地下结构工程之二地下结构荷载

安徽建筑工业学院地下结构工程主讲教师：席培胜第02章2.1概述2.2朗肯土压力理论2.3库仑土压力理论2.4土压力计算方法的一些问题主要内容§2.1土压力概述土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力E填土面码头桥台E隧道侧墙EE一、土压力类型被动土压力主动土压力静止土压力土压力1.静止土压力

挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Eo2.主动土压力

在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力滑裂面Ea3.被动土压力

播放动画播放动画Ep滑裂面在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力4.三种土压力之间的关系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p

＞＞△a二、静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3静止土压力系数静止土压力强度

静止土压力系数测定方法：

1.通过侧限条件下的试验测定2.采用经验公式K0

=1-sinφ’

计算3.按相关表格提供的经验值确定静止土压力分布

土压力作用点三角形分布

作用点距墙底h/3

§2.2朗肯土压力理论一、朗肯土压力基本理论1.挡土墙背垂直、光滑2.填土表面水平3.墙体为刚性体σz=zσx＝K0zzf=0pa＝Kazpp＝Kpz增加减小45o-/245o＋/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向pappfzK0zf=c+tan土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o＋/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/2二、主动土压力45o＋/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到△a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o＋/2，水平应力降低到最低极限值z(σ1)pa(σ3)极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力强度：zh/3EahKa讨论：当c=0,无粘性土朗肯主动土压力强度h1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处2c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKa2.粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z01.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处z0hKa-2c√Ka三、被动土压力极限平衡条件朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力强度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到△p，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角45o－/2，水平应力增大到最大极限值讨论：当c=0,无粘性土朗肯被动土压力强度1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处hhKph/3Ep当c＞0,粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKp2.粘聚力c引起的侧压力2c√Kp说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心土压力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp四、例题分析【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主动土压力系数墙底处土压力强度临界深度主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、几种常见情况下土压力计算1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）

z＋qh填土表面深度z处竖向应力为(q+z)AB相应主动土压力强度A点土压力强度B点土压力强度若填土为粘性土，c＞0临界深度z0z0＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力z0≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算zq2.成层填土情况（以无粘性土为例）

ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处3.墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）

ABC(h1+

h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下水位以下土层用浮重度计算A点B点C点土压力强度水压力强度B点C点作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处h1h2h六、例指题分析【例】挡土臣墙高5m，墙背直膀立、光谢滑，墙劲后填土涝面水平重，共分性两层。酱各层的秤物理力扯学性质斑指标如终图所示诸，试求昼主动土览压力Ea，并绘出赵土压力耍分布图h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.援307Ka2＝0.柱568【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点B点上印界面B点下界渔面C点主动烈土压闯力合稿力10.识4kP纹a4.瘦2k爷Pa36多.6津kP卖a§2.寄3库仑土孔压力理边论一、库零仑土压铅力基本向假定1.墙后触的填猛土是巡寿理想科散粒惜体属于辟平面遗应变滤问题2.滑动绵破坏攻面为睁通过妖墙踵蚊的平汗面3.滑动骡土楔损为一桥刚塑喘性体桶，本预身无京变形二、僻库仑位土压替力αβδWhCABq墙向栗前移蛾动或插转动帆时，膛墙后懒土体移沿某你一破名坏面BC破坏，央土楔AB渠C处于纳主动讯极限语平衡控状态土楔执受力堂情况拢：3.墙背对打土楔的魄反力E,大小优未知宏，方习向与难墙背曾法线岭夹角比为δER1.土楔自讽重W=△ABC,方向槐竖直疾向下2.破坏毙面为BC上的非反力R,大小未取知，方象向与破朋坏面法便线夹角哀为土楔在翠三力作自用下，鼠静力平财衡αβδGhACBqER滑裂面较是任意陈给定的纺，不同返滑裂面于得到一骗系列土欠压力E，E是q的函数，E的最大值Ema西x，即为犹墙背盖的主抹动土烤压力Ea，所恰对应挺的滑元动面路即是去最危置险滑印动面库仑主戚动土压利力系数姥，查表党确定土对田挡土旷墙背厨的摩违擦角统，根孝据墙裕背光兼滑，扑排水竖情况分查表掌确定主动叠土压肤力与知墙高炎的平止方成若正比主动土醒压力强课度主动束土压芹力强物度沿束墙高避呈三绣角形杏分布板，合挤力作雅用点色在离啦墙底h/3处，方帅向与墙普背法线近成δ，与水平黑面成（α＋δ）hhKahαβACBδαEah/3说明虫：土压吧力强枪度分阻布图元只代该表强旱度大扛小，对不代哭表作沟用方迷向主动芝土压纸力三、低例题们分析【例】挡土煌墙高4.5澡m，墙背缴俯斜贤，填梅土为绝砂土醉，=17兼.5k额N/m3，=30o，填扇土坡设角、秃填土西与墙包背摩长擦角折等指规标如娇图所奏示，始试按蛮库仑税理论蛮求主港动土爹压力Ea及作用摇点α=10oβ=15oδ=20o4.5mABα=10oEah/3【解答】由α=10o，β=15o，=3敏0o，δ=2叹0o查表宜得到土压哨力作更用点驻在距味墙底h/3=1赞.5m处§2.粉4土压力深计算方凭法讨论一、冷朗肯容与库枪仑土在压力匹理论想存在民的主城要问希题朗肯土迫压力理朗论基于土单元消体的应抬力极限谅平衡条薯件建立慨的，真采用墙背棒竖直碰、光劈燕滑、恳填土呼表面宽水平的假拥定，暖与实誓际情怎况存准在误零差，主动骑土压畏力偏杀大，川被动睁土压钟力偏灶小库仑资土压厨力理雕论基棵于滑动块孩体的静窝力平衡寇条件建立烫的，镇采用破坏面海为平面的假赵定，贵与实垮际情斜况存便在一盼定差沉距（膀尤其皂是当罢墙背股与填叠土间根摩擦拾角较溪大时水）二、炭三种阔土压评力在称实际帮工程旁中的着应用挡土东墙直扰接浇割筑在胃岩基夹上，种墙的黎刚度宅很大劳，墙售体位土移很杰小，项不足李以使效填土烟产生孤主动拾破坏炕，可意以近茎似按猛照静标止土占压力大计算岩基E0挡土墙知产生离语开填土酷方向位锐移，墙劲后填土巾达到极高限平衡紫状态，疯按主动承土压力茎计算。部位移达硬到墙高递的0.枣1%～0.3蛾%,填土就踢可能发词生主动铜破坏。Ea30%Ep挡土剃墙产档生向托填土滤方向预的挤率压位达移，窗墙后魔填土接达到爪极限终平衡心状态桐，按亚被动谊土压籍力计膝算。米位移惊需达熄到墙谊高的2%～5%,工程畏上一任般不里允许帆出现蛮此位登移，砖因此独验算萍稳定断性时捡不采先用被膀动土餐压力葛全部宽，通辜常取舰其30％三、挡仆土墙位边移对土筛压力分裕布的影帐响挡土墙裙下端不犹动，上蛙端外移炉，墙背烈压力按衡直线分侵布，总络压力作唯用点位喂于墙底戴以上H/3挡土拐墙上配端不扩动，宜下端盗外移别，墙纺背填酸土不荣可能炭发生木主动麦破坏域，压的力为狗曲线逼分布揉，总收压力嘉作用晌点位民于墙搂底以竭上约H/2挡土孕墙上驴端和贝下端价均外上移，巾位移宽大小辞未达跳到主城动破穴坏时搭位移饮时，偷压力导为曲些线分蝇布，璃总压追力作腰用点