侧压力(共52张PPT).pptx
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1、张丽 丁以兵工程结构荷载与设计方法(侧压力)Chapter 31培训专用侧压力侧压力2培训专用3培训专用4培训专用第一节、土的侧压力第一节、土的侧压力 一、土侧压力的分类一、土侧压力的分类 土的侧压力土的侧压力 挡土墙后的填土因挡土墙后的填土因自重自重或或外荷载外荷载作用对墙背产生的侧作用对墙背产生的侧向压力向压力 土侧压力的大小及其分布规律土侧压力的大小及其分布规律 挡土墙可能的运动方向;墙后填土的种类;填土面的形式;墙的挡土墙可能的运动方向;墙后填土的种类;填土面的形式;墙的截面刚度;地基的变形等截面刚度;地基的变形等 土压力分类土压力分类(墙的位移情况墙的位移情况及及墙后填土所处的状态墙
2、后填土所处的状态)静止土压力静止土压力 E E0 0 主动土压力主动土压力 E Ea a 被动土压力被动土压力 E Ep p 5培训专用1 1、静止土压力静止土压力(earth pressure at restearth pressure at rest)如如果果挡挡土土墙墙在在土土压压力力作作用用下下不不发发生生移移动动或或转转动动而而保保持持原原来来位位置置,则则墙墙后后土土体体处处于于弹弹性平衡状态性平衡状态,此时墙背所受的土压力称为,此时墙背所受的土压力称为静止土压力静止土压力 以符号以符号E E0 0表示表示2 2、主动土压力主动土压力 (active earth pressurea
3、ctive earth pressure)当当挡挡土土墙墙在在填填土土产产生生的的土土压压力力作作用用下下向向墙墙前前移移动动和和转转动动时时,随随着着位位移移量量的的增增大大,作作用用于于墙墙后后的的土土压压力力逐逐渐渐减减少少,当当位位移移量量达达某某一一(微微量量)值值时时,墙墙后后土土体体处处于于主主动动极极限限平平衡衡状状态态,此此时时作作用用于于墙墙背背上上的的土土压压力力称称为为主主动动土土压压力力 以以符符号号E Ea a表表示示3 3、被动土压力被动土压力(passive earth pressurepassive earth pressure)当挡土墙当挡土墙在外荷载作用在
4、外荷载作用下下推向土体推向土体时,随着墙向后位移量的增加,土体对墙时,随着墙向后位移量的增加,土体对墙背的反力也逐渐增加,当位移量足够大,直到土体在墙的推压下达到背的反力也逐渐增加,当位移量足够大,直到土体在墙的推压下达到被动被动极限平衡状态极限平衡状态时,作用于墙背上的土压力称为时,作用于墙背上的土压力称为被动土压力被动土压力以符号以符号E Ep p表示表示6培训专用土的侧压力土的侧压力7培训专用二、土压力的计算二、土压力的计算1 1、静止土压力(、静止土压力(E E0 0)在填土表面下任意深度在填土表面下任意深度z z处取出一微元体处取出一微元体M M,作用的应力(如图):,作用的应力(如
5、图):竖向的土自重应力竖向的土自重应力 z z=z z 静止土压力强度静止土压力强度 0 0=k=k0 0 z z=k k0 0 z z 式式中中,k k0 0 静静止止土土压压力力系系数数,可可近近似似按按 k k0 0=1-sin 1-sin /(/为为土土的的有有效效内内摩摩擦擦角)计算;角)计算;墙后填土容重,墙后填土容重,kN/mkN/m3 3。大大 小小:方方 向向:作用点:作用点:静止土压力沿墙高为静止土压力沿墙高为三角形分布三角形分布8培训专用 竖向的土自重应力竖向的土自重应力 z z=z z 静止土压力强度静止土压力强度 0 0=k=k0 0 z z=k k0 0 z z z
6、 z M 0 Hdz E0 1/3H k0 H 静止土压力静止土压力 0的分布的分布9培训专用2 2、主动土压力、主动土压力E Ea a、被动土压力、被动土压力E Ep p 朗金土压力理论(朗金土压力理论(Rankines earth pressure theoryRankines earth pressure theory)朗朗金金土土压压力力理理论论是是根根据据半半空空间间内内的的应应力力状状态态和和土土的的极极限限平平衡衡理理论论而而得得出出的土压力计算方法。的土压力计算方法。基本假定基本假定 对象为弹性半空间土体对象为弹性半空间土体 填土面无限长填土面无限长 不考虑挡土墙及回填土的施工
7、因素不考虑挡土墙及回填土的施工因素 挡土墙的挡土墙的墙背竖直墙背竖直(=0=0)、)、光滑光滑(=0=0)、)、填土面水平填土面水平(=0=0)、)、无超载无超载 墙背与填土之间无摩擦力,因而无剪力,即墙背与填土之间无摩擦力,因而无剪力,即墙背为主应力面墙背为主应力面10培训专用 由土力学的强度理论可知,当土体中某点处于极限平衡状态时,大主应力由土力学的强度理论可知,当土体中某点处于极限平衡状态时,大主应力 1 1和和小主应力小主应力 3 3之间应满足以下关系式:之间应满足以下关系式:粘粘 性性 土土 1 1=3 3tgtg2 2(45(450 0+/2)+2Ctg(45/2)+2Ctg(45
8、0 0+/2)/2)或或 3 3=1 1tgtg2 2(45(450 0-/2)-2Ctg(45/2)-2Ctg(450 0-/2)/2)无粘性土无粘性土 1 1=3 3tgtg2 2(45(450 0+/2)/2)或或 3 3=1 1tgtg2 2(45(450 0-/2)/2)土体达主动极限平衡状态时,土体达主动极限平衡状态时,z z=z z不变,也即大主应力不变,而水平应力不变,也即大主应力不变,而水平应力 x x是小主应力是小主应力 a a ,即,即 1 1=z z=z z 、3 3=a a 无粘性土无粘性土 a a=z tgz tg2 2(45(450 0-/2)/2)或或 a a=
9、z kz ka a 粘粘 性性 土土 a a=z tgz tg2 2(45(450 0-/2)-2C tg(45/2)-2C tg(450 0-/2)/2)11培训专用 k ka a主动土压力系数,主动土压力系数,k ka a=tgtg2 2(45(450 0-/2)/2);墙后填土的容重,墙后填土的容重,kN/mkN/m3 3,地下水位以下用浮容重;,地下水位以下用浮容重;C C 填土的粘聚力,填土的粘聚力,kN/mkN/m2 2;z z 所计算的点离填土面的深度。所计算的点离填土面的深度。Ea通过三角形的形心,即作用在离墙底通过三角形的形心,即作用在离墙底H/3处。处。粘性土的主动土压力强
10、度粘性土的主动土压力强度包括两部分包括两部分(如图(如图):无粘性土的主动土压力强度与高度成正比,沿高度的压力分布为三角形无粘性土的主动土压力强度与高度成正比,沿高度的压力分布为三角形(如图)(如图),单位墙长的主动土压力为:单位墙长的主动土压力为:12培训专用土的侧压力土的侧压力13培训专用 粘性土的侧压力分布仅是粘性土的侧压力分布仅是abcabc部分部分 实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离,故在计算土压力时可略去不计。实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离,故在计算土压力时可略去不计。a a点点离离填填土土面面的的深深度度常常称称为为临临界界深深度度,在在填填土土面面无无荷荷载载的
11、的条条件件下下,可可令令式式为为零零求求得得z z0 0值值,即:即:主动土压力主动土压力E Ea a通过在三角形通过在三角形abcabc压力分布图的形心,即作用在离墙底压力分布图的形心,即作用在离墙底(H-z(H-z0 0)/3)/3处处如取单位墙长计算,则主动土压力如取单位墙长计算,则主动土压力E Ea a为:为:14培训专用 当当墙墙受受到到外外力力作作用用而而推推向向土土体体时时,填填土土中中任任意意一一点点的的竖竖向向应应力力 z z=z z仍仍不不变变,而而水水平平应应力力 x x却却逐逐渐渐增增大大(),直直至至出出现现被被动动朗朗金金状状态态,此此时时,x x是是最最大大限限值
12、值 p p,因此,因此 p p是大主应力是大主应力,也就是被动土压力强度,而,也就是被动土压力强度,而 z z则是小主应力则是小主应力,即,即 3 3=z z=z z 、1 1=p p挡土墙土压力演示挡土墙土压力演示 无粘性土:无粘性土:p p=z z tgtg2 2(45(450 0+/2)=/2)=z z k kp p 粘性土:粘性土:p p=z z 3 3tgtg2 2(45(450 0+/2)+2Ctg/2)+2Ctg (45(450 0+/2)/2)式中,式中,k kp p被动土压力系数,被动土压力系数,k kp p=tg=tg2 2(45(450 0+/2)/2)其余符号同前。其余
13、符号同前。15培训专用16培训专用 无粘性土的被动土压力强度无粘性土的被动土压力强度 p p呈呈三角形分布三角形分布(如图)(如图)粘性土的被动土压力强度粘性土的被动土压力强度 p p呈呈梯形分布梯形分布(如图)(如图)如取单位墙长计算,则被动土压力如取单位墙长计算,则被动土压力E Ep p可由下式计算:可由下式计算:无粘性土无粘性土:粘粘 性性 土:土:被动土压力被动土压力E Ep p 通过三角形或梯形分布图的形心通过三角形或梯形分布图的形心17培训专用第二节、水压力和流水压力第二节、水压力和流水压力 一、水压力一、水压力 水对结构物的作用水对结构物的作用 化学作用化学作用 对结构物的腐蚀或
14、侵入对结构物的腐蚀或侵入 物理作用物理作用 力学作用(结构物表面产生的静水压力和动水压力)力学作用(结构物表面产生的静水压力和动水压力)静水压力静水压力 符合符合阿基米德定律阿基米德定律 静水压力静水压力 水平分量、竖向分量水平分量、竖向分量 水平分量水平分量 w w z z 水深的直线函数水深的直线函数 竖竖向向分分量量 结结构构物物承承压压面面和和经经过过承承压压面面底底部部的的母母线线到到自自由由水水平平面面之之间间的的“压压力力体体”体积的水重体积的水重 水压力总是作用于结构物表面的法线方向水压力总是作用于结构物表面的法线方向18培训专用水压力和流水压力水压力和流水压力静水压力静水压力
15、 静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力,在建造水闸、堤坝、桥墩、围堰和码头等静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力,在建造水闸、堤坝、桥墩、围堰和码头等工程时,必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。工程时,必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。静水压强具有两个特征:一是静水压强指向作用面内部并垂直于作用面;二是静止液体中静水压强具有两个特征:一是静水压强指向作用面内部并垂直于作用面;二是静止液体中任一点处任一点处各方向的静水压强都相等各方向的静水压强都相等,与作用面的方位无关。,与作用面的方位无关。静止液体任意点的压强由两部分组成:一部分是液体表面压强,另一部分是液体内部压强,静止液体任
16、意点的压强由两部分组成:一部分是液体表面压强,另一部分是液体内部压强,在重力作用下,静止液体中任一点的静水压强在重力作用下,静止液体中任一点的静水压强p等于液面压强等于液面压强 加上该点在液面以下深度加上该点在液面以下深度h与液与液体重度体重度 的乘积,即任意点静水压强可用静止液体的基本方程表示:的乘积,即任意点静水压强可用静止液体的基本方程表示:说明,静止液体某点的压强说明,静止液体某点的压强p与该点在液面以下的深度成正比。与该点在液面以下的深度成正比。19培训专用二、流水压力二、流水压力 结构物表面上某点的水压力结构物表面上某点的水压力 P P=P P静静 +P P动动 瞬时的动水压力瞬时
17、的动水压力P P动动 作用于作用于结构物上的总动水压力结构物上的总动水压力(按面积(按面积F F取平均值):取平均值):式中:式中:C Cp p 压力系数;压力系数;脉动系数;脉动系数;水的密度(水的密度(kg/mkg/m2 2););vv平平均流速(均流速(m/sm/s)。)。20培训专用水压力和流水压力水压力和流水压力流体流动特征流体流动特征 在某等速平面流场中,如图在某等速平面流场中,如图1一组流线互相平行的水平线,若在流场中放置一个固定的圆柱体,则流线在接近一组流线互相平行的水平线,若在流场中放置一个固定的圆柱体,则流线在接近圆柱体时流动受阻,流速减小,压强增大。在到达圆柱体表面时,该
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