土压力与挡土墙.pptx
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1、概述概述v在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中,挡土结构在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中,挡土结构物(挡土墙)是一种常见的建筑物。物(挡土墙)是一种常见的建筑物。v挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力。填土的压力。v土压力:指墙后填土由于它的自重或作用在填土表面土压力:指墙后填土由于它的自重或作用在填土表面上的荷载对墙背所产生的侧向压力。上的荷载对墙背所产生的侧向压力。v挡土墙按结构型式可分为重力式、悬壁式、扶壁式等。挡土墙按结构型式可分为重力式、悬壁式、扶壁式等。可用块石、条石、砖、混凝土与钢筋混凝土等材料建可用块石、条石
2、、砖、混凝土与钢筋混凝土等材料建筑。筑。v计算方法大多采用朗肯和库仑土压力理论。大型及特计算方法大多采用朗肯和库仑土压力理论。大型及特殊构筑物土压力的计算常采用有限元数值分析计算。殊构筑物土压力的计算常采用有限元数值分析计算。墙面墙 前墙 顶墙背墙 后墙 趾墙 跟(踵)墙 底(基底)土压力自重第一节第一节 挡土墙上的土压力及工程应用挡土墙上的土压力及工程应用一一.土压力的类型土压力的类型 根根据据墙墙身身位位移移的的情情况况,作作用用在在墙墙背背上上的的土土压压力力可可分分为为静止土压力静止土压力、主动土压力主动土压力和和被动土压力被动土压力。1.1.主动土压力主动土压力(active ear
3、th pressure)挡挡土土墙墙向向前前移移离离填填土土,随随着着墙墙的的位位移移量量的的逐逐渐渐增增大大,土土体体作作用用于于墙墙上上的的土土压压力力逐逐渐渐减减小小,当当墙墙后后土土体体达达到到主主动动极极限限平平衡衡状状态态并并出出现现滑滑动动面面时时,这这时时作作用用于于墙墙上上的土压力减至最小,称为主动土压力的土压力减至最小,称为主动土压力EaEa。2.2.被动土压力被动土压力(passive earth pressure)挡土墙在外力作用下挡土墙在外力作用下移向填土移向填土,随着墙位移量的,随着墙位移量的逐渐增大,土体作用于墙上的土压力逐渐增大,当墙逐渐增大,土体作用于墙上的土
4、压力逐渐增大,当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时,这时后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时,这时作用于墙上的土压力增至最大,称为被动土压力作用于墙上的土压力增至最大,称为被动土压力EpEp。3.3.静止土压力静止土压力(earth pressure at rest)当当挡挡土土墙墙静静止止不不动动时时,即即不不能能移移动动也也不不转转动动,这这时时土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力E E0 0。主动被动15%0.10.5%试验研究表明:在相试验研究表明:在相同条件下,静止土压力大同条件下,静止土压力大于主动土压力而小于被动于主动土压力而小于被
5、动土压力,即有土压力,即有E Ea a E E0 0 E Ep p 在相同条件下,产生在相同条件下,产生被动土压力时所需的位移被动土压力时所需的位移量远远大于产生主动土压量远远大于产生主动土压力时所需的位移量。力时所需的位移量。第二节第二节.静止土压力计算静止土压力计算 在填土表面下任意深度在填土表面下任意深度z z处的静止土压力强度处的静止土压力强度可按下式计算:可按下式计算:由上式可知,静止土压力沿墙高呈三角形分布。由上式可知,静止土压力沿墙高呈三角形分布。作用在单位墙长上的静止土压力为:作用在单位墙长上的静止土压力为:E0H静止土压力的分布静止土压力的分布方向垂直指向墙背方向垂直指向墙背
6、,合力合力E E0 0的作用点在距离墙底的作用点在距离墙底1/31/3处。处。K K0 0静止土压力系数静止土压力系数,一般应通过试验确定,一般应通过试验确定,无试验资料时,可按参考值选取;砂土的无试验资料时,可按参考值选取;砂土的K K0 0值为值为0.0.25250.40.42 2;粘性土的;粘性土的K Ko o值为值为0.50.50.0.8 8,也可利,也可利用半经验公式用半经验公式K K0 0=1-sin =1-sin 计算。计算。土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角(o o);填土的重度,填土的重度,kN/mkN/m3 3;z z 计算点距离填土表面的深度,计算点距离填土表面的深度,m
7、m。第三节第三节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论基本原理基本原理 认为墙后填土达到极限平衡状态时,与墙背接触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限平衡状态,然后根据土单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极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土元体处于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压力的计算公式.基本假定基本假定vv挡土墙的墙背垂直;挡土墙的墙背垂直;挡土墙的墙背垂直;挡土墙的墙背垂直;vv挡土墙的墙背光滑挡土墙的墙背光滑挡土墙的墙背光滑挡土墙的墙背光滑;vv挡土墙的墙后填土表面水平;挡土墙的墙后填土表面水平;挡土墙的墙后填土表面
8、水平;挡土墙的墙后填土表面水平;AO主动状态被动状态粘性土:粘性土:无粘性土:无粘性土:粘性土:粘性土:无粘性土:无粘性土:主动土压力主动土压力由以上公式可知:由以上公式可知:v无粘性土的主动土压力强度与无粘性土的主动土压力强度与z z成正比,成正比,沿墙高的压力呈三角形分布。如取单位墙沿墙高的压力呈三角形分布。如取单位墙长,则主动土压力为:长,则主动土压力为:EaEa的作用方向应垂直墙背,作用点在距墙底的作用方向应垂直墙背,作用点在距墙底1/31/3处处。Eah无粘性土的主动土压力强度分布图无粘性土的主动土压力强度分布图v粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力 强度包括两部分:一部分是由自重引
9、起的土压强度包括两部分:一部分是由自重引起的土压力强度力强度 ,另一部分是由粘聚力引起的负侧压,另一部分是由粘聚力引起的负侧压力强度力强度 ,这两部分土压力叠加的结果如,这两部分土压力叠加的结果如下页图所示。下页图所示。其中其中adeade部分是负侧压力,对墙背而言是部分是负侧压力,对墙背而言是拉力拉力,但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离,从但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离,从而造成土压力为零。所以粘性土的土压力分布仅是而造成土压力为零。所以粘性土的土压力分布仅是abcabc部分。部分。Eahadebc粘性土的主动土压力强度分布图粘性土的主动土压力强度分布图a a点离填土面的的深
10、度点离填土面的的深度z z0 0称为称为临界深度临界深度,在填土面,在填土面无荷载的条件下,可令无荷载的条件下,可令p pa a=0=0求得求得z z0 0的值,可得的值,可得如取单位墙长计算,主动土压力如取单位墙长计算,主动土压力E Ea a为:为:E Ea a的作用方向应垂直墙背,作用点在距墙底的作用方向应垂直墙背,作用点在距墙底(h-zh-z0 0)/3)/3处处。被动土压力被动土压力无粘性土无粘性土粘性土粘性土 从以上公式可知:从以上公式可知:v无粘性土的被动土压力强度呈无粘性土的被动土压力强度呈三角形分布三角形分布;如取单位墙长计算,则被动土压力可由下式如取单位墙长计算,则被动土压力
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