水土合算与水土分算(共6页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上1水土分算的概念与原理1.1基本概念水土分算原则,即分别计算土压力和水压力,两者之和即为总的侧压力。这一原则适用于土体孔隙中存在自由的重力水的情况,或土的渗透性较好的情况,一般适用于砂土、粉土和粉质粘土。1.2侧压力计算原理1.2.1土压力计算侧向土压力通常按朗金主动土压力和被动土压力计算,计算时地下水位以下的土的重度采用浮重度。朗金理论的基本假定为:挡土墙背竖直,墙面光滑,不计墙面和土层之间的摩擦力;挡土墙后填土的表面为水平面,土体向下和水平方向都能伸展到无穷,即为半无限空间;挡土墙后填土处于极限平衡状态。在弹性均质的半空间体中,离开地表面深度为Z处的任意一点的竖向
2、应力和水平应力分别为:z= Z(1)x=K0Z(2)在朗金主动土压力状态下,最大主应力为1=Z,最小主应力为3=Pa,Pa=Ztg2(45-/2)-2ctg(45-/2)(3)在朗金被动土压力状态下,最大主应力为被动土压力1=Pp,最小主应力为竖向压力3=Z ,Pp=Ztg2(45+/2)+2ctg(45+/2)(4)引入主动土压力系数Ka和被动土压力系数Kp,并令:Ka=tg2(45- /2) (5)Kp=tg2(45+ /2) (6)将式(5)、式(6)分别代入式(3)、式(4)得:Pa= ZKa-2c Ka(7)Pp= ZKp+2c Kp(8)用朗金或库仑理论进行土压力计算时,通常要用到
3、土的物性参数:重度、内摩擦角和粘聚力c。而各层土的物性参数是不一样的,在工程应用中一般有两种处理方法。(1) 直接取用各层土物性参数的方法当地层由多层土组成时,可分别采用各层土的物性参数,分别计算得到各层土的主动土压力强度和被动土压力强度。由于通常各土层是不同的,因此土压力强度图形沿挡土墙深度方向是不连续的;在土压力计算过程中要比单一土层情况复杂些,但计算结果比较符合工程实际。目前基坑支护结构土压力计算多采用专用程序计算,土层的数量几乎不会对计算速度产生影响。因此,该方法在工程实际中得到广泛采用。(2)取土层物性参数加权平均的方法该方法一般在地下结构的初步设计阶段,希望采用简单的计算方法来初步
4、确定基坑的支护方案,不需要对土压力进行精确计算。为简化计算,将土层简化成单一均质土层的情况,通常采用土层厚度进行加权平均,算出等效的地层物性参数。1.2.2土层中水压力的计算地下水位稳定的地下结构物的侧向水压力可按静水压力确定,水压力强度根据帕斯卡定理计算: pw=hww(9)式中pw侧向静水压力的强度值; hw水头高度,即地下水位到计算点的垂直距离; w水的重度。在基坑内外存在水头差的情况下,按照是否考虑地下水渗流的影响,侧向水压力分布存在三种形式,如图1所示。(1) 不考虑地下水渗流影响的水压力分布图式图1a中,当基坑位于渗透性很小的粘土层中,尽管基坑内外存在很大的地下水位差,但不考虑地下
5、水渗流的影响,于是基坑内、外侧均按静水压力考虑(如图1中虚线所示的三角形)。考虑到基坑内外侧B点以下到C点以上,墙体内外侧静水压力可以抵消,实际计算时可以这样处理:在基坑的地下水位高程B点以上,按静水压力三角形计算;在此高程以下,水压力按矩形分布计算,但不再计入基坑内侧的水压力。该计算图式是有缺陷的:在挡土结构底端C点,基坑内外侧的水压力很不平衡,相差很大,是不合理的。只有基坑开挖很快,且基坑内预先不进行井点降水,地下水的渗流还来不及发生时,方可采用该图式。(2)地下水稳定渗流时,不考虑挡土墙隔水作用的水压力分布图式在图1b中,由于渗流的影响,挡土结构底部C点处,基坑内外侧水压力平衡,因此整个
6、水压力图形分为两部分:以墙背面与基坑内地下水位相等处的B点为界,B点以上,按静水压力三角形分布计算;B点以下为三角形,水压力由大到小按线性减少至零值。(3)地下水稳定渗流时,考虑挡土墙隔水作用的水压力计算图式图1c中,考虑地下水的稳定渗流,同时考虑挡土墙的隔水作用,挡土墙底部C点处仍有水头差;考虑渗流作用,B点处的水压力小于静水压力。具体计算方法如下:B点处的水压力,由该点处的静水压力whw值减去pw1计算,即 pw1=iawhw(10)式中pw1基坑开挖面处水压力修正值; ia基坑外的近似水力坡度, ia=0.7hw H w1+hw1 hw2 hw基坑内、外侧地下水位之差; hw1,hw2分
7、别为基坑内、外侧地下水位至挡土结构底端的高度。挡土结构底端处的水压力由基坑开挖深度处的静水压力whw减去pw2计算,即pw2=iawhw1+ipwhw2(11)式中pw2基坑开挖面处水压力修正值; ip基坑内被动区的近似水力坡度, ip=0.7hw*hw2+hw1*hw22水土合算的概念与原理2.1基本概念水土合算的原则是,认为土孔隙中不存在自由的重力水,而存在结合水,它不传递静水压力,以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象,直接用土的饱和重度计算侧压力。这一原则适用于不透水的粘土层。2.2侧压力计算原理在粘性土中,通过现场实测资料的分析,实测的水压力往往达不到静水压力值,按水土分算原则计算的水
8、土压力值可能偏大,因此,一些地下工程的结构设计采用水土合算的原则。水土合算原则是不再单独计算水压力,挡土结构上的侧向压力即为土压力,计算公式中不直接反映地下水的影响,当然,由于地下水的存在,使土层的物性参数发生变化,会间接影响土压力大小。具体有两种计算方法:(1) 经典理论模式按朗金理论,并考虑地面超载的影响,水土合算的主动土压力和被动土压力的计算公式为式(12)、式(13),两式中的土的重度均为天然重度,即使是在地下水位以下也不采用浮重度。Pa=(q+ihi)Ka-2c Ka(12)Pp=ihiKp+2c Kp(13)式中Pa主动土压力强度;Pp被动土压力强度;i各层土的天然重度;Ka主动土
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