土力学第六章土压力计算讲义课件PPT71

第六章章土土压压力计计算第一节节概概述述第二节节静静止止土压压力计计算第三节节朗朗肯肯土压压力理理论第四节节库库仑仑土压压力理理论第五节节土土压压力计计算中中的几几个应应用问问题的的讨论论第一节节概述什么是是挡土土结构构物（Retainingstructure）什么是是土压压力(Earthpressure)影响土土压力力的因因素挡土结结构物物类型型对土土压力力分布布的影影响挡土结结构物物及其其土压压力Rigidwall一、挡挡土结结构物物（挡挡土墙墙）用来支支撑天天然或或人工工斜坡坡不致致坍塌塌以保保持土土体稳稳定性性的一一种结构物物。概述挡土结结构物物上的的土压压力由于土土体自自重、、土上上荷载载或结结构物物的侧侧向挤挤压作作用，，使挡挡土结结构物物所承承受的的来自自墙后填填土的的侧向向压力力。概述挡土墙墙类型型（按刚刚度及及位移移方式式）:刚性挡挡土墙墙柔性挡挡土墙墙概述刚性挡土墙墙L型T型预应力刚性加筋扶壁圬工式悬臂混凝土土挡土土墙及及复合合排水水管完工完工柔性支支护结结构概述锚杆板桩板桩变形基坑支撑上的土土压力力支撑包包括横横板、、立柱柱、横横撑变形土压力力分布布板桩上土压力实测计算上海市市外环环过江江隧道道基坑坑支撑撑临时支支撑无法打打锚杆杆，相相邻建建筑物物的基基础较较深,有地下下管线线内支撑撑概述锚杆式式挡土墙墙墙墙高高H=27m铁路路路基其他结结构形形式加筋挡挡土墙墙本章重重点刚性墙墙土压压力的的计算算——土压力力计算算的基基础土压压力力的的类类型型两种种土土压压力力计计算算理理论论———基本本假假定定、、计计算算公公式式朗肯肯土土压压力力理理论论库仑仑土土压压力力理理论论土压压力力的的大大小小、、方方向向、、分墙体体位位移移的的方方向向和和相相对对位位移移量量决决定定着着所所产产生生的的土压力的的性质和土压力的的大小。二、墙体位移移和土压压力性质质3.被动土压压力（Passiveearthpressure)概述1.静止土压压力（Earthpressureatrest)2.主动土压压力（Activeearthpressure)当d=D/H=0时（如如地下室室）E=E01.静止土压压力2.主动土压压力墙体外移，土压力力逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最小)3.被动土压压力墙体内移，土压力逐逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最大)试验表明明：挡土墙所所受到的的土压力力类型，，首先取取决于墙墙体是否否发生位位移以及及位移方方向；(2)挡土墙所所受土压压力的大大小随位位移量而而变化，，并不是是一个常常数；(3)主动和被被动土压压力是特定条件件下的土压力力，仅当当墙有足足够大位位移或转转动时才才能产生生。总结：三三种土压压力的大大小关系系Ea<E0<Ep第二节静静止止土压力力计算hvhvh=0zzzH(a)(b)静止土压压力强度度（0）：按半空间间直线变变形体在在土的自自重作用用下无侧向变变形时的水平平侧向应应力h来计算。。下图表示示半无限限土体中中深度为为z处土单元元的应力力状态：：设想用一一挡土墙墙代替单单元体左左侧的土土体，挡挡土墙墙墙背光滑滑，则墙墙后土体体的应力力状态并并没有变变化，仍仍处于侧侧限应力力状态。。竖向应力力为自重重应力：：z=z水平向应应力为原原来土体体内部应应力变成成土对墙墙的应力力，即为为静止土土压力强强度0：0=h=K0zK0——静止土压压力系数数。一般般设为常常数。K0=1-sinφ’（式中φ’为土的内内摩擦角角）K0HH3E0(c)z0f=c+tg(d)h=0zzH(b)静止土压压力沿墙墙高呈三三角形分分布，作作用于墙墙背面单单位长度度上的总静止土土压力（（E0）：E0的作用点点位于墙墙底面往往上1/3H处，单位位[kN/m]。（d）图是处在在静止土土压力状状态下的的土单元元的应力力摩尔圆圆，可以以看出，，这种应应力状态态离破坏坏包线很很远，属属于弹性平衡衡应力状状态。第三节朗朗肯肯土压力力理论一、基本本原理朗肯理论论的基本本假设：：1、墙后填填土为均均质、各各向同性性；2、墙后填填土延伸伸到无限限远处；；3、填土表表面水平；4、墙背垂直光滑滑（墙与垂垂向夹角角=0，墙与土土的摩擦擦角=0）。1857年英国学学者朗肯肯（Rankine）根据弹弹性半空空间体内内的应力力状态及及土的极限限平衡理理论，得出计计算土压压力的方方法，又又称极限限应力法法。土体内每每一竖直直面都是是对称面面，地面面下深度度z处的M点在自重重作用下下，垂直直截面和和水平截截面上的的剪应力力均为零零，该点点处于弹性平衡衡状态（静止土土压力状状态），，其大小小为：用1、3作摩尔应应力圆，，如左图图所示。。其中3（h）即为静止止土压力力强度。。hvhvz(a)zhf=c+tg(d)半无限土土体中的的极限平平衡应力力状态主动极限限平衡应应力状态态aK0vv二、主主动土压压力Ea主动土压压力HH/3HKa主动土压压力分布布墙墙后破裂裂面形状状45＋/2Ea粘性土土：主动区Ea三、被被动土土压力力同计算算主动动土压压力一一样用用1、3作摩尔尔应力力圆。。使挡土土墙右右移，，则右右半部部分土土体有有压缩缩的趋趋势；；墙面的的法向向应力力h增大。h、v为大小小主应应力。。当挡土土墙位位移使使h增大到到使土土体达达到极限平平衡状状态时，则则h达到最最高限限值p，即：朗朗肯被被动土土压力力强度度。Ep被动土土压力力HH/3HKp被动土土压力力分布布墙墙后后破裂裂面形形状45－/290+Ep对于粘粘性土土：Ep四、几几种特特殊情情况下下的土土压力力计算算（一））超载载水平平向无无限分分布时时pazqHqKaγHKaσz（二））超载载分布布距墙墙背有有一定定距离离时求解方方法：：自均布布荷载载开始始作用用点作作Oa和Ob，∠AOa=，∠AOb==45+/2。认为为a点以上上的土土压力力不受受地表表荷载载的影影响，，b点以下下则完完全受受均布布荷载载的影影响。。a和b两点间间的土土压力力用直直线DE连接。。即：：土压压力为为多边边形ABCED的面积积。（三））局部部作用用均布布荷载载时求解方方法：：从荷认为a点以上和b点以下的土压力都不受地面荷载的影响，局部超载对主动土压力的影响为矩形DEGF（四）注意：：土层层不同同，φ不同，，则Ka不同，，分层层界面面处有有突变变。bc=1h1Ka1bd=1h1Ka2ef=(1h1+2h2)Ka2竖向自自重应应力：：（五））墙后后填土土有地地下水水时水土合合算法法（黏黏性土土）水土分分算法法（无无粘性性土））（地下下水水水位以以下用用浮容容重和水下下的值）[例题6-2]挡土墙墙高6m，墙背直直立、、光滑滑，填填土面面水平平并作作用有有均布布荷载载q=10KPa。填土的的物理理力学学性质质指标标如下下：c=0,φ=34º,γ=19KN/m3。试求主主动土土压力力及其其作用用点，，并绘绘出主主动压压力分分布图图。例题6-3：挡土土墙高高5m，墙背直直立、、光滑滑，填填土面面水平平，填填土有有两层层组成成，试试求主主动土土压力力，并并绘出出主动动土压压力分分布图图。作业习题6-1、6-3朗肯土土压力力理论论：滑滑动破破坏面面与水水平面面的夹夹角？？主动极极限平平衡状状态——主动扩扩展：：45+/2复习被动极极限平平衡状状态——被动压压缩：：45-/2第四节节库库仑仑土压压力理理论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)如果墙墙背不不垂直直，不不光滑滑墙后填填土面面任意意，不不水平平如何计计算挡挡土墙墙后的的土压压力？？第四节节库库仑土土压力力理论论2、计算依依据：：根据墙墙后土土体处处于也称为滑楔土压力理论。1、适用用条件件：墙背不不是直直立光光滑的的，墙后填填土也也不一一定水水平。3、基本本假设设a.挡土墙墙是刚刚性的的，墙墙后填填土为为均质质无粘性性土。b.滑动破破裂面面为通通过墙墙踵的的平面（平面面滑裂裂面））。c.滑动楔楔体为为刚体体。（一））无粘粘性土土主动动土压压力一、数数解法法作用力名称大小方向楔体△ABC自重W已知已知，竖直向下滑动面上反力R未知与BC法线N1夹角=内摩擦角，且位于N1下方墙背对楔体反力E（反作用力为Ea）未知与墙背法线N2的夹角=外摩擦角δ，位于N2下方当满足足朗肯肯理论论假设设，即即墙背背垂直直（α=0）、光滑(δ=0)、填土面面水平平（β=0）且无超超载（（包括括填土土与挡挡土墙墙顶齐齐高））时:墙顶以以下任任意深深度z以上的的主动动土压压力:对z求导，，得到到主动动土压压力强强度沿沿墙高高的分分布计计算公公式：：土对挡挡土墙墙墙背背的外外摩擦擦角挡土墙粗糙及填土排水情况外摩擦角挡土墙粗糙及填土排水情况外摩擦角墙背平滑、排水不良。墙背很粗糙、排水良好墙背粗糙、排水良好。墙背与填土之间不可能滑动挡土墙墙墙背背倾角角俯斜——为正仰仰斜——为负（二））无粘粘性土土被动动土压压力计算公公式例：有有一挡挡土墙墙，高高4m，墙背倾倾斜角角=10（俯斜斜），，填土土面坡坡角=10。填土土的物物理力力学性性质指指标如如下：：=18kN/m3，c=0，=30，填土与与墙背背的外外摩擦擦角=0.67。试按按库仑仑理论论求主主动土土压力力及其其作用用点。。解：=20，根据据上述述指标标查表表得Ka=0.438，则：土压力力作用用点在在距墙墙底H/3处，即即距墙墙底1.33m处二、图图解法法（自自学））库尔曼曼图解解法适用条条件：：一切切不规规则的的填土土表面面和荷荷载情情况。。三、粘粘性土土的库库仑土土压力力——公式修修正1、等代代内摩摩擦角角D加大D值，以以取代代粘性性土c、的共同同作用用D——根据经经验确确定地下水水位以以上粘粘性土土取30~35地下水水位以以下粘粘性土土取25~30经验公公式：：D——与挡土土墙高高度有有关，，可能能导致致较大大误差差2、广义义库仑仑理论论在库仑仑理论论基础础上，，考虑虑以下下因素素的影影响：：墙后填填土面面荷载载填土粘粘聚力力填土与与墙背背间的的粘结结力填土表表面附附近的的裂缝缝深度度即：所所谓““广义义库仑仑理论论”。。3.《《建筑地地基基基础设设计规规范》（GB50007－2002）推荐公公式——““广义库库仑理理论””方法法不计地地表裂裂缝h0及墙背背与粘粘土间间的粘粘结力力c，即h0=c=0，且=90-，《规范》将符合排水水和土质要要求条件的的主动土压压力系数做做成了一系系列曲线图图，可根据据、、查用。补充说明：：

试算与与实测证明明：高大挡挡土墙理论论计算结果果偏小；通通常不允许许出现达到到极限状态态时的位移移，故土压压力计算中中计入增大大系数。《规范》规定，计算算挡土结构构的土压力力时，可按按主动土压力力计算，但计计算结果需需根据土坡坡的高度进进行增大修修正：当土坡高度度小于5m时，修正系系数宜取1.0；当土坡高度度为5～8m时，修正系系数宜取1.1；当土坡高度度大于8m时，修正系系数宜取1.2。当地下水丰丰富时，应应考虑水压压力的作用用