土力學(xué)與地基基礎(chǔ)輔導(dǎo)資料七

大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第6頁(yè)共6頁(yè)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)輔導(dǎo)資料七主題：第六章土壓力與土坡穩(wěn)定學(xué)習(xí)時(shí)間：2014年11月10日－11月16日內(nèi)容：我們這周主要學(xué)習(xí)土壓力與土坡穩(wěn)定的相關(guān)內(nèi)容。希望通過(guò)下面的內(nèi)容能使同學(xué)們加深相關(guān)知識(shí)的理解。一、學(xué)習(xí)要求1、掌握土壓力與突破穩(wěn)定的相關(guān)概念；2、掌握靜止土壓力的計(jì)算過(guò)程。3、掌握土壓力的概念以及計(jì)算方法。二、主要內(nèi)容土壓力與土坡穩(wěn)定概述擋土墻的用途在建筑工程中，遇到在土坡上、下修筑建筑物時(shí)，為了防止土坡發(fā)生滑坡和坍塌，需用各種類型的擋土結(jié)構(gòu)物加以支擋。擋土墻時(shí)最常用的支擋結(jié)構(gòu)物。土壓力：土體作用在擋土墻上的壓力稱為土壓力。土壓力的計(jì)算式擋土墻設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。擋土墻的類型按結(jié)構(gòu)型式分類：重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿式以及加筋土擋土墻。按建筑材料分類：磚砌、塊石、素混凝土以及鋼筋混凝土擋土墻。土壓力的種類靜止土壓力：擋土墻靜止不動(dòng)時(shí)，墻后土體由于墻的側(cè)限作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)墻后土體作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力，以表示。主動(dòng)土壓力：擋土墻在墻后土體的推力作用下，向前移動(dòng)，墻后土體隨之向前移動(dòng)，墻后土體隨之向前移動(dòng)。當(dāng)達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力，因土體主動(dòng)推墻，稱之為主動(dòng)土壓力，以表示。被動(dòng)土壓力：若擋土墻在較大的外力作用下，向后移動(dòng)，推向填土，則填土受墻的擠壓，使作用在墻背上的土壓力增大，當(dāng)達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力，因是土體被動(dòng)地被墻推移，稱之為為被動(dòng)土壓力，以表示。圖1：靜止土壓力圖2：主動(dòng)土壓力圖3：被動(dòng)土壓力靜止土壓力計(jì)算在擋土墻后水平填土表面以下任意深度處取一微小單元體。作用在此微元體上的豎向力為土的自重壓力，該處的水平向作用力即為靜止土壓力，按以下方法計(jì)算。式中：-靜止土壓力，；-靜止土壓力系數(shù)；-填土的重度，；-計(jì)算點(diǎn)深度，。圖4：靜止土壓力分布靜止土壓力呈三角形分布，如圖所示。擋土墻上總靜止土壓力：沿墻長(zhǎng)度方向取1延米，只需計(jì)算土壓力分布圖的三角形面積，即：總靜止土壓力作用點(diǎn)：位于靜止土壓力三角形分布的重心，即距底邊處。靜止土壓力系數(shù)，即土的側(cè)壓力系數(shù)確定方法：①經(jīng)驗(yàn)值砂土：粘性土：②半經(jīng)驗(yàn)公式：，式中：-土的有效內(nèi)摩擦角。③日本規(guī)范：日本《建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》建議，不分土的種類，K0均為0.5。靜止土壓力的應(yīng)用地下室外墻：通常地下室外墻，都有內(nèi)隔墻支擋，墻位移與轉(zhuǎn)角為零，按靜止土壓力計(jì)算。巖基上的擋土墻：擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結(jié)，墻體不發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動(dòng)。按靜止土壓力計(jì)算。拱座：不允許產(chǎn)生位移，故亦按凈值土壓力計(jì)算。此外，水閘、船閘的邊墻，因與閘底板連成整體，邊墻位移可忽略不計(jì)，也可按靜止土壓力計(jì)算。朗肯土壓力理論朗肯于1857年研究了半無(wú)限土體在自重作用下，處于極限平衡狀態(tài)的應(yīng)力條件，推導(dǎo)出土壓力計(jì)算公式，即著名的朗肯土壓力理論。庫(kù)侖土壓力理論當(dāng)擋土墻墻背傾斜、粗糙、填土表面傾斜的情況下，不符合朗肯土壓力理論，應(yīng)采用庫(kù)侖土壓力理論。若填土為粘性土，工程中常采用等值內(nèi)摩擦角法。由于擋墻和填土實(shí)際上是共同作用的，擋墻在土壓力的作用下產(chǎn)生變形，擋墻也在拉筋的作用下產(chǎn)生變形，土壓力的大小與分布是隨擋墻的變形、不同施工階段拉筋拉力的大小而變化的。在填土開(kāi)始，拉筋沒(méi)有施加預(yù)拉力，擋墻上的土壓力為主動(dòng)土壓力。隨著填土的碾壓、夯實(shí)，土體擠壓擋墻，擋土墻上的土壓力增加到靜止土壓力大小，當(dāng)開(kāi)始對(duì)拉筋施加預(yù)拉力時(shí)，擋土墻上的土壓力隨著預(yù)拉力的增加而增大，最后達(dá)到或接近被動(dòng)土壓力。因此，雙面直立高路堤擋土墻上土壓力的大小應(yīng)該大于靜止土壓力而接近被動(dòng)土壓力。土壓力與時(shí)間的關(guān)系土壓力的大小不僅與施工的工況有關(guān)，而且對(duì)壓密的填土，由于其內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生部分的變化，填土的抗剪強(qiáng)度在不同的階段所表現(xiàn)的值也不一樣，因而擋墻上的土壓力會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生一些變化。具體表現(xiàn)在：在一個(gè)施工層中，土壓力的大小會(huì)隨著碾壓力的消散而降低。這是因?yàn)橥恋目辜魪?qiáng)度是由于它在有效上覆壓力下固結(jié)而形成的，填土的固結(jié)壓力是在較短的時(shí)間內(nèi)施加的，在碾壓力的作用下，土粒的結(jié)構(gòu)排列是在較短的時(shí)間內(nèi)完成的，孔隙水壓力在較短的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完全消散，此時(shí)的土體處在超固結(jié)狀態(tài)，因此初期的抗剪強(qiáng)度較大。但隨著時(shí)間的推移，碾壓力的擴(kuò)散與消失，土顆粒有微小的彈性恢復(fù)變形，土粒的結(jié)構(gòu)排列會(huì)稍有改變，同時(shí)孔隙水壓力進(jìn)一步消散，有效應(yīng)力進(jìn)一步增長(zhǎng)，超固結(jié)現(xiàn)象有所緩解，因而土的抗剪強(qiáng)度有所降低，土壓力在這一階段也會(huì)隨之降低。隨著上層填土的增加，土體的固結(jié)應(yīng)力再一次增加，土中的土壓力會(huì)隨著填土面的增加而整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。擋土墻上水壓力的計(jì)算目前工程界對(duì)水土壓力的計(jì)算存在著水土合算與水土分算的爭(zhēng)論。筆者認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于土中含水的多少以及水是否可以自由排出。如果水能自由排出，水土分算才有可能，此時(shí)土顆粒的側(cè)壓力加上靜水壓力計(jì)算總的側(cè)壓力才符合實(shí)際。例如典型的砂土有地下水的存在，便可水土分算，而對(duì)于水土很難分開(kāi)的土，如粘性土當(dāng)然不可能水土分算，即便是滲透性較好的粉土也不一定能水土分算。因?yàn)樗练炙阌?jì)算土體壓力，就要用到土的有效強(qiáng)度指標(biāo)和。另一關(guān)鍵在于孔隙水壓力的分布，在很多情況下得不到孔隙水壓力的分布，也影響水土分算的應(yīng)用。對(duì)于常見(jiàn)的具有滲水夾層、不滲水層或弱滲水層的土體，水土分算更為困難。填土中的孔隙水壓力很難測(cè)定或估算，國(guó)外的工程師繞過(guò)孔隙水壓力估算的難題，用總應(yīng)力法確定土的抗剪強(qiáng)度，把孔隙水壓力的影響反映在抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中，不再計(jì)算擋墻上的水壓力，而是采用水土合算的方法。因此采用水土合算的總應(yīng)力法計(jì)算雙面直立高路堤擋墻上的土壓力較為合理。擋土墻型式的選擇原則：①擋土墻的用途、高度與重要性②建筑場(chǎng)地的地形與地質(zhì)條件③盡量就地取材，因地制宜④安全而經(jīng)濟(jì)重力式擋土墻圖5：重力式擋土墻特點(diǎn)：體積大，靠墻自重保持穩(wěn)定性。適用：擋土墻高度。材料：就地取材，磚、石、素混凝土。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：工程量大，沉降大。懸臂式擋土墻：特點(diǎn)：體積小，利用墻后基礎(chǔ)上方的土重保持穩(wěn)定性。適用：墻高。材料：鋼筋混凝土。優(yōu)點(diǎn)：工程量小。缺點(diǎn)：施工較復(fù)雜。圖6：懸臂式擋土墻扶壁式擋土墻：特點(diǎn)：為增強(qiáng)懸臂式擋土墻的抗彎性能，沿長(zhǎng)度方向每隔做一垛扶壁。適用：墻高。材料：鋼筋混凝土。優(yōu)點(diǎn)：工程量小。缺點(diǎn)：施工角復(fù)雜。圖7：扶壁式擋土墻擋土墻尺寸擋土墻高度：通常擋土墻的高度是有任務(wù)要求來(lái)確定的，即考慮墻后被支擋的填土呈水平時(shí)墻頂?shù)母叱?。有時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度很大的擋土墻，也可使墻頂?shù)陀谔钔另斆?，而用斜坡連接，以節(jié)省工程量。擋土墻的頂寬：擋土墻的頂寬為構(gòu)造要求確定，保證擋土墻的整體性，具有足夠的強(qiáng)度。對(duì)于砌石重力式擋土墻，頂寬應(yīng)大于0.5m。對(duì)于素混凝土重力式擋土墻頂寬也不應(yīng)小于0.5m。對(duì)于鋼筋混凝土懸臂式或扶壁式擋土墻頂寬不小于擋土墻的底寬：擋土墻的底寬由整體穩(wěn)定性確定。初定擋土墻底寬(0.5~0.8)H，擋土墻底面為卵石、碎石時(shí)取小值；墻底為粘土?xí)r取大值。擋土墻驗(yàn)算：①抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算②抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算③地基承載力驗(yàn)算三、典型例題1、已知某住宅區(qū)擋土墻高，墻背垂直光滑，填土面水平，填土物理力學(xué)指標(biāo)為