土力学课程讲解.pptx
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1、土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系第第8 8章章 土压力土压力n8.1 8.1 概述概述n8.2 8.2 静止土压力静止土压力n8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n8.4 8.4 库仑土压力库仑土压力n8.5 8.5 几种常见情况下土压力的计算几种常见情况下土压力的计算土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.1 8.1 概述概述n一、挡土墙的用途与类型一、挡土墙的用途与类型n二、土压力的种类二、土压力的种类n三、产生主动与被动土压力的条件三、产生主动与被动土压力的条件n四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系一、挡土墙的用途与类型一、挡
2、土墙的用途与类型n1 1 挡土墙的用途挡土墙的用途n土压力土压力挡土墙承受土体的侧压力作用,这种侧压挡土墙承受土体的侧压力作用,这种侧压力总称土压力。即挡土墙后填土因自重或外荷载作用力总称土压力。即挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。对墙背产生的侧向压力。n民用建筑(地下室侧墙),水利工程(土坝)、铁路民用建筑(地下室侧墙),水利工程(土坝)、铁路(路基旁)、桥梁(桥台)中应用。(路基旁)、桥梁(桥台)中应用。n2 2 挡土墙的类型挡土墙的类型n(1 1)按结构型式可分为:重力式、悬臂式、扶壁式、)按结构型式可分为:重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、加筋土挡土墙等。锚杆式、加筋土
3、挡土墙等。n(2 2)按建筑材料可分为:砖砌、块石、素混凝土、钢)按建筑材料可分为:砖砌、块石、素混凝土、钢筋混凝土、按挡土墙的规模与重要性选用相应的材料。筋混凝土、按挡土墙的规模与重要性选用相应的材料。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.1 8.1 概述概述n一、挡土墙的用途与类型一、挡土墙的用途与类型n二、土压力的种类二、土压力的种类n三、产生主动与被动土压力的条件三、产生主动与被动土压力的条件n四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系二、土压力的种类二、土压力的种类n1 1 土压力的分类土压力的分类n据墙位移情况和墙后土体所处的应力状态
4、,分三种。据墙位移情况和墙后土体所处的应力状态,分三种。n(1 1)静止土压力)静止土压力E E0 0当挡土墙静止不动,墙后土体当挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性平衡状态时,土对墙的压力称为静止土压力,处于弹性平衡状态时,土对墙的压力称为静止土压力,一般用一般用E E0 0来表示。来表示。n(2 2)主动土压力)主动土压力EaEa当挡土墙向离开土体方向偏移,当挡土墙向离开土体方向偏移,墙后土体处于极限平衡状态时,作用在挡土墙上的土墙后土体处于极限平衡状态时,作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力,一般用压力称为主动土压力,一般用EaEa来表示。来表示。n(3 3)被动土压力)被动土压力EpEp当
5、挡土墙向着土体方向偏移,当挡土墙向着土体方向偏移,墙后土体处于极限平衡状态时,作用在挡土墙上的土墙后土体处于极限平衡状态时,作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力,一般用压力称为被动土压力,一般用EpEp来表示。来表示。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系二、土压力的种类二、土压力的种类n3 3 三种土压力之间的大小关系三种土压力之间的大小关系n分析:挡土墙离开填土向前移分析:挡土墙离开填土向前移+时,土中产生滑裂面时,土中产生滑裂面ABAB,同时在裂面上产生向上抗剪力(阻止土体下滑)。,同时在裂面上产生向上抗剪力(阻止土体下滑)。因而减小了作用在墙上的土压力。此时,墙后土体达因而减小了作
6、用在墙上的土压力。此时,墙后土体达到主动极限平衡状态,作用在墙上土压力达到最小值。到主动极限平衡状态,作用在墙上土压力达到最小值。n挡土墙向后移动推向填土挡土墙向后移动推向填土-,产生裂面,产生裂面ACAC,同时在裂,同时在裂面上产生抗剪力,因而增大了作用在墙上土压力,最面上产生抗剪力,因而增大了作用在墙上土压力,最终达到被动极限平衡状态,墙上土压力达到最大值。终达到被动极限平衡状态,墙上土压力达到最大值。可见:可见:EaEEaE0 0EpEp。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系二、土压力的种类二、土压力的种类nE Ea aEE0 0EEp pACEp-滑动面滑动面ABEa+滑动面滑动
7、面土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.1 8.1 概述概述n一、挡土墙的用途与类型一、挡土墙的用途与类型n二、土压力的种类二、土压力的种类n三、产生主动与被动土压力的条件三、产生主动与被动土压力的条件n四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、产生主被动土压力的条件三、产生主被动土压力的条件n针对砂土和粘性土在不同位移形式下产生主、针对砂土和粘性土在不同位移形式下产生主、被动土压力所需位移量试验研究结果如下:被动土压力所需位移量试验研究结果如下:n1 1 产生主动土压力条件产生主动土压力条件n密砂位移量密砂位移量+0.50.5H H(H H
8、为墙高);密实粘为墙高);密实粘性土位移性土位移+(1-21-2)H Hn2 2 产生被动土压力条件产生被动土压力条件n密砂位移量密砂位移量-5 5H H(H H为墙高);密实粘性为墙高);密实粘性土位移土位移-0.1H0.1H土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、产生主被动土压力的条件三、产生主被动土压力的条件n理论研究及模型试验都可得出:产生被动土压力所需理论研究及模型试验都可得出:产生被动土压力所需位移量位移量 p p远大于主动土压力所需的位移量远大于主动土压力所需的位移量 a a。EpEaE0位移位移+-p aE土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.1 8.1 概述概述
9、n一、挡土墙的用途与类型一、挡土墙的用途与类型n二、土压力的种类二、土压力的种类n三、产生主动与被动土压力的条件三、产生主动与被动土压力的条件n四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素n1 1 填土的性质及填土表面的形状填土的性质及填土表面的形状n填土性质:松密程度即容重填土性质:松密程度即容重、干湿程度即含水量、干湿程度即含水量w w、强度指标内摩擦角强度指标内摩擦角、粘聚力、粘聚力c c的大小。填土表面形状:的大小。填土表面形状:水平、向上倾斜、向下倾斜。水平、向上倾斜、向下倾斜。n2 2 挡土墙的形状、墙背
10、的光滑程度和结构形式挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式n挡墙剖面形状,包括墙背为竖直或是倾斜、墙背为光挡墙剖面形状,包括墙背为竖直或是倾斜、墙背为光滑或粗糙,关系到采用何种计算理论公式和计算结果。滑或粗糙,关系到采用何种计算理论公式和计算结果。n3 3 挡土墙位移方向和位移量挡土墙位移方向和位移量(线位移、角位移)(线位移、角位移)土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系第第8 8章章 土压力土压力n8.1 8.1 概述概述n8.2 8.2 静止土压力静止土压力n8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n8.4 8.4 库仑土压力库仑土压力n8.5 8.5 几种常见情况下土压力的计算几种常见
11、情况下土压力的计算土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.2 8.2 静止土压力静止土压力n一、静止土压力定义及计算一、静止土压力定义及计算n二、静止土压力的适用范围二、静止土压力的适用范围土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系一、定义及计算一、定义及计算n静止土压力静止土压力挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性平衡状态时,作用于墙上的土压力。平衡状态时,作用于墙上的土压力。n 填土表面任意深度填土表面任意深度z z处取一微元体,其上作用竖向自处取一微元体,其上作用竖向自重应力重应力 z z,该处静止土压力,该处静止土压力 0 0K K0 0 z z。关于
12、。关于K K0 0的取值由的取值由三种方法。三种方法。n1 1 静止土压力计算公式静止土压力计算公式土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系一、定义及计算一、定义及计算n(1 1)弹性半无限体应力应变理论弹性半无限体应力应变理论n(2 2)K K0 0可由室内可由室内K K0 0三轴仪或应力路径三轴仪测得。原三轴仪或应力路径三轴仪测得。原位测试可用自钻式旁压仪测得。位测试可用自钻式旁压仪测得。n(3 3)缺乏试验资料时,可用经验公式估算:缺乏试验资料时,可用经验公式估算:泊松比,砂土可取泊松比,砂土可取0.2-0.250.2-0.25;粘性土可取;粘性土可取0.25-0.400.25-0.4
13、0。砂性土:砂性土:Jacky公式:公式:K01sin,粘性土:粘性土:Lambe公式:公式:K00.95sin 固结粘土:固结粘土:K0 (1sin)土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系一、定义及计算一、定义及计算n2 2 静止土压力分布静止土压力分布n墙顶部:墙顶部:z=0z=0,0 00 0;墙底部:;墙底部:z=Hz=H,0 0K K0 0 H H;n静止土压力呈三角形分布。静止土压力呈三角形分布。n3 3 总静止土压力总静止土压力n沿墙长度方向取沿墙长度方向取1 1延米,挡土墙上的总静止土压力为:延米,挡土墙上的总静止土压力为:nE E0 00.5K0.5K0 0 H H2 2
14、n4 4 总静止土压力作用点总静止土压力作用点n总静止土压力作用点位于静止土压力三角形分布图的总静止土压力作用点位于静止土压力三角形分布图的重心,即距墙底重心,即距墙底H/3H/3处。处。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、静止土压力的应用范围三、静止土压力的应用范围n1 1 地下室外墙地下室外墙n地下室外墙,都有内隔墙支挡,墙位移与转角为零。地下室外墙,都有内隔墙支挡,墙位移与转角为零。n2 2 岩基(坚硬地基)上的挡土墙岩基(坚硬地基)上的挡土墙n挡土墙与岩石地基牢固联结,墙体不发生位移或转动。挡土墙与岩石地基牢固联结,墙体不发生位移或转动。n3 3 拱座拱座n拱座不允许产生位移
15、,故亦按静止土压力计算。拱座不允许产生位移,故亦按静止土压力计算。n此外,水闸、船闸的边墙,因与闸底板连成整体,边此外,水闸、船闸的边墙,因与闸底板连成整体,边墙位移可忽略不计,也可按静止土压力计算。墙位移可忽略不计,也可按静止土压力计算。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系第第8 8章章 土压力土压力n8.1 8.1 概述概述n8.2 8.2 静止土压力静止土压力n8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n8.4 8.4 库仑土压力库仑土压力n8.5 8.5 几种常见情况下土压力的计算几种常见情况下土压力的计算土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n
16、一、基本假设与适用条件一、基本假设与适用条件n二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n四、例题四、例题土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系一、基本假设及适用条件一、基本假设及适用条件n朗肯土压力理论根据半空间应力状态和土的极限平衡朗肯土压力理论根据半空间应力状态和土的极限平衡条件得出的土压力计算方法。条件得出的土压力计算方法。AB1 1 朗肯假设:表面水平的半无限土体处于朗肯假设:表面水平的半无限土体处于极限平衡状态。若将土体中垂线极限平衡状态。若将土体中垂线ABAB左侧的左侧的土体拿掉,换成垂直光滑墙背的挡土墙,土体拿掉,换成垂直光滑墙背的挡土墙
17、,则作用在挡土墙上的土压力等于原来作用则作用在挡土墙上的土压力等于原来作用在垂线在垂线ABAB上的水平法向应力。上的水平法向应力。2 2 适用条件:墙背垂直光滑,填土面水平适用条件:墙背垂直光滑,填土面水平土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n一、基本假设与适用条件一、基本假设与适用条件n二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n四、例题四、例题土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n1 1 主动土压力主动土压力 MzOIIIIIIOT1T2土体处于极限平衡状态时,土体处
18、于极限平衡状态时,无粘性土处主动土压力时,无粘性土处主动土压力时,1 1 z z,c c0 0代入上式中,知代入上式中,知土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n土体处于极限平衡状态时土体处于极限平衡状态时 无粘性土主动土压力时,无粘性土主动土压力时,1 1 z z,c c0 0代入上式中,代入上式中,HEaH/3主动土压力为主动土压力为总土压力为总土压力为土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系OIIIIIIOT1T2二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n2 2 被动土压力被动土压力n土体在水平方向压缩,土体在水平方向压缩,z z不变,不变,
19、x x不断增大,直至到不断增大,直至到达极限平衡状态。莫尔圆达极限平衡状态。莫尔圆IIIIII与抗剪强度曲线相切于与抗剪强度曲线相切于T T2 2。n由极限平衡条件知:由极限平衡条件知:3 3 z z,c c0 0,被动土压力:被动土压力:三角形分布,墙高为三角形分布,墙高为H,总土压力为,总土压力为土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n一、基本假设与适用条件一、基本假设与适用条件n二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n四、例题四、例题土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、粘性土的土压力三、粘性土的土压
20、力n1 1 主动土压力主动土压力主动土压力强度包括两部分:主动土压力强度包括两部分:1=z 另一部分由粘聚力另一部分由粘聚力c c引起的负侧压力引起的负侧压力一部分由自重引起的土压力一部分由自重引起的土压力bcaedH土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n填土面无荷载的条件下,填土面无荷载的条件下,z=0z=0,土不能抗拉,会出现裂,土不能抗拉,会出现裂缝,可认为此部分土压力为零。缝,可认为此部分土压力为零。时,时,a a0 0。深度深度z z0 0是是 a a由负变正的界限,常称为临界深度。由负变正的界限,常称为临界深度。由上图三角形分布,可计算处土
21、压力:由上图三角形分布,可计算处土压力:作用距墙底作用距墙底(H-z(H-z0 0)/3)/3处。处。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n2 2 被动土压力被动土压力n与无粘性土相似,与无粘性土相似,bcadHE Ep p通过梯形形心。通过梯形形心。土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n一、基本假设与适用条件一、基本假设与适用条件n二、无粘性土的土压力二、无粘性土的土压力n三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力n四、例题四、例题土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四、例题四、例题【例例8-18-1】高高H
22、 H5m5m,墙背直立、光滑、填土面水平。填,墙背直立、光滑、填土面水平。填土的物理力学性质指标:土的物理力学性质指标:c c10kpa10kpa,2020,18kn/m18kn/m3 3,求主动土压力及其作用点,并绘出主动土压,求主动土压力及其作用点,并绘出主动土压力分布图。力分布图。c10kpa2018kn/m3H分析:分析:c c10kpa10kpa为粘性土,求为粘性土,求主动土压力时须考虑临界深度。主动土压力时须考虑临界深度。1 1 墙底处的主动土压力强度为墙底处的主动土压力强度为 代入数据得代入数据得 a a30.1kpa 30.1kpa 土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四
23、、例题四、例题n2 2 临界深度临界深度z z0 0n3 3 主动土压力主动土压力,代入数据得代入数据得z z0 01.59m 1.59m 作用在距墙底作用在距墙底1/31/3(H Hz z0 0)1.14m1.14m。EaEa0.50.5 a a(H Hz z0 0)=51.4kn/m=51.4kn/m土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四、例题四、例题【例例8 82 2】某板桩墙如图所示,图中土的参数为某板桩墙如图所示,图中土的参数为 试求板桩前的主动土试求板桩前的主动土压力合力和板桩后的被动土压力合力。压力合力和板桩后的被动土压力合力。3m8m土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土
24、木系四、例题四、例题3m3m8m8mA AB BD DE E1.8m1.8m土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四、例题四、例题n在在A A点:点:n在在B B点:点:土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系四、例题四、例题n板桩后在板桩后在C C点:点:n在在D D点:点:n在在E E点:点:土力学土力学厦门大学厦门大学 土木系土木系第第8 8章章 土压力土压力n8.1 8.1 概述概述n8.2 8.2 静止土压力静止土压力n8.3 8.3 朗肯土压力朗肯土压力n8.4 8.4 库仑土压力库仑土压力n8.5 8.5 几种常见情况下土压力的计算几种常见情况下土压力的计算土力学土力学厦门
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