第八章土壓力

第八章土壓力第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五8.1概述土壓力---擋土構(gòu)造后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。擋土構(gòu)造的作用與形式道路路堤擋土墻邊坡護(hù)坡?lián)跬翂Φ叵率覀?cè)墻橋臺(tái)散粒材料擋墻基坑支護(hù)板樁墻駁岸、水閘邊墻在建筑、橋梁、道路及水利等工程中，需用各種類型的擋土結(jié)構(gòu)物支撐建筑物周圍填土，保持建筑物或填土的安全與穩(wěn)定。第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土墻應(yīng)用舉例第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造應(yīng)用舉例建成后的擋土墻第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造應(yīng)用舉例橋臺(tái)下的擋土墻第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造應(yīng)用舉例正在建造的加筋土擋土墻第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造應(yīng)用舉例正在建造的涵洞第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造應(yīng)用舉例基坑支護(hù)第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造破壞舉例防護(hù)堤的破壞第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土構(gòu)造破壞舉例護(hù)坡的破壞輕型擋土構(gòu)造的破壞第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五8.2擋土墻側(cè)的土壓力位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力擋土墻的位移方向是決定土壓力性質(zhì)的主要因素被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力Ea＜Eo＜＜Ep△p＞＞△a第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五位移對(duì)土壓力的影響及三種土壓力靜止土壓力E0擋土墻剛性不動(dòng)，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稱靜止土壓力；主動(dòng)土壓力Ea擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，隨著位移量的逐漸增大，作用于墻背的土壓力逐漸減小，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，該土壓力值即作用在擋土墻上的主動(dòng)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)，隨著位移量的逐漸增大，墻后土體受到擠壓，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，該土壓力值即是作用在擋土墻上的被動(dòng)土壓力。第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五影響擋土墻土壓力的主要因素?fù)跬翂Φ奈灰疲〒跬翂Φ奈灰疲ㄞD(zhuǎn)動(dòng)）方向和位移量的大小是影響土壓力大小的最主要因素）擋土墻的形狀填筑材料的性質(zhì)、分布及地下水情況地面荷載性質(zhì)與分布土壓力的計(jì)算擋土墻土壓力計(jì)算屬于平面應(yīng)變問題，取單位延米墻長進(jìn)行計(jì)算。土壓力的計(jì)算理論主要有古典的朗肯理論和庫倫理論。第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五靜止土壓力的計(jì)算靜止土壓力只發(fā)生在擋土墻為剛體，墻體不發(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。若墻后填土為均質(zhì)土，深度z處的靜止土壓力強(qiáng)度：作用在單位墻長土壓力合力：h/3σzσxσzσxhzEokoγh靜止土壓力系數(shù)第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五考慮地下水的靜止土壓力計(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。第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五靜止土壓力系數(shù)K0的確定靜止土壓力計(jì)算的關(guān)鍵是靜止土壓力系數(shù)的確定。K0可由室內(nèi)的或現(xiàn)場的靜止側(cè)壓力試驗(yàn)來測定。對(duì)于砂或正常固結(jié)的粘土，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來確定：砂土K0=0.35—0.45；粘性土K0=0.5—0.7。第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五8.3朗肯土壓力理論基本假定填土及墻體視為均質(zhì)半無限彈性體；墻背垂直光滑，不考慮墻背與填土間的摩擦力；墻后填土面水平，水平面和豎直面分別為大、小主應(yīng)力平面；墻后填土處于極限平衡狀態(tài)，可以利用土中一點(diǎn)的極限平衡條件?；居?jì)算原理認(rèn)為墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)應(yīng)力所滿足的條件來建立土壓力的計(jì)算公式第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五基本計(jì)算原理f=0σz=zσx＝K0zzσa＝Kazσp＝Kpz增加減小45o-/2大主應(yīng)力方向主動(dòng)伸展45o＋/2被動(dòng)壓縮小主應(yīng)力方向第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五基本計(jì)算原理土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被動(dòng)極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/2σaσpfzK0zf=c+tan伸展壓縮45o-/245o＋/2處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/2σ1=zσ3＝Kazσ3=zσ1＝Kpz第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五主動(dòng)土壓力的計(jì)算擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值。45o＋/2hz(σ1)σa(σ3)z極限平衡條件：朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五主動(dòng)土壓力的計(jì)算無粘性土的主動(dòng)土壓力c=0第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五主動(dòng)土壓力的計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分：土的自重引起的土壓力zKa粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Ka臨界深度第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五被動(dòng)土壓力的計(jì)算擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o－/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值。z(σ3)σp(σ1)45o－/2hz極限平衡條件：朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度：朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五被動(dòng)土壓力的計(jì)算無粘性土的被動(dòng)土壓力c=0第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五被動(dòng)土壓力的計(jì)算粘性土的被動(dòng)土壓力粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分：土的自重引起的土壓力zKp粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Kp第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有連續(xù)均布荷載無粘性土（c=0）主動(dòng)土壓力第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有連續(xù)均布荷載無粘性土（c=0）被動(dòng)土壓力第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有連續(xù)均布荷載粘性土（c≠0）主動(dòng)土壓力第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有連續(xù)均布荷載粘性土（c≠0）主動(dòng)土壓力第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有連續(xù)均布荷載粘性土（c≠0）被動(dòng)土壓力第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有局部均布荷載的主動(dòng)土壓力簡化計(jì)算方法均布荷載自墻后某一距離開始連續(xù)分布第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土表面有分布荷載填土表面有局部均布荷載的主動(dòng)土壓力簡化計(jì)算方法均布荷載分布在墻后某一寬度范圍內(nèi)第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算考慮墻后地下水作用的土壓力計(jì)算當(dāng)墻后填土中有地下水時(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。當(dāng)墻后填土有地下水時(shí)，作用在墻背上的側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分在計(jì)算作用在墻背上的總壓力時(shí)應(yīng)考慮水壓力和土壓力的共同作用。第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算考慮墻后地下水作用的土壓力計(jì)算主動(dòng)土壓力第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算由于各層填土重度不同，使得填土豎向應(yīng)力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以在計(jì)算主動(dòng)或被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，需采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算。第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五幾種常見情況的土壓力計(jì)算坦墻墻背上的土壓力第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五8.4庫侖土壓力理論庫侖土壓力基本假定墻后的填土是理想散粒體；滑動(dòng)破壞面為通過墻踵的平面；滑動(dòng)土楔為一剛塑性體，本身無變形。庫侖土壓力的計(jì)算原理根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體時(shí)，從楔體的靜力平衡條件得出土壓力的理論。AφBDCE填土第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖式墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體沿某一破壞面BC破壞，土楔ABC處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。GREahzγhKaEah/3庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖式δφβαθGEaRhABC第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫侖主動(dòng)土壓力的計(jì)算式分析處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)土楔體ABC的靜力平衡αβδGhCABqER3.墻背對(duì)土楔的反力E，方向與墻背法線夾角為δ1.土楔自重G=△ABC，方向豎直向下2.破壞面BC上的反力R，方向與破壞面法線夾角為

土楔在三力作用下的靜力平衡條件滑裂面是任意給定的，土壓力E是θ的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動(dòng)土壓力Ea，所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面即是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫侖主動(dòng)土壓力的分布主動(dòng)土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力☆主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在離墻底h/3處，方向與墻背法線成δ，與水平面成（α＋δ）。☆土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用方向。hhKahαβACBδαEah/3第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫侖被動(dòng)土壓力計(jì)算圖式δφβαθGEpRh庫侖被動(dòng)土壓力計(jì)算圖式GREphzγhKpEph/3第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫侖被動(dòng)土壓力的計(jì)算式分析處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)土楔體ABC的靜力平衡，與主動(dòng)土壓力分析類似。被動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫爾曼圖解法上述庫侖土壓力計(jì)算是基于填土表面為平面的假定上建立的，若填土的表面不是平面，而是折線或曲線時(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。第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五庫爾曼圖解法填土FφAL90-ε-φ0C1W1n1m1第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五粘性填土的土壓力粘性填土的抗剪強(qiáng)度中包括粘聚力，采用庫侖土壓力理論對(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)面上粘聚力作用。粘性填土的庫侖土壓力確定可采用試算圖解法。對(duì)于工程實(shí)際中粘性填土問題，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)摩擦角來代替粘土的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，然后再按無粘性填土問題求解。第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五粘性填土的土壓力《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法考慮經(jīng)典土壓力理論適用范圍的局限性，規(guī)范提出一種適合各種條件的土壓力計(jì)算公式：Ka—主動(dòng)土壓力計(jì)算系數(shù)，可按規(guī)范公式計(jì)算。第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五開挖情況下的土壓力第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五8.5土壓力理論的討論朗肯理論與庫倫理論的比較依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件；概念明確、計(jì)算簡單、使用方便；理論假設(shè)條件；理論公式直接適用于粘性土和無粘性土；由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小。朗肯土壓力理論第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五朗肯理論與庫倫理論的比較庫侖土壓力理論依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平衡條件；理論假設(shè)條件；理論公式僅直接適用于無粘性土；考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜，填土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破裂面是一平面，與按滑動(dòng)面為曲面的計(jì)算結(jié)果有出入。第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五三種土壓力在實(shí)際工程中的應(yīng)用擋土墻直接澆筑在巖基上，墻的剛度很大，墻體位移很小，不足以使填土產(chǎn)生主動(dòng)破壞，可以近似按照靜止土壓力計(jì)算。巖基第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期五擋土墻產(chǎn)生離開填土方向