土力学第六章1

《土力学第六章1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学第六章1（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六章 挡土结构物上的土压力,河海大学 岩土工程研究所 Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University,1 土压力 2 朗肯(Rankine)土压力理论 3 库仑(Coulomb)土压力理论 4 几种常见的主动土压力计算,库仑 C. A. Coulomb (1736-1806),什么是挡土结构物Retaining structure 什么是土压力(Earth pressure) 影响土压力的因素 挡土结构物类型对土压力分布的影响,61 概 述,61 概 述,挡土结构物及其土压力,Rigid wall,61 概 述

2、,一、挡土结构物（挡土墙）,用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。,61 概 述,挡土结构物上的土压力：由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,挡土墙类型（按刚度及位移方式）:1.刚性挡土墙2.柔性挡土墙,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,刚性挡土墙,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,刚性挡土墙,混凝土挡土墙及复合排水管,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,刚性挡土墙,柔性支护结构,板桩变形,基

3、坑支撑上的土压力,变形,土压力分布,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,上海市外环过江隧道岸埋段基坑支撑,柔性支护结构,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,无法打锚杆，相邻建筑物的基础较深,地下管线,内支撑,柔性支护结构,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,地下建筑物,发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力,新填土,B,外土柱,内土柱,等沉面,沟埋式,上埋式,一、挡土结构物（挡土墙）,61 概 述,二、土压力的影响因素,土的性质 挡土墙的移动方向 挡土墙和土的相对位移量 土体与墙之间的摩擦 挡土墙类型,61 概 述,本章要讨论的中心问题,刚性挡土墙上的土压力性质及土压

4、力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点。,61 概 述,在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。,三、土压力类型,61 概 述,3.被动土压力 （Passive earth pressure),（一）墙体位移和土压力性质,1.静止土压力 （Earth pressure at rest),2.主动土压力 （Active earth pressure),三、土压力类型,61 概 述,墙体位移对土压力的影响,挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止

5、土压力、主动土压力和被动土压力。挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,（一）墙体位移和土压力性质,三、土压力类型,61 概 述,当d =D/H=0 时 （如地下室） E=E0,1. 静止土压力,（一）墙体位移和土压力性质,三、土压力类型,61 概 述,2. 主动土压力,墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力 (最小),（一）墙体位移和土压力性质,三、土压力类型,61 概 述,3. 被动土压力,墙体内移， 土压力逐渐增大， 当土体破坏， 达到极限平衡状态 时所对应的土压力 (最大),（一）墙体位移和土压力性质,三、土压力类型,61

6、概 述,可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。,（二） 静止土压力计算,三、土压力类型,61 概 述,静止土压力系数K0,对于侧限应力状态：p0= h=K0 v= /(1- )v= /(1- )gzK0= /(1- ) 由于土的 很难确定，K0常用经验公式计算 对于砂土、正常固结粘土：K01-sin,（二） 静止土压力计算,三、土压力类型,61 概 述,小结,挡土墙 土压力 土压力性质 影响因素 静止土压力计算如何计算主动和被动土压力？,61 概 述,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,一、半无限土体中的极限平衡应力状态和朗肯土压力 1.主动极限平衡应力状态,条件： 墙背光滑 墙

7、背垂直 填土表面水平 假设： 墙后各点均处于极限平衡状态,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,一、半无限土体中的极限平衡应力状态和朗肯土压力 2.朗肯土压力理论基本条件和假定,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(一)填土为砂土由于墙背光滑垂直（没有剪应力），墙背相当于一个半无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,主动土压力分布 墙后破裂面形状,45/2,1、主动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(一)填土为砂土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,pa=sh=tg2(45-/2 )gz Ka= tg2(45

8、- /2 ) 直线分布 合力 Ea=1/2 Ka gH2 作用点：底部以上1/3H处 滑裂面方向：与水平夹角45+ /2,1、主动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(一)填土为砂土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,被动土压力分布 墙后破裂面形状,2、被动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(一)填土为砂土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,pp=sh=tg2(45+f/2 )gz Kp= tg2(45+f/2 ) 直线分布 合力 Ep=1/2 Kp gH2 作用点：底部以上1/3H处 滑裂面方向：与水平夹角45-f/2,2、被动土压力,二.墙

9、背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(一)填土为砂土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,1、主动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(二)填土为粘性土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,主动土压力分布,1、主动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(二)填土为粘性土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,zz0,总主动土压力,1、主动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(二)填土为粘性土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,2、被动土压力,二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算,(二)填土为粘性土,6-2 朗肯(Ra

10、nkine)土压力理论,小 结,基本条件和假定 极限应力分析 破坏形式 主动和被动 砂土和粘性土,6-2 朗肯(Rankine)土压力理论,如果墙背不垂直，光滑 墙后填土任意如何计算挡土墙后的土压力？,6-3 库仑土压力理论,求解方法:正弦定理 变化,取若干滑裂面,使E最大 dE/d =0, 求得，得到：,一、主动土压力,实际发生的真正的滑动面,6-3 库仑土压力理论,墙背光滑 垂直， 填土表面水平时 与朗肯土压力理论一致,一、主动土压力,6-3 库仑土压力理论,求解方法类似主动土压力 变化,取若干滑裂面,使E最小 dE/d =0, 求得，得到：,滑动土体所受的阻力最小, 最容易被向上堆出。,

11、二、被动土压力,6-3 库仑土压力理论,土压力分布,二、被动土压力,6-3 库仑土压力理论,三、图解法,6-3 库仑土压力理论,库尔曼(C. Culmann)图解法,在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，Ri方向与ACi方向一致,三、图解法,6-3 库仑土压力理论,粘性土的图解法,W中包括BCDE,三、图解法,6-3 库仑土压力理论,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,（一）分析方法,区别 朗肯 库仑,极限平衡状态,土体内各点均处于极限平衡状态,刚性楔体,滑面上处于极限平衡状态,极限应力法 滑动楔体法,6-3 库仑土压力理论,（二） 应用条件,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,

12、（三） 计算误差-朗肯土压力理论,墙背垂直 实际 d 0,郎肯主动土压力偏大 郎肯被动土压力偏小,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,（三）计算误差-库伦土压力理论,由于实际滑裂面不一定是平面,主动土压力偏小 不一定是最大值,被动土压力偏大 不一定是最小值,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,（三）计算误差-与理论计算值比较,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,（三） 计算误差-与理论计算值比较,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,（三）计算误差-与理论计算值比较,=0 滑裂面是直线，三种理论计算Ka, Kp相同

13、0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全库仑偏小一些（可忽略)；Kp 朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍; 在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。,四、朗肯和库仑土压力理论的比较,6-3 库仑土压力理论,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,一. 填土上有荷载 二. 成层填土情况 三. 填土中有水 四. 坦墙 五. 墙背形状有变化 六. 墙后填土受限制,一. 填土上有荷载,1 朗肯土压力理论 1=gz+q pa= 3=qKa+gzKa,H,Z,1,3,qKa,HKa,zKa,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,2. 库仑土压力理论,三角形相似,一. 填土上有荷载,6-4 几种工程中常

14、见的主动土压力计算,3. 局部荷载-朗肯土压力理论,一. 填土上有荷载,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,朗肯理论,二、成层填土,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,（一） 讨论,1. pa在B点的连续性,(1) g1 = g2 1 = 2 c1 c2 (2) g1 = g2 1 2 c1 = c2=0 (3) g1 g2 1 = 2 c1 = c2,不连续 不连续 连续,二、成层填土,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,2. d pa /d z(即pa斜率) 的连续性,(1) g1 g2； 1 = 2 转折: g 大 d pa /d z 大 (2) f1 f2 ； g1 = g2 转折: g 大 d pa /d z 小,（一） 讨论,二、成层填土,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,f1 = f2 c1 = c2=0,g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0,c1 =0 c20,g1 = g2 f2 = f1,（二）几种情况下土压力讨论,二、成层填土,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,1. 构造要求：一般用砂性土，墙设排水孔以及反滤层，填土表面设沟、堤等截流 2. 水下部分土压力 Pa=Kasz水压力 pu=u (静水压力、渗流压力、超静孔压),三、填土中有水,6-4 几种工程中常见的主动土压力计算,