土力学中的土压力.ppt
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1、第第8章章 土压力土压力n8.1 概述n8.2 朗肯土压力理论n8.3 库仑土压力理论n8.4 土压力计算方法的一些问题n8.5 挡土墙设计n8.6 新型挡土结构主要内容.8.1 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.n一、一、土压力类型土压力类型被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力n1.1.静止土压力静止土压力 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
2、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.n2.2.主动土压力主动土压力 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Ean3.3.被动土压力被动土压力 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.n4
3、.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 a.n二、静止土压力计算二、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 静止土压力系数静止土压力系数测定方法测定方法: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.
4、2.采用经验公采用经验公式式K0=1-1-sin 计算计算 n3.3.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 .8.2 朗肯土压力理论n一、朗肯土压力基本理论一、朗肯土压力基本理论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
5、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被动极限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/
6、2.n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朗肯主动土压力强度压力强度z z.h/3Eah
7、Ka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.2cKaEa(h-z0)/3当当c0 0,粘性土粘性土h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2c
8、Ka说明:负侧压力是一种拉力,由于土与结说明: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(计算中不考虑)侧压力区(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z0hKa-2cKa.n三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极
9、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朗肯被动土压力强度压力强度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.当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯被动土朗肯被动土
10、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.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hhKph/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粘性土主动土压力强度包括两部分分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:侧压力是一种正压力,在计算说明:侧压力是一种正压力,在计算中应考虑
11、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n【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
12、主动土压力分布图力分布图h=6m=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o.n【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.n五、几种常见情况下土压力计算五、几种常见情况下土压力计算n1.1.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载(以无粘性土为例)(以无粘性土为例)zqh填土表面深度填土表面深度z z处竖向应力为处竖向应力为(q+q+z)AB相应主动土压力强度相应主动土压力强度A A点土压力强
13、度点土压力强度B B点土压力强度点土压力强度若填土为粘性土,若填土为粘性土,c0 0临界深度临界深度z0z0 0 0说明存在负侧压力区,计说明存在负侧压力区,计算中应不考虑负压力区土压力算中应不考虑负压力区土压力z0 00说明不存在负侧压力区,说明不存在负侧压力区,按三角形或梯形分布计算按三角形或梯形分布计算z zq.n2.2.成层填土情况成层填土情况(以无粘性土为例)(以无粘性土为例)ABCD 1 1,1 1 2 2,2 2 3 3,3 3paAaApaBaB上上paBaB下下paCaC下下paCaC上上paDaD挡土墙后有几层不同类的土挡土墙后有几层不同类的土层,先求竖向自重应力,然层,先
14、求竖向自重应力,然后乘以该土层的主动土压力后乘以该土层的主动土压力系数,得到相应的主动土压系数,得到相应的主动土压力强度力强度h1h2h3A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点上界面点上界面C点下界面点下界面D点点说明:合力大小为分布说明:合力大小为分布图形的面积,作用点位图形的面积,作用点位于分布图形的形心处于分布图形的形心处.n3.3.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水(以无粘性土为例(以无粘性土为例)ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时,作用挡土墙后有地下水时,作用在墙背上的土侧压力有土压在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分,可分作力和水压力两部分,可分作两层计
15、算,一般假设地下水两层计算,一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标位上下土层的抗剪强度指标相同,地下水位以下土层用相同,地下水位以下土层用浮重度计算浮重度计算A点点B点点C点点土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点C点点作用在墙背的总压力作用在墙背的总压力为土压力和水压力之为土压力和水压力之和,作用点在合力分和,作用点在合力分布图形的形心处布图形的形心处h1h2h.六、例题分析六、例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高5 5m m,墙背直立、光滑,墙后填土面水平,墙背直立、光滑,墙后填土面水平,共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示,试求主共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示,试求主动
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