《土力学》课件赵树德版.ppt
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1、第八章第八章 土压力和挡土墙土压力和挡土墙土体作用在挡土结构物上的压力称为土压力。土体作用在挡土结构物上的压力称为土压力。2.土压力土压力:用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性,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。或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。1.挡土结构物(挡土墙)挡土结构物(挡土墙)完工完工混凝土挡土墙及复合排水管建成后的坡间挡土墙建成后的坡间挡土墙垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙失稳的失稳的立交桥立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙挡土墙为刚性不动时,土处于静止状态不产生位移挡土墙为刚性不动时,土处于静止状态不
2、产生位移和变形,此时作用在挡土墙上的土压力。和变形,此时作用在挡土墙上的土压力。土压力分为三大类:土压力分为三大类:1.静止土压力静止土压力 p0当挡土墙在墙后填土压力作用下离开填土移动,土压力当挡土墙在墙后填土压力作用下离开填土移动,土压力逐渐减小逐渐减小,墙后的填土达到极限平衡状态(或破坏)时,墙后的填土达到极限平衡状态(或破坏)时,作用在墙上的土压力称为主动土压力作用在墙上的土压力称为主动土压力 2.主动土压力主动土压力pa:主动3.被动土压力被动土压力pp当挡土墙在外力作用下向填土挤压,墙后填土达到极限当挡土墙在外力作用下向填土挤压,墙后填土达到极限平衡状态,作用在墙上的土压力称为被动
3、土压力平衡状态,作用在墙上的土压力称为被动土压力被动1.如果土推墙而使挡土墙发生一定的位移,使土体达到如果土推墙而使挡土墙发生一定的位移,使土体达到极限平衡状态,这时作用在墙背上的土压力为极限平衡状态,这时作用在墙背上的土压力为 。(A)静止土压力静止土压力 (B)被动土压力被动土压力 (C)主动土压力主动土压力例、在其他条件相同时,悬臂式钢板桩和悬臂式钢筋例、在其他条件相同时,悬臂式钢板桩和悬臂式钢筋混凝土地下连续墙所受基坑外侧土压力的结果为混凝土地下连续墙所受基坑外侧土压力的结果为 A 由于连续墙的变形(位移)小,所以墙上土压力更大由于连续墙的变形(位移)小,所以墙上土压力更大B由于钢板桩
4、的变形(位移)大,所以桩上土压力更大由于钢板桩的变形(位移)大,所以桩上土压力更大C)由于钢材的强度高于钢筋混凝土,所以桩上土压力更大由于钢材的强度高于钢筋混凝土,所以桩上土压力更大8.3静止土压力静止土压力竖直向竖直向:水平向水平向:土单元无侧向位移属于有侧限应变条件:土单元无侧向位移属于有侧限应变条件:根据弹性力学中广义虎克定律:根据弹性力学中广义虎克定律:K0静止土压力系数静止土压力系数由于土的由于土的很难确定,很难确定,K0常用经验公式计算常用经验公式计算砂性土砂性土粘性土粘性土超固结粘土超固结粘土静止土压力分布及总土压力静止土压力分布及总土压力1.静止土压力分布力静止土压力分布力2.
5、静止土压力的总土压力静止土压力的总土压力作用点:作用点:均布力求合力均布力求合力三角形分布力求合力三角形分布力求合力H H8.4 朗肯土压力理论朗肯土压力理论Rankine土压力理论和土压力理论和Coulomb土压力理论是土压力理论是计算主动土压力和被动土压力的两种基本理论。计算主动土压力和被动土压力的两种基本理论。认为墙后填土达到极限平衡状态时,认为墙后填土达到极限平衡状态时,与墙背接触的任一土单元体都处于极与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态,然后根据土单元体处于限平衡状态,然后根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式建立土
6、压力的计算公式1.挡土墙背面竖直挡土墙背面竖直2.墙背光滑墙背光滑3.墙后填土面水平墙后填土面水平基本原理基本原理假设假设45/2 3=pa 3 1=rz 145/290+F 1 3 3=rz 1=pp主动土压力:大主应力主动土压力:大主应力1 为自重应力为自重应力 小主应力小主应力3 为未知力为未知力被动土压力:大主应力被动土压力:大主应力1 为未知力为未知力 小主应力小主应力3 为自重应力为自重应力 3 1c 2 fA cctg 无粘性土:无粘性土:c=0粘性土:粘性土:例例.按朗肯土压力理论计算挡土墙背面上的被动土压力时,按朗肯土压力理论计算挡土墙背面上的被动土压力时,墙背为墙背为 (A
7、)大主应力作用面大主应力作用面 (B)小主应力作用面小主应力作用面 (C)滑动面滑动面例例.符合朗肯条件,挡土墙后填土发生主动破坏时,符合朗肯条件,挡土墙后填土发生主动破坏时,滑动面为滑动面为 。(A)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45+/2 (B)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45/2 (C)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45 例例.符合朗肯条件,挡土墙后填土发生被动破坏时,符合朗肯条件,挡土墙后填土发生被动破坏时,滑动面为滑动面为 。(A)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45+/2 (B)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45/2 (C)与水平面夹角呈与水平面夹角呈45 8.4.1朗肯理论主动土压力朗肯理
8、论主动土压力无粘性土无粘性土(砂土砂土)的主动土压力分布力的主动土压力分布力 Ka:主动土压力系数:主动土压力系数 砂土主动土压力的总土压力砂土主动土压力的总土压力作用点:作用点:粘性土的主动土压力分布力粘性土的主动土压力分布力 粘性土主动土压力的粘性土主动土压力的总土压力总土压力作用点:作用点:8.4.2朗肯理论被动土压力朗肯理论被动土压力无粘性土无粘性土(砂土砂土)的被动土压力分布力的被动土压力分布力 Kp:被动土压力系数:被动土压力系数 砂土被动土压力的总土压力砂土被动土压力的总土压力作用点:作用点:粘性土的被动土压力分布力粘性土的被动土压力分布力 粘性土被动土压力的总土压力粘性土被动土
9、压力的总土压力EpHEpH作用点的计算:作用点的计算:HF1F2F总总X作用点:作用点:作用点:作用点:例:已知某重力式挡土墙,墙高例:已知某重力式挡土墙,墙高H=6.0m,墙背竖直、光滑,墙背竖直、光滑,填土表面水平,填土容重填土表面水平,填土容重18.5kN/m3,内摩擦角内摩擦角200,粘聚力粘聚力c19kPa。求作用在挡土墙上的主动、被动土压力,。求作用在挡土墙上的主动、被动土压力,并绘出土压力分布图。并绘出土压力分布图。6m18.5kN/m3200c19kPa解解:1.主动土压力主动土压力作用点:作用点:Ea2.被动土压力被动土压力Z0ZHEpH作用点的计算:作用点的计算:2.32m
10、8.4.3几种计算土压力的特殊情况几种计算土压力的特殊情况1.填土面有均布荷载的土压力计算填土面有均布荷载的土压力计算EaC0砂土的主动土压力砂土的主动土压力将均布荷载换算成当量的土重将均布荷载换算成当量的土重挡土墙上表面的主动土压力:挡土墙上表面的主动土压力:挡土墙下表面的主动土压力挡土墙下表面的主动土压力:例:已知某混凝土挡土墙,墙高例:已知某混凝土挡土墙,墙高H=5.0m,墙背竖直、光滑,填土,墙背竖直、光滑,填土表面水平,作用有均布荷载表面水平,作用有均布荷载q=20kPa。填土容重。填土容重17kN/m3,内内摩擦角摩擦角300,粘聚力,粘聚力c10kPa。求作业在挡土墙上的主动土压
11、。求作业在挡土墙上的主动土压力,并绘出土压力分布图。力,并绘出土压力分布图。C解解:将均布荷载换算成当量的土重将均布荷载换算成当量的土重。挡土墙下表面的主动土压力:挡土墙下表面的主动土压力:作用点:作用点:Ea局部荷局部荷载载作用作用45/2h145/2b0qb1压力分布图形矩形分布其值为压力分布图形矩形分布其值为朗肯土压力理论计算朗肯土压力理论计算2.填土中有地下水时的土压力计算填土中有地下水时的土压力计算当墙后填土中有水时,需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用当墙后填土中有水时,需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量减轻引起的土压力减小,水下填土部分采用使有效重量减轻引起的土压力减
12、小,水下填土部分采用浮容重浮容重进进行计算。行计算。Kag gH1Kag g H2g gw wH2水压力土压力n在计算作用在墙背上的总压力中应包括水压力的作用。在计算作用在墙背上的总压力中应包括水压力的作用。3.填土为成层土时的土压力计算填土为成层土时的土压力计算由于各层填土重度不同,使得填土竖向应力分布在土层交界面上由于各层填土重度不同,使得填土竖向应力分布在土层交界面上出现转折出现转折由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同,所以在计算主动或被动土由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同,所以在计算主动或被动土压力系数时,需采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角压力系数时,需采用计算点所在土层的粘聚力和内摩
13、擦角CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1采用当量法采用当量法(一)第一层土的主动土压力计算:按常规方法(一)第一层土的主动土压力计算:按常规方法(二)第二层土的主动土压力计算:(二)第二层土的主动土压力计算:h1.第二层土的上表面第二层土的上表面2.第二层土的下表面第二层土的下表面例:已知某混凝土挡土墙,墙高例:已知某混凝土挡土墙,墙高H=5.0m,墙背竖直、光滑,填土表面水平,墙,墙背竖直、光滑,填土表面水平,墙后土体分为两层如图。求作业在挡土墙上的主动土压力,并绘出土压力分布图。后土体分为两层如图。求作业在挡土墙上的主动土压力,并绘出土压力分布图。CBAH12mH23mr118k
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