土力学--土压力.pptx
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1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 静止静止土压力计算土压力计算第三节第三节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论第四节第四节 库伦土压力理论库伦土压力理论第五节第五节 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较第六节第六节 几种常见情况下的土压力计算几种常见情况下的土压力计算第七节第七节 埋管土压力埋管土压力第一节第一节 概述概述土压力土压力(Earth pressure)土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用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对墙背产生的侧压力E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙EE土压力类型土压力类型被动土压力被动土压力主动
2、土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力1.1.静止土压力静止土压力(earth pressure at-rest)n挡土墙在压力作用下不挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移,发生任何变形和位移,墙后填土处于弹性平衡墙后填土处于弹性平衡状态时,作用在挡土墙状态时,作用在挡土墙背的土压力背的土压力Eo o挡土墙位移情况挡土墙位移情况墙后土体所处的应力状态墙后土体所处的应力状态2.主动土压力主动土压力(active earth pressure)n在土压力作用下,挡土墙在土压力作用下,挡土墙离开土体向前位移至一定离开土体向前位移至一定数值,墙后土体达到主动数值,墙后土体达到主动极限平衡状
3、态时,作用在极限平衡状态时,作用在墙背的土压力墙背的土压力滑裂面滑裂面Ea3.被动土压力被动土压力(passive earth pressure)Ep滑裂面滑裂面n在外力作用下,挡土墙在外力作用下,挡土墙推挤土体向后位移至一推挤土体向后位移至一定数值,墙后土体达到定数值,墙后土体达到被动极限平衡状态时,被动极限平衡状态时,作用在墙上的土压力作用在墙上的土压力4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系-+-EoapEaEo oEpn对同一挡土墙,在填土对同一挡土墙,在填土的物理力学性质相同的的物理力学性质相同的条件下条件下有以下规律:有以下规律:n1.1.Ea Eo Epn2.2.p a5
4、.5.影响土压力大小的因素影响土压力大小的因素 挡土墙的位移。挡土墙的位移。挡土墙的形状。挡土墙的形状。填土的性质。填土的性质。挡土墙的建筑材料。挡土墙的建筑材料。第二节第二节 静止土压力的计算静止土压力的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力的水平分量 K0h hzK0zzh/3静止土压力静止土压力系数系数静止土压力强度静止土压力强度 静止土压力系静止土压力系数测定方法数测定方法 n1.1.通过侧限条通过侧限条件下的试验测定件下的试验测定 n2.2.采用经验公采用经验公式式K0=1-1-sin 计算计算 n3.3
5、.按相关表格按相关表格提供的经验值确提供的经验值确定定静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/3 特殊情况下的静止土压力特殊情况下的静止土压力 对于成层土或有超载的情况,第对于成层土或有超载的情况,第n层土底面处层土底面处的静止土压力的静止土压力 当挡土墙墙后填土有地下水存在时,对于透水当挡土墙墙后填土有地下水存在时,对于透水性较好的砂性土应采用有效重度来计算,同时性较好的砂性土应采用有效重度来计算,同时还要考虑作用于挡土墙上的静止水压力的影响。还要考虑作用于挡土墙上的静止水压力的影响。第三节第三节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论一
6、、朗肯一、朗肯(Rankine)土压力基本理论土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0p paKazp ppKpz增加增加减小减小4545o o-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向p pap pp f zK0z f=c+tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗肯状态肯状态被动朗被
7、动朗肯状态肯状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态,处于主动朗肯状态,1 1方向竖直,剪切方向竖直,剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o-/2/24545o o-/2/24545o o/2/2处于被动朗肯状态,处于被动朗肯状态,3 3方向竖直,剪切方向竖直,剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o/2/2二、主动土压力二、主动土压力4545o o/2/2h挡土墙在土压力作用下,产挡土墙在土压力作用下,产生离开土体的位移,竖向应生离开土体的位移,竖向应力保持不变,水平应力逐渐力保持不变,水平应力逐渐减小,位移增大到减小,位移增大到a,墙后,墙
8、后土体处于朗肯主动状态时,土体处于朗肯主动状态时,墙后土体出现一组滑裂面,墙后土体出现一组滑裂面,它与大主应力面夹角它与大主应力面夹角4545o o/2/2,水平应力降低到最低极限,水平应力降低到最低极限值值z(1 1)pa a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件朗肯主动土压朗肯主动土压力系数力系数朗肯主动土压力强度朗肯主动土压力强度z z讨论:讨论:h/3Ea hKa当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度hn1.1.无粘性土主动土压力强度与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成正比,沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积,即三角形面积
9、合力大小为分布图形的面积,即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底h/3处处当当c0 0,粘性土粘性土2 2cKaEa(h-z0)/3h粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKan2.2.粘聚力粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa说明:说明:负侧压力是一种拉力,由于土与结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,在构之间抗拉强度很低,受拉极易开裂,在计算中不考虑计算中不考虑负侧压力深度为临界深度负侧压力深度为临界深度z0n1.1.粘性
10、土主动土压力强度存在负粘性土主动土压力强度存在负侧压力区侧压力区(计算中不考虑)(计算中不考虑)n2.2.合力大小为分布图形的面积合力大小为分布图形的面积(不计负侧压力部分)(不计负侧压力部分)n3.3.合力作用点在三角形形心,即合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底作用在离墙底(h-z0)/3处处z0 hKa-2 2cKa三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极限平衡条件朗肯被动土压朗肯被动土压力系数力系数朗肯被动土压力强度朗肯被动土压力强度z(3 3)pp p(1 1)4545o o/2/2hz z挡土墙在外力作用下,挡土墙在外力作用下,挤压墙背后土体,产生挤压墙背后土体,产生位移,竖向
11、应力保持不位移,竖向应力保持不变,水平应力逐渐增大,变,水平应力逐渐增大,位移增大到位移增大到p,墙后,墙后土体处于朗肯被动状态土体处于朗肯被动状态时,墙后土体出现一组时,墙后土体出现一组滑裂面,它与小主应力滑裂面,它与小主应力面夹角面夹角4545o o/2/2,水平应,水平应力增大到最大极限值力增大到最大极限值讨论:讨论:当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯被动土朗肯被动土压力强度压力强度n1.1.无粘性土被动土压力强度与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成正比,沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积,即三角形面积合力大小为分布图形的面积,即三角形面积n3.3
12、.合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底h/3处处h hKph/3Ep当当c0 0,粘性土粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKpn2.2.粘聚力粘聚力c引起的侧压力引起的侧压力2cKp说明:说明:侧压力是一种正压力,在计算侧压力是一种正压力,在计算中应考虑中应考虑n1.1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.2.合力大小为分布图形的面积,即梯形分布图形面积合力大小为分布图形的面积,即梯形分布图形面积n3.3.合力作用点在梯形形心合力
13、作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphp四、例题分析四、例题分析【例】有一挡土墙,高有一挡土墙,高6 6米,墙背直立、光滑,墙后填土米,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、粘聚力如面水平。填土为粘性土,其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示下图所示 ,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h=6m=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o【解答解答】主动土压力系数主动土压力系数墙底处土压力强度墙底处土压力强度临界深度临界深度主动土压力主动土压力主动土压力作用
14、点主动土压力作用点距墙底的距离距墙底的距离2cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa五、具有斜坡填土面时作用于竖直墙背上的土压力五、具有斜坡填土面时作用于竖直墙背上的土压力 第四节 库仑土压力理论一、一、库仑库仑(Coulomb)土压力基本假定土压力基本假定n1.1.墙后的填土是理想散粒体(无粘性土)墙后的填土是理想散粒体(无粘性土)n2.2.滑动破坏面为通过墙踵的平面滑动破坏面为通过墙踵的平面 n3.3.滑动土楔为一刚塑性体,本身无变形滑动土楔为一刚塑性体,本身无变形二、库仑主动土压力二、库仑主动土压力 GhCABq q墙向前移动或转动时,墙后土体沿墙向前移动或转动时,墙后土体
15、沿某一破坏面某一破坏面BC破坏,土楔破坏,土楔ABC处处于主动极限平衡状态于主动极限平衡状态土楔受力情况:土楔受力情况:n3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E,大小未知,方大小未知,方向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为ERn1.1.土楔自重土楔自重G=ABC,方向竖直向方向竖直向下下n2.2.破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R,大小未知,大小未知,方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 土楔在三力作用下,静力平衡土楔在三力作用下,静力平衡 GhACBq qER滑裂面是任意给定的,不同滑裂面得滑裂面是任意给定的,不同滑裂面得到一系列土压力到一系列土压力E,E是是q q的函数的函
16、数,E的的最大值最大值Emax,即为墙背的主动土压,即为墙背的主动土压力力Ea,所对应的滑动面即是最危险滑,所对应的滑动面即是最危险滑动面动面库仑主动土压力库仑主动土压力系数,查表确定系数,查表确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角,根据墙背光滑,角,根据墙背光滑,排水情况查表确定排水情况查表确定主动土压力与墙高的平方主动土压力与墙高的平方成正比成正比主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分主动土压力强度沿墙高呈三角形分布,合力作用点在离墙底布,合力作用点在离墙底h/3处,处,方向与墙背法线成方向与墙背法线成,与水平面成,与水平面成()hhKahACBEah/3说明:说明
17、:土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小,不代表作用大小,不代表作用方向方向主动土压力主动土压力三、库仑被动土压力三、库仑被动土压力与主动土压力相似,仅仅与主动土压力相似,仅仅是是E和和R均位于法线上方均位于法线上方 GhACBq qER库仑被动土压力系数库仑被动土压力系数若令库仑公式中的若令库仑公式中的=0,将退化成朗金公式将退化成朗金公式四、几个问题四、几个问题 q土体抗剪强度指标土体抗剪强度指标必须考虑长期工作时填土状态的变化及长期强度的下降因必须考虑长期工作时填土状态的变化及长期强度的下降因素。一般可取为标准抗剪强度的素。一般可取为标准抗剪强度的1/31/3左右,或计
18、算内摩擦左右,或计算内摩擦角为标准值角为标准值-2-2,粘聚力为标准值的(,粘聚力为标准值的(0.3-0.40.3-0.4)倍。)倍。q外摩擦角外摩擦角取决于墙背的粗糙成都、填土类别以及墙背的排水条件。取决于墙背的粗糙成都、填土类别以及墙背的排水条件。还与超载及填土面的倾角有关。表还与超载及填土面的倾角有关。表7-17-1粘性土粘性土对于填土为的性土或者填土面不是平面,而是任意折线或对于填土为的性土或者填土面不是平面,而是任意折线或者曲线时,前述库仑公式就不能使用,可以用图解法来求者曲线时,前述库仑公式就不能使用,可以用图解法来求解土压力。解土压力。第五节第五节 朗肯理论与库仑理论的比较朗肯理
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