土力學(xué)課件2014河海大學(xué) 擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力

第六章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力6.1概述在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）是一種常見(jiàn)的建筑物。擋土結(jié)構(gòu)物的作用是用來(lái)?yè)踝蟮奶钔敛⒊惺軄?lái)自填土的壓力。土體作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的壓力稱(chēng)為土壓力本章的任務(wù)是討論土壓力的大小和分布規(guī)律的確定方法1.擋土結(jié)構(gòu)物6.1概述6.1概述6.1概述6.1概述6.1概述垮塌的重力式擋墻建成后的坡間擋土墻

峨眉山山體滑坡正在搶修失穩(wěn)的立交橋加筋土擋土墻2.位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關(guān)還與擋土墻的剛度及其位移關(guān)系密切主動(dòng)被動(dòng)2.位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力靜止土壓力E0

擋土墻為剛性不動(dòng)時(shí)，土處于靜止?fàn)顟B(tài)不產(chǎn)生位移和變形，此時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。主動(dòng)土壓力Ea

擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到的土壓力逐漸減小，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土壓力降為最小值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。被動(dòng)土壓力Ep

擋土墻向著填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到擠壓而引起土壓力逐漸增大，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土壓力增大為最大值，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。6.2靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力只發(fā)生在擋土墻為剛性，強(qiáng)體不發(fā)生任何位移的情況，實(shí)際工程中，作用在深基礎(chǔ)側(cè)墻或者U形橋臺(tái)上土壓力，可近似看作靜止土壓力。按照水平向自重應(yīng)力的計(jì)算公式確定6.2靜止土壓力計(jì)算若墻后填土為均勻體，則單位面積上靜止土壓力為靜止土壓力合力為1/3H6.2靜止土壓力計(jì)算若墻后填土中有地下水，則計(jì)算靜止土壓力時(shí)，水中土的重度應(yīng)取浮重度形心1/3H2例題6-16.2靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算的關(guān)鍵是靜止側(cè)壓力系數(shù)的確定。K0可由室內(nèi)的或現(xiàn)場(chǎng)的靜止側(cè)壓力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。對(duì)于砂或正常固結(jié)的粘土，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來(lái)確定6.3朗肯土壓力理論Rankine（郎肯）土壓力理論和Coulomb（庫(kù)倫）土壓力理論是計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的兩種基本理論。6.3.1土壓力理論的基本原理和基本假定朗肯土壓力理論的假設(shè)：

1.擋土墻背面豎直2.墻背光滑3.墻后填土面水平土的極限平衡條件半空間的應(yīng)力狀態(tài)土壓力的計(jì)算方法基本原理：6.3.1土壓力理論的基本原理和基本假定6.3.1土壓力理論的基本原理和基本假定AOτσ主動(dòng)狀態(tài)被動(dòng)狀態(tài)σxmin=eaσx=K0σzσzσxmax=epBC6.3.1土壓力理論的基本原理和基本假定6.3.2主動(dòng)土壓力計(jì)算基本計(jì)算公式主動(dòng)土壓力系數(shù)kaEaH1無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算總壓力等于土壓力分布圖的面積（KN/m），作用點(diǎn)在形心處Z=0Z=HEa1.無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算有均布荷載作用時(shí)總壓力等于土壓力分布圖的面積（KN/m），作用點(diǎn)在形心處Z=0Z=HEaHadebc2.粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算ea=0總壓力等于土壓力分布圖的面積（KN/m）作用點(diǎn)在形心處2.粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算有均布荷載時(shí)粘性土的主動(dòng)土壓力2.粘性土的主動(dòng)土壓力計(jì)算有荷載出現(xiàn)拉力區(qū)不出現(xiàn)拉力區(qū)ea=06.3.3被動(dòng)土壓力計(jì)算基本計(jì)算公式被動(dòng)土壓力系數(shù)KpEpH1.無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算1.無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算均布荷載作用時(shí)2.粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算2.粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算6.3.4填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算當(dāng)墻后填土中有水時(shí)，需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小，水下填土部分采用浮容重進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算作用在墻背上的總壓力中應(yīng)包括水壓力的作用。6.3.4填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算6.3.5填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算由于各層填土重度和內(nèi)摩擦角不同，使得填土豎向應(yīng)力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角6.3.5填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算例題6-26.4庫(kù)侖土壓力理論以整個(gè)滑動(dòng)土體上力的平衡條件來(lái)確定土壓力填土AφBDCE主動(dòng)剪切面被動(dòng)剪切面庫(kù)倫土壓力理論的基本假設(shè)：

1.墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力c=0）；2.滑動(dòng)破壞面為一通過(guò)墻踵的平面。6.4.1無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算6.4.1無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算正弦定律計(jì)算自重靜力平衡原理：無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算主動(dòng)土壓力是假定一系列破壞面計(jì)算出的土壓力中的最大值6.4.1無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算6.4.2無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算6.4.2無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算W代入6.4.2無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算6.4.3庫(kù)爾曼圖解法上述的庫(kù)侖土壓力計(jì)算是基于填土表面為平面的假定建立的，若填土的表面不是平面，而是折線(xiàn)或曲線(xiàn)時(shí)，就不能應(yīng)用前述解析解直接計(jì)算，此時(shí)可以用圖解法。6.4.3庫(kù)爾曼圖解法6.4.3庫(kù)爾曼圖解法填土FφAL90-ε-φ0C1W1n1m16.4.4有超載所用時(shí)的土壓力計(jì)算在建立滑動(dòng)土體的主動(dòng)或被動(dòng)極限平衡條件時(shí)，需增加一個(gè)方向豎直向下的力的作用，其大小等于q與滑塊表面長(zhǎng)度的乘積6.4.4有超載所用時(shí)的土壓力計(jì)算6.4.4有超載所用時(shí)的土壓力計(jì)算6.4.5粘性填土的土壓力粘性填土與無(wú)粘性填土相比，抗剪強(qiáng)度中包括粘聚力的貢獻(xiàn)，因此采用庫(kù)侖土壓力理論對(duì)滑動(dòng)塊體進(jìn)行受力分析時(shí)，當(dāng)墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，力矢多邊形需考慮墻背面和滑動(dòng)面上粘聚力。粘性填土的庫(kù)侖土壓力確定可采用試算圖解法6.4.5粘性填土的土壓力對(duì)于工程實(shí)際中粘性填土問(wèn)題，往往采用等代內(nèi)摩擦角法，不直接考慮粘性填土粘聚力的影響，而是用一個(gè)等代內(nèi)摩擦角來(lái)代替粘土的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，然后再按無(wú)粘性填土問(wèn)題求解。6.4.6填土中有地下水時(shí)土壓力的計(jì)算在計(jì)算水下土體重量時(shí)，應(yīng)采用浮容重進(jìn)行計(jì)算?？紤]水的存在引起土的抗剪強(qiáng)度的降低考慮水壓力的作用如果墻后填土中有穩(wěn)定滲流，那么在建立滑動(dòng)土體靜力平衡條件時(shí)，還應(yīng)考慮滲流力的作用。6.5土壓力問(wèn)題的討論朗肯與庫(kù)侖土壓力理論存在的主要問(wèn)題三種典型土壓力理論在實(shí)際工程中的應(yīng)用擋土墻位移對(duì)土壓力分布的影響6.5.1朗肯與庫(kù)侖土壓力理論存在

的主要問(wèn)題朗肯理論基于土單元體的應(yīng)力極限平衡條件來(lái)建立，采用的假定是墻背豎直光滑，填土面為水平，其計(jì)算結(jié)果偏于保守。庫(kù)侖土壓力理論基于滑動(dòng)塊體的靜力平衡條件來(lái)建立，采用的假定是破壞面為平面。但當(dāng)墻背與填土的摩擦角較大時(shí)，在土體中產(chǎn)生的滑動(dòng)面往往是一個(gè)曲面，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差被動(dòng)土壓力的計(jì)算常采用朗肯理論

在實(shí)際工程中，當(dāng)墻背傾斜角較大超過(guò)一定范圍后，滑動(dòng)塊體不會(huì)沿墻背滑動(dòng)，而是沿著途中某一平面滑動(dòng)，即產(chǎn)生所謂的第二滑裂面6.5.2三種典型土壓力在實(shí)際工程中的應(yīng)用6.5.3擋土墻位移對(duì)土壓力分布的影響擋土墻下端不動(dòng)，上端向外移動(dòng)，無(wú)論位移多少，作用在墻背上的壓力都按直線(xiàn)分布。當(dāng)墻上端的移動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值后，墻后填土?xí)l(fā)生主動(dòng)破壞，此時(shí)作用在墻上的土壓力稱(chēng)為主動(dòng)土壓力。擋土墻上端不動(dòng)，下端向外移動(dòng)，無(wú)論位移達(dá)到多大，都不能使填土內(nèi)發(fā)生主動(dòng)破壞，壓力為曲線(xiàn)分布，總壓力作用點(diǎn)位移墻底以上越H/2處擋土墻的上端和下端都向外移動(dòng)，當(dāng)位移的大小未達(dá)到足以