《荷载与结构设计方法》第3章侧压力分析

1、第第3章章 侧压力侧压力 1z =z0apn为什么要研究土压力为什么要研究土压力 2第第3章章 侧压力侧压力n为什么要研究土压力为什么要研究土压力 3第第3章章 侧压力侧压力n为什么要研究土压力为什么要研究土压力 4第第3章章 侧压力侧压力n土的自重应力土的自重应力 5第第3章章 侧压力侧压力 均匀土的自重应力均匀土的自重应力 cz在在均质土中沿水平面均质土中沿水平面均匀分布均匀分布，沿深度方向，沿深度方向为为直线分布直线分布czcz线zzazcz=z天然地面任意水平面的分布任意水平面的分布沿深度的分布沿深度的分布n土的自重应力土的自重应力 6第第3章章 侧压力侧压力 成层土的自重应力成层土的

2、自重应力 cz沿深度方向为沿深度方向为折线分布折线分布1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4天然地面h2h3h4cz线czzh11234成层土自重应力分布成层土自重应力分布n土的自重应力土的自重应力 7第第3章章 侧压力侧压力 土层中有地下水土层中有地下水 由于由于水位以下水位以下的土层受到水的浮力作用，所以的土层受到水的浮力作用，所以用用有效重度代替天然重度有效重度代替天然重度来进行来进行计算计算=sat- w天然地面cz地下水位面wh3+h4()1h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124线cz3含含地下

3、水地下水的土的土自重应力分布自重应力分布n土的自重应力土的自重应力 8第第3章章 侧压力侧压力 地下水位以下存在不透水层地下水位以下存在不透水层 水浮力只对不透水层以上有影响水浮力只对不透水层以上有影响，不透水层以不透水层以下下各层土的自重应力等于它上面覆盖的各层土的自重应力等于它上面覆盖的水土总水土总重重天然地面cz地下水位面wh31h1+1h12h2+1h12h2+3h3+1h12h2+3h3+4h4h2h3h4zh1124线cz不透水层+h3w+3存在不透水层存在不透水层的土自重应力分布的土自重应力分布n土的侧向压力土的侧向压力土体坍塌土体坍塌9第第3章章 侧压力侧压力约束不住导致土体坍

4、塌约束不住导致土体坍塌n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的工程应用挡土墙的工程应用 10第第3章章 侧压力侧压力挡土墙的工程应用挡土墙的工程应用建筑工程建筑工程水利工程水利工程道路工程道路工程铁路工程铁路工程n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类11第第3章章 侧压力侧压力挡土墙的分类挡土墙的分类按墙体材料按墙体材料砖石砖石素混凝土素混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土按结构形式按结构形式重力式重力式悬臂式悬臂式锚拉式锚拉式扶壁式扶壁式n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类12第第3章章 侧压力侧压力按墙体材料划分按墙体材料划分砖石砖石素混凝土素混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土n土的侧向

5、压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类13第第3章章 侧压力侧压力 按结构形式划分按结构形式划分n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类14第第3章章 侧压力侧压力 按结构形式划分按结构形式划分n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类15第第3章章 侧压力侧压力 按结构形式划分按结构形式划分n土的侧向压力土的侧向压力挡土墙的分类挡土墙的分类16 按结构形式划分按结构形式划分第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力- -刚性挡土墙刚性挡土墙 17第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力- -刚性挡土墙刚性挡土墙 18第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力

6、土的侧向压力- -柔性挡土墙柔性挡土墙 19锚杆锚杆板桩板桩第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力- -柔性挡土墙柔性挡土墙 20第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力定义定义21第第3章章 侧压力侧压力土的侧向压力一般简称为土压力，它是墙后填土土的侧向压力一般简称为土压力，它是墙后填土的的自重自重或或填土表面的荷载填土表面的荷载对墙背产生的侧向压力对墙背产生的侧向压力n土的侧向压力土的侧向压力影响因素影响因素22第第3章章 侧压力侧压力影响土压力大小及分布的因素影响土压力大小及分布的因素墙身的位移情况墙身的位移情况度及结构形式度及结构形式墙体材料、高墙体材料、高墙后填

7、土的性质墙后填土的性质墙和地基之间的摩擦特性墙和地基之间的摩擦特性n土的侧向压力土的侧向压力分类分类23第第3章章 侧压力侧压力分类原则分类原则挡土墙的移动情况挡土墙的移动情况墙后土体的应力状态墙后土体的应力状态静止土压力静止土压力主动土压力主动土压力被动土压力被动土压力分类结果分类结果n土的侧向压力土的侧向压力分类分类24第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力25第第3章章 侧压力侧压力地下室外墙地下室外墙受到楼板的支撑作用，可以认为在土压力作用下受到楼板的支撑作用，可以认为在土压力作用下不产生位移不产生位移计算地下室外墙计算地下室外墙时采用静止土压时采用静止

8、土压力力n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力26第第3章章 侧压力侧压力 恒祥首府恒祥首府 因在此楼地下因在此楼地下室设置地铁站室设置地铁站出口出口 需进行加固改需进行加固改造造n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力27第第3章章 侧压力侧压力 地下二层剪力墙开洞地下二层剪力墙开洞n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力28第第3章章 侧压力侧压力 地下二层地下二层地下一层新增楼梯一部地下一层新增楼梯一部 地下一层顶楼板开洞地下一层顶楼板开洞n土的侧向压力土的侧向压力静止土压力静止土压力29第第3章章 侧压力侧压力 一般楼板开洞只一般楼板开洞只需设置边梁即可需设置边梁即

9、可 此楼板不仅承受此楼板不仅承受竖向力，同时是竖向力，同时是挡土墙的支撑挡土墙的支撑 楼板开洞后需设楼板开洞后需设置卧梁来抵抗挡置卧梁来抵抗挡土墙后的土压力土墙后的土压力n土的侧向压力土的侧向压力主动土压力主动土压力30第第3章章 侧压力侧压力 重力式挡土墙重力式挡土墙破坏时墙体移动破坏时墙体移动 深基坑支护深基坑支护 验算支撑间的挡土墙承载力验算支撑间的挡土墙承载力E0 验算挡土墙的整体倾覆验算挡土墙的整体倾覆Ean土的侧向压力土的侧向压力被动土压力被动土压力31第第3章章 侧压力侧压力拱桥桥台拱桥桥台 什么情况下要采用被动土压力什么情况下要采用被动土压力来进行设计？来进行设计？ 相同截面的

10、梁和拱，哪一个结构能够承担更大相同截面的梁和拱，哪一个结构能够承担更大的竖向荷载？为什么？的竖向荷载？为什么？n土的侧向压力土的侧向压力土压力的大小关系土压力的大小关系32第第3章章 侧压力侧压力EaE0Epn土的侧向压力土的侧向压力种类的判别方式种类的判别方式33第第3章章 侧压力侧压力n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论）34第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度与正应力之间的关系抗剪强度与正应力之间的关系或n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论）35第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度与正应力之间的关系抗剪强度与正应

11、力之间的关系n土的侧向压力土的侧向压力土压力基本原理（朗金理论）土压力基本原理（朗金理论）36第第3章章 侧压力侧压力 抗剪强度包络线抗剪强度包络线抗剪强度包络线土体完好土体破坏 = 0时，时， = c 随着正应力的增加，随着正应力的增加，土的抗剪强度线性土的抗剪强度线性提高提高 包络线下方的区域包络线下方的区域表示土体完好；包表示土体完好；包络线上方的区域表络线上方的区域表示土体已破坏示土体已破坏n土的侧向压力土的侧向压力墙后土体应力状态墙后土体应力状态37第第3章章 侧压力侧压力 朗金土压力理论的基本原理朗金土压力理论的基本原理（弹性静止状态弹性静止状态） 的基本假定的基本假定 土体为半空

12、间弹性体；墙背竖直光滑；土体为半空间弹性体；墙背竖直光滑；填土面水平填土面水平z =zzx=K0zK0zZn土的侧向压力土的侧向压力墙后土体应力状态墙后土体应力状态38第第3章章 侧压力侧压力 三三种应力状态种应力状态：弹性静止状态、塑性主动状态弹性静止状态、塑性主动状态和塑性被动状态和塑性被动状态z =z0ap 摩尔应力圆摩尔应力圆原理原理n土的侧向压力土的侧向压力应力圆与微元体应力圆与微元体42第第3章章 侧压力侧压力z =z0ap 摩尔应力圆摩尔应力圆原理原理 应力圆上一个应力圆上一个点点代表微元体的一个代表微元体的一个面面，点点的的坐标坐标分别为所分析平面上的分别为所分析平面上的正应力

13、正应力和和剪应力剪应力。 应力圆上的两点之间的应力圆上的两点之间的夹角夹角是微元体两个相是微元体两个相应的面之间的夹角的应的面之间的夹角的2倍倍。n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算43第第3章章 侧压力侧压力 静止土压力静止土压力 深度深度Z处的静止土压力强度为处的静止土压力强度为0=K0zHK0HZzK0zn土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算44第第3章章 侧压力侧压力 静止土压力静止土压力 与深度成正比，沿墙高呈三角形分布与深度成正比，沿墙高呈三角形分布02021KHEHE0K0HH/3n土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算45第第3章章 侧压力侧

14、压力 主动土压力主动土压力 无无黏黏性土性土: 主动土压力强度主动土压力强度 a=zKa 主动土压力主动土压力:2aa12EH KZ0(H-Z0)KaH -2c KaKaHn土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算46第第3章章 侧压力侧压力 主动土压力主动土压力 黏黏性土性土: 主动土压力强度主动土压力强度： 临界深度临界深度： 主动土压力主动土压力: aaa2KczK a02Kcz22aaa122c2cEH KHKZ0(H-Z0)KaH -2c Kan土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算47第第3章章 侧压力侧压力 被被动土压力动土压力 无无黏黏性土性土: 被被动土压力

15、强度动土压力强度 p=zKp 被被动土压力动土压力:2pp12EH KKpHKpH+KpKpn土的侧向压力土的侧向压力土压力的计算土压力的计算48第第3章章 侧压力侧压力 被被动土压力动土压力 黏黏性土性土: 被被动土压力强度动土压力强度： 被被动土压力动土压力: ppp2zKc K ppp122EHc KHK（）KpH+KpKpn土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算49第第3章章 侧压力侧压力 (1)成层土体中成层土体中的土压力计算的土压力计算 两种思路：两种思路： 先求竖向压力，再乘以相应土层主动土压力先求竖向压力，再乘以相应土层主动土压力系数；（推荐方法）

16、系数；（推荐方法） 把第把第1层土换算成第层土换算成第2层土的高度和密度。层土的高度和密度。 计算哪层土用哪层土的参数。计算哪层土用哪层土的参数。n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算50第第3章章 侧压力侧压力 (1)成层土体中的土压力计算成层土体中的土压力计算 第第1层土：层土： 上表面：上表面： 下表面：下表面： 第第2层土：层土： 上表面：上表面： 下表面：下表面：1102aaKc012h1h21111112aaaKcKh2221112aaaKcKh222221122)(aaaKcKhhn土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计

17、算51第第3章章 侧压力侧压力 (2) 土体表面受连续均布荷载土体表面受连续均布荷载 第一种思路：先求竖向应力，再第一种思路：先求竖向应力，再乘以乘以系数系数qKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H) 无无黏黏性土性土： 黏黏性土性土：)(aaqzKaaa2)(KcqzKn土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算52第第3章章 侧压力侧压力 (2) 土体表面受连续均布荷载土体表面受连续均布荷载 第第二二种思路：种思路：用假想的土层代替均布荷载用假想的土层代替均布荷载 假想土层厚度为假想土层厚度为：h=q/ 填土总高度填土总高度为：为：h+H 挡土墙底面的土挡土墙底面的土压力为压力为： （h+H）KaqKa(q+H)qKaHHhqqKaKa(h+H)n土的侧向压力土的侧向压力特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压