)產(chǎn)生生3中不不同同的的土土壓壓力力。。板板側(cè)側(cè)安安裝裝壓壓力力盒盒，，考考察察：：板靜靜止止不不動動；；板板向向離離開開填填土土的的臨臨空空方方向向移移動動或或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動；；把把板板向向填填土土方方向向推推，，壓壓力力盒盒測測得得的的土土壓壓力力2土壓壓力力種種類類a.靜止止土土壓壓力力E0墻靜靜止止不不動動，，土土對對墻墻的的壓壓力力；；b.主動動土土壓壓力力Ea擋土土墻墻離離開開土土體體，，土土體體主主動動推推墻墻，，至至土土體體達(dá)達(dá)到到極極限限平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)時時，，作作用用在在墻墻上上的的土土壓壓力力；；c.被動動土土壓壓力力Ep擋土土墻墻向向土土體體方方向向偏偏移移至至土土體體達(dá)達(dá)到到極極限限平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)時時，，作作用用在在墻墻上上的的土土壓壓力力；；擋土土墻墻的的三三種種土土壓壓力力(a)主動動土土壓壓力力；；(b)被土土土土動動力力；；(c)靜止止土土壓壓力力3影響響土土壓壓力力的的因因素素：：擋土土墻墻上上土土壓壓力力的的大大小小及及其其分分布布規(guī)規(guī)律律受受到到墻墻體體可可能能移移動動的的方方向向、、填填土土的的種種類類、、填填土土的的形形式式、、墻墻的的截截面面剛剛度度和和地地基基的的變變形形等等一一系系列列因因素素的的影影響響；；擋土土墻墻的的位位移移：：其方方向向,大小小是是影影響響土土壓壓力力大大小小的的主主要要因因素素?fù)跬镣翂Φ牡男涡螤顮睿海簤Ρ潮城榍闆r況，，涉涉及及采采用用的的計計算算理理論論填土土的的性性質(zhì)質(zhì)：：填土土的的密密實實程程度度、、填填土土表表面面形形態(tài)態(tài)擋土土墻墻的的建建筑筑材材料料：：主主要要決決定定墻墻的的表表面面是是否否光光滑滑Ea<Eo<EpΔp>>Δa墻身身位位移移和和土土壓壓力力的的關(guān)關(guān)系系§8.3靜止止土土壓壓力力計算算公公式式：K0(土側(cè)側(cè)壓壓力力系系數(shù)數(shù)或或靜靜止止土土壓壓力力系系數(shù)數(shù))取值:半經(jīng)驗公公式:經(jīng)驗值K0：砂土0.34-0.45；粘性土土0.5-0.7靜止土壓壓力分布：呈三角形形分布，，墻頂z=0，壓力為為0；墻底部部z=H，靜止土壓壓力合力力：（三角形形分布））合力作用點：靜止土壓壓力三角角形分布布圖重心心，即下下H/3處靜止土壓壓力的分分布§8-4朗肯土壓壓力理論論Rankine于1857年研究了了半無限限土體在在自重作作用下，，處于極極限平衡衡狀態(tài)的的應(yīng)力條條件，推推倒出土土壓力計計算公式式，即朗朗肯土壓壓力理論論。1.土體主動動和被動動朗肯狀狀態(tài)半無限土土體在自自重作用用下，離離地表z處取一單單位微體體M，其應(yīng)力力狀態(tài)：：a，主動朗朗肯狀態(tài)態(tài)土體水平平向伸展展，逐逐漸漸減小至至，，為為大主主應(yīng)力，，大主應(yīng)應(yīng)力面為為水平面面，極限限平衡時時破壞面面與大主主應(yīng)力面面夾角半空間土土體的極極限平衡衡狀態(tài)(a)半空間內(nèi)內(nèi)的微元元體；(b)摩爾圓表表示的主主動和被被動朗肯肯狀態(tài)；；(c)半空間的的主動朗肯肯狀態(tài)；(d)半空間的的被動朗肯肯狀態(tài)。b，被動朗朗肯狀態(tài)態(tài)土體水平平向壓縮縮逐逐漸漸增大至至，，為為大主主應(yīng)力，，大主應(yīng)應(yīng)力面為為豎直平平面。將上述理理論應(yīng)用用于擋土土墻，首首先使墻墻后土體體應(yīng)力狀狀態(tài)符合合半空間間的應(yīng)力力狀態(tài)，，即假設(shè)設(shè)墻后土土體表面面水平；；墻背直直立；墻墻背光滑滑。2.主動土壓壓力極限平衡衡狀態(tài)條條件；粘性土：：無粘性土土：利用為為大主應(yīng)應(yīng)力，，為為小小主應(yīng)力力有：粘性土：：無粘性土土：Ka--主動土壓壓力系數(shù)數(shù)，主動土壓壓力分布布、總土土壓力及及其作用用點：無粘性土土：三角角形分布布，作用用點離墻墻底H/3處粘性土主主動土壓壓力包括括：土自自重引起起的土壓壓力，，和由由粘聚力力c引起的負(fù)負(fù)側(cè)壓力力。。實際際粘聚力力不會產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)側(cè)側(cè)壓力，，則主主動土壓壓力為：：z0為主動土土壓力為為零處距距填土面面的深度度，常稱稱為受拉拉區(qū)高度度：代入上式式有：gg222221cKcHKHEaaa-=+3.被動土壓壓力利用為為小小主應(yīng)力力,大主應(yīng)力力有有：粘性土：：Kp--被動土壓壓力系數(shù)數(shù)，無粘性土土：被動土壓壓力分布布、總土土壓力及及其作用用點：無粘性土土：三角角形分布布，作用用點離墻墻底H/3處粘性土被被動土壓壓力包括括：土自重引引起的土土壓力，，和由粘粘聚力c引起的側(cè)側(cè)壓力。。粘性土的的被動土土壓力強強度呈梯梯形分布布，被動動土壓力力通過梯梯形壓力力分布圖圖的形心心。§8.5幾種情況況下的土土壓力計計算1.填土面有有均布荷荷載a）連續(xù)均均布荷載載q方法：將將均布荷荷載換算算成當(dāng)量量的土層層厚度作作用（虛虛構(gòu)）;由均布荷荷載q換算成虛虛構(gòu)填土土高,產(chǎn)生的土土壓力按按墻高為為h+H計算。b）填土面面和墻背背傾斜當(dāng)量土層層的厚度度仍為，，由于填填土面和和墻背傾傾斜，假假想的墻墻高應(yīng)為為h’+H，其中，，然后后同樣按按假想的的直立墻墻背無荷荷載情況況計算c）均布荷荷載從墻墻背后某某一距離離開始2.填土成層層計算土壓壓力時，，第一層層按均質(zhì)質(zhì)土計算算，第二二層時，，第一層層土按重重度換算算成與第第二層土土相同的的當(dāng)量土土層，厚厚度為,以為為墻高高，按第第二層的的參數(shù)進進行均質(zhì)質(zhì)土計算算，算至至第二層層底面；；第三層層，則需需要再按按第第二層土土重度換換算成與與第三層層相同的的當(dāng)量土土層，厚厚度為墻墻高按3.墻后填土土有地下下水墻后填土土通常會會位于地地下水位位以下，，水能降降低土的的抗剪強強度，增增大土壓壓力，因因此擋土土結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)有良好好排水措措施。一般有水水土分算算；水土土合算兩兩種思路路。分算：總的側(cè)壓壓力為：：土壓力力和水壓壓力之和和。土壓力：：計算時時水下按按浮容重重；水壓力：：合算：使用條件件：有地地區(qū)工程程實踐經(jīng)經(jīng)驗的粘粘性土地下水下下取飽和和容重，，固結(jié)不不排水抗抗剪強度度指標(biāo)計計算?！?.6庫侖土壓壓力理論論庫倫土壓壓力理論論是根據(jù)據(jù)墻后土土體處于于極限平平衡狀態(tài)態(tài)并形成成一滑動動楔體時時，從楔楔體的靜靜力平衡衡條件得得出的土土壓力計計算理論論?；炯僭O(shè)設(shè):①墻后的填填土是理理想的散散粒體（（c=0）；②滑動破破壞面為為一平面面。1.主動土壓壓力一般擋土土墻的計計算均屬屬于平面面問題，，故在下下述討論論中均沿沿墻的長長度方向向取1m進行分析析。當(dāng)墻墻向前移移動或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動而使使墻后土土體沿某某一破壞壞面破壞壞時，土土楔ABC向下滑動動而處于于主動極極限平衡衡狀態(tài)。。此時，，作用于于土楔ABC上的力力有：：1)土楔體體的自自重W=ΔΔABC·γ（γ為填土土的容容重）），其其方向向向下下；2)破壞面面上的的反力力R，反力力R與破壞壞面的的法線線N1之間的的夾角角等于于土的的內(nèi)摩摩擦角角φ，并位位于N1的下側(cè)側(cè)；3)墻背對對土楔楔體的的反力力E，與它它大小小相等等、方方向相相反的的作用用力就就是墻墻背上上的土土壓力力。反反力E的方向向必與與墻背背的法法線N2成δ角。當(dāng)當(dāng)土楔楔下滑滑時，，墻對對土楔楔的阻阻力是是向上上，故故反力力E必在N2的下側(cè)側(cè)。注意：：上圖圖中所所示的的土壓壓力分分布圖圖只表表示大大小，，不代代表作作用方方向。。GGφ--墻后填填土的的內(nèi)摩摩擦角角（度度）；；α--墻背的的傾斜斜角（（度）），俯俯斜時時取正正號，，仰斜斜為負(fù)負(fù)號；；β--墻后填填土面面的傾傾角（（度））；δ--土對擋擋土墻墻背的的摩擦擦角根根據(jù)墻墻背填填土的的內(nèi)摩摩擦角角φ查表確確定。。墻背俯俯斜墻背仰仰斜上式中中都都是是已知知的（（其中中）），，而而滑動動面與與水平平面的的夾角角θ是任意意假定定的。。不同同的滑滑動面面可得得出一一系列列的E（是θ的函數(shù)數(shù)），，Emax大小等等于墻墻背上上的主主動土土壓力力。欲求主主動土土壓力力就是是解極極值，，求得得E為極大大值時時的θcr，最終得得到庫庫侖主主動土土壓力力的一一般表表達(dá)式式：令Ka(庫侖主主動土土壓力力系數(shù)數(shù))等于上上式中中的最最后一一項則則有：：Ka取值按按公式式后查查表得得到。。土對對擋土土墻墻墻背的的的摩摩擦角角：見見P144的表4-2。當(dāng)墻背背垂直直α=0、光滑滑δ=0、填土土水平平β=0時，庫庫侖主主動土土壓力力的公公式為為：在上述述條件件下，，庫倫倫公式式和朗朗肯公公式相相同。。對擋土土墻墻墻背的的摩擦擦角擋土墻情況摩擦角δ墻背平滑、排水不良墻背(0-0.33)φ墻背粗糙、排水良好(0.33-0.5)φ墻背很粗糙、排水良好(0.5-0.67)φ墻背與填土間不可能滑動(0.67-1.0)φ2.被動土土壓力力注意：：在圖圖中所所示的的土壓壓力分分布圖圖只表表示其其大小小，而而不代代表其其作用用方向向。墻受外力作作用推向填填土，至土土體沿某破破裂面破壞壞時，楔形形土體向上上滑動，并并處于極限限平衡狀態(tài)態(tài)。楔體的的受力情況況，三個力力：自重應(yīng)應(yīng)力W；破壞面上上的反力R；墻背對楔楔形土體的的力E。與“主動”同樣原理，，得被動土土壓力的庫庫侖公式：：Kp—被動土壓力力系數(shù)；其其它符號同同前。當(dāng)墻背垂直直α=0、光滑δ=0、填土水平平β=0時，庫侖被被動土壓力力的公式與與朗肯公式式相同。3.粘性土的土土壓力庫侖土壓力力理論假設(shè)設(shè)填土是理理想的散體體，即c=0，理論上庫庫侖公式不不適用于粘粘性土。a）等值內(nèi)摩摩擦角φD法：在應(yīng)用庫侖侖公式時，，將內(nèi)摩擦擦角增大，，綜合考慮慮內(nèi)聚力對對土壓力的的影響，但但誤差較大大。b）圖解法：：土體的破壞壞面是：深深度為Z0的垂直張拉拉裂縫和與與水平面夾夾角為θ的BC平面。依據(jù)據(jù)力系平衡衡，圖解出出土壓力的的大小。c）《建筑地基基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)規(guī)范》推薦公式采用楔體法法相似的平平面滑裂面面假定4.朗肯理論與與庫侖理論論的比較兩種土壓力力理論分別別根據(jù)不同同的假設(shè)，，不同的分分析方法計計算土壓力力，只有在在最簡單的的情況下（（墻背垂垂直α=0、光滑δ=0、填土水平平β=0），這兩種種理論的計計算結(jié)果果才相同，，否則得出出不同的結(jié)結(jié)果。

土壓力理論比較朗肯理論庫侖理論假設(shè)條件α=0,δ=0,β=0破壞面為一平面不足之處忽略了墻背與填土之間的摩擦影響不能直接應(yīng)用于粘性土對于粘性土可以不能直接應(yīng)用計算結(jié)果偏差Ea偏大；Ep偏小墻背斜度不大時,Ea有

2-10%,Ep較大第九章地地基破壞型型式和地基基承載力§9.1地基破壞型型式在荷載作用用下，建筑筑物地基的的破壞是由由于承載力力不足而引引起的剪切切破壞。地地基剪切破破壞的型式式：整體剪剪切破壞、、局部剪切切破壞和沖沖剪破壞。。整體剪切破破壞的特征：形成了一一連續(xù)的滑滑動面，基基礎(chǔ)急劇下下沉或向一一側(cè)傾斜。。局部剪切破破壞的特征：剪切破壞壞也是從基基礎(chǔ)邊緣開開始，但滑滑動面不發(fā)發(fā)展到底面面，而是限限制在地基基內(nèi)部某一一區(qū)域。沖剪破壞的的特征：地基中沒沒有出現(xiàn)明明顯的連續(xù)續(xù)滑動面，，沉降曲線線不出現(xiàn)明明顯的轉(zhuǎn)折折現(xiàn)象。各類破壞型型式發(fā)生的的地層：與地基土土的壓縮性性有關(guān)，一一般說：密密砂土和堅堅硬粘土出出現(xiàn)整體破破壞，壓縮縮性比較大大的松砂和和軟粘土可可能出現(xiàn)局局部或沖剪剪破壞。此此外，破壞壞型式還與與基礎(chǔ)埋深深、加荷速速率等因素素有關(guān)§9.2地基承載力力地基承載力力：是指地基基承受荷載載的能力。。臨塑荷載Pcr：指地基土土在外荷作作用下，地地基開始出出現(xiàn)局部剪剪切破壞（（即塑性變變形）時的的基底壓力力。地基極限承承載力Pu：是地基所所能承受的的極限荷載載，當(dāng)基底底壓力達(dá)到到Pu時，地基就就發(fā)生整體體剪切破壞壞。地基容許承承載力Pa：地基極限限承載力除除以安全系系數(shù)K確定，是具具有一定安安全儲備的的地基承載載力。地基承載力力的確定：四種方法：：現(xiàn)場原位位實驗、理理論公式計計算、查規(guī)規(guī)范表格和和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗驗法等方法法。理論計算公公式均在整整體破壞的的條件下得得到的，對對于局部剪剪切和沖剪剪破壞的情情況，目前前尚無理論論公式可循循。§9.3淺基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的地地基基臨臨塑塑荷荷載載和和臨臨界界荷荷載載1.地基基臨臨塑塑荷荷載載臨塑塑荷荷載載就是是隨隨著著的的增增大大，，地地基基土土由由彈彈性性變變形形階階段段開開始始產(chǎn)產(chǎn)生生塑塑性性變變形形的的臨臨界界荷荷載載。。臨塑塑荷荷載載Pcr計算算公公式式：：其中中，，d-基礎(chǔ)礎(chǔ)的的埋埋置置深深度度，，γ0-基底底標(biāo)標(biāo)高高以以上上土土的的重重度度，，c、φ-地基基土土的的內(nèi)內(nèi)聚聚力力和和內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦角角（（弧弧度度））。。經(jīng)驗驗證證明明：：即即使使地地基基發(fā)發(fā)生生局局部部剪剪切切破破壞壞，，只只要要塑塑性性區(qū)區(qū)的的范范圍圍不不超超過過某某一一限限度度就就不不致致影影響響建建筑筑物物的的安安全全和和使使用用。。因因此此，，如如果果使使用用Pcr作為為地地基基的的承承載載力力是是偏偏于于保保守守的的。。可可以以適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡奶崽岣吒?，，?jié)節(jié)省省造造價價、、降降低低工工程程量量。。2.地基基的的臨臨界界荷荷載載定義：當(dāng)?shù)鼗械乃芩苄宰冃螀^(qū)最最大深度為：與此相對應(yīng)的的基底壓力，，分別以表表示，稱稱為臨界荷載載。臨界荷載的計計算：可以得到另外外一個臨界荷荷載公式的公公式?！?.4淺基礎(chǔ)的地基基極限承載力力地基極限承載載力Pu：是地基所能能承受的極限限荷載，當(dāng)基基底壓力達(dá)到到Pu時，地基就發(fā)發(fā)生整體剪切切破壞。地基極限承載載力的計算公公式是在普朗朗德爾極限承承載力理論的的基礎(chǔ)上，根根據(jù)不同的假假設(shè)條件，得得出了各種不不同極限承載載力近似計算算方法如太沙沙基公式、魏魏錫克（Vesic）公式、漢森森（HansenJ.B.）公式等。1.普朗德爾（Prandtl）極限承載力力理論根據(jù)塑性理論論，研究剛性性沖模壓入無無質(zhì)量的半無無限剛塑性介介質(zhì)時，導(dǎo)出出了介質(zhì)達(dá)到到破壞時的滑滑動面形狀和和極限壓力公公式。對于一一無限長的、、底面光滑的的條形荷載板板置于無質(zhì)量量的土的表面面上，當(dāng)荷載載板下的土體體處于塑性平平衡狀態(tài)時，，塑性區(qū)共分分五個區(qū)。2.太沙基（K.Terzaghi）公式理論假定：①條形基礎(chǔ)礎(chǔ)；②地基發(fā)發(fā)生滑動時滑滑動面的形狀狀時兩端為直直線，中間為為曲線左右對對稱；③Ⅰ區(qū)位于基礎(chǔ)底底面下，不發(fā)發(fā)生剪切破壞壞，而處于彈彈性壓密，Ⅱ區(qū)滑面為對數(shù)數(shù)螺旋線，Ⅲ區(qū)滑面為斜向向平面，剖面面上呈等腰腰三角形。理論基礎(chǔ)：基礎(chǔ)下土楔楔的靜力平衡衡條件確定。。公式：對于一般情況況，太沙基認(rèn)認(rèn)為地基極限限承載力可近近似假設(shè)為三三種情況計算算結(jié)果的總和和：若地基松軟（軟粘土或松松砂），地基基破壞為局部部剪切破壞，，太沙基建議議用經(jīng)驗的方方法調(diào)整抗剪剪強度指標(biāo)，，公式表達(dá)式式為：對于邊長為b的方形基礎(chǔ)的地基極限承承載力，由條條形基礎(chǔ)推倒倒得到：對于直徑為b的圓形基礎(chǔ)的地基極限承承載力：地基的容許承載力就是地基極限限承載力除以以安全系數(shù)K確定，從而也也可以確定。。3.魏錫克（Vesic）極限承載力力公式理論假定：①條形基礎(chǔ)礎(chǔ)；②中心荷荷載作用下的的對比太沙基和和魏錫克極限限承載力計算算公式可以發(fā)發(fā)現(xiàn)：其基本本形式是相同同的，其中的的承載力因數(shù)數(shù)Nc，Nq相同，而Nr差別較大。魏魏錫克極限承承載力計算結(jié)結(jié)果偏于安全全。魏錫克耕具影影響承載力的的各種因素對對上式進行修修正，考慮的的影響因素最最多，從而比比較全面。㈠基礎(chǔ)形狀的影響對于方形和圓圓形基礎(chǔ)，采采用半經(jīng)驗的的基礎(chǔ)形狀因因數(shù)加以修正正㈡偏心和傾斜荷荷載的影響在偏心和傾斜斜荷載作用下下，地基極限限承載力將有有所降低。偏心荷載：有有效寬度，或或有效面積；；傾