8土压力

第八章土压力EarthPressure黑龙江大学建筑工程学院主要内容8.1概述8.2挡土墙侧的土压力******8.3朗肯土压力理论******8.4库伦土压力理论******8.5朗肯理论与库伦土压力理论的比较山体滑坡8.1概述Introduction挡土墙的用途挡土墙发生事故的例子•多瑙河码头岸墙滑动1952年，岸墙长528.2米，高14米，由钢筋砼沉箱建成，接近完成时，大规模向前滑移达6米，长203米•英国伦敦铁路挡土墙滑动图1905年，重力式砼结构，墙高9.5米，最大厚4.6米，正常使用13年，1918年，半小时内大规模向前滑移达6.1米，长162米。伦敦粘土，长期荷载作用，c降低，强度降低。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E一.土压力定义静止土压力被动土压力主动土压力土压力二.土压力类型1、静止土压力E0墙土间无位移，墙后填土处于弹性平衡，此时墙背上的土压力称为静止土压力。静止土压力At-restpressureAB2、主动土压力Ea墙发生离开土体方向的位移，墙后土体达到极限平衡状态，这时土压力减小至最小，称为主动土压力。Activepressure主动土压力A'BAc'Slidingwedge滑动土楔体3、被动土压力Ep墙发生挤向土体的位移，墙后土体达到极限平衡状态，这时土压力达到最大值，称为被动土压力cABA被动土压力PassivepressureSlidingwedge滑动土楔体4、三种土压力大小关系paEEE08.2挡土墙侧的土压力At-restsoilpressure一、土压力计算公式00czpK1)经验值：砂土0.34～0.45;粘性土0.5～0.72)半经验公式：K0--静止土压力系数001sin0.95sin'KK砂土粘性土——Jaky,J.(1944)00.190.233logPIK＋粘性土——Alpan,I.(1967)E0H3H静止土压力的分布二、总静止土压力20012PHK求分布荷载的等效集中作用三、应用地下室外墙、岩基上的挡土墙、拱座8.3朗肯土压力理论Rankine一、基本假设BARankine条件(1)墙背竖直、光滑(2)填土面水平挡土墙无位移挡土墙挤向土体挡土墙离开土体231tan(45)2tan(45)22ooc213tan(45)2tan(45)22ooc二、主动土压力1、主动土压力集度231tan(45)2tan(45)22ooc粘性土2tan(45)2tan(45)222ooaxaazczKcK无粘性土aazK2tan(45)2azaK——主动土压力系数02aaaKczKaKcz20临界深度2、合力－三角形面积212aaEHK无粘性土粘性土01()22aaaEhzHKcKEaH3H无粘性土的主动土压力强度分布图aHKEaH30zH粘性土的主动土压力强度分布图aHKadebc0z三、被动土压力1、被动土压力集度213tan(45)2tan(45)22ooc粘性土ppooxpKczKtgcztg2)245(2)245(2无粘性土ppzKztg)245(2——被动土压力系数pK2、合力－三角形面积无粘性土212ppEHK粘性土pppKcHKHE2212无粘性土212ppEHKEp无粘性土的被动土压力强度分布图pHK3HHEpppKcHK2pKc2粘性土的被动土压力强度分布图四、几种一般情况的土压力计算1、填土表面有连续均布荷载1）将均布荷载换算成当量的土重，用此假想的土重代替均布荷载，填土面水平时，当量土层厚度：2）墙高假想为3）计算假想的挡土墙－土体系的土压力；4）取实际的墙高部分的土压力；*计算结果：以无粘性土的主动土压力为例：相当于无超载，只是竖向压应力增加了'Hh()aaqHKqqh'Ea填土面有均布荷载的土压力计算aKHh)(Hqhq2、成层填土1）第一层的土压力：按均质土计算2）第二层的土压力：将上层土按重度换算成与第二层重度相同的当量土层，计算当量土层厚度，然后两层按均质土计算。顶部压力集度：底部压力集度：相当于有均布超载3）第三层：类推222112222112122aaaaaKcKhKcKh1122222211222222()2()2aaaaahhKcKhhKcK11h注意：1）计算不同土层的土压力强度采用不同的土压力系数2）土压力强度曲线将发生突变。3、墙后填土有地下水1）地下水对土压力影响的两个方面a）土性：砂土：影响较小粘性土：降低抗剪强度指标；b）总压力：增大2）土压力计算a）水下土采用有效重度b）计算自由水引起的压力水另外计算hww例题已知：墙高7m，墙背竖直光滑，墙后填土水平，并有均布荷载20kPa作用，其余指标如图求：求主动土压力，并绘出侧压力分布图kPacmkN1220/181131kPacmkNsat626/2.192233m4mq=20kPa8.4库伦土压力理论Coulomb一、研究的课题（1）墙背俯斜；（2）填土表面倾斜；（3）墙后填土是均匀砂性土（4）墙背粗糙（1）挡土墙向前移动；（2）墙后填土沿墙背和填土中某一平面同时下滑，形成滑动楔体；（3）土楔体处于极限平衡状态；（4）滑动楔体为刚体；（5）楔体对墙背的推力即主动土压力Ea二、假设条件（主动）三、求解思路1）构成力三角形，求解E；2）不同的滑动面坡角，有不同E；3）找出最大E即为主动土压力Ea（求极值）。WREWREACB四、主动土压力计算sinsin180EWsin()sin180EW1..2WABCBCADsin(90)sin()BCABsin(90)sin()BCABsin(90)cossin()BCHcosHABcos()cos()cosHADABH上式中，，，，，为已知，是假定的221cos()cos()2cossin()WH221cos()cos()sin()2cossin()sin()EHH上式中，，，，，为已知，是假定的()Ef0crdEd22221cos()2sin()sin()coscos()1cos()cos()aEHaEE212aaEHK(,,,)aKf222cos()sin()sin()coscos()1cos()cos()aKaK库仑主动土压力系数2222000cos()tan(45)2sin()sin()coscos()1cos()cos()aK当，，时，主动土压力强度沿墙高呈三角形分布aazK主动土压力的作用方向：与墙背的法线成角，指向墙体212aaEHK(,,,)aKf库伦主动土压力的一般表达式：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEa或aaKHE221五、被动土压力计算212ppEHK(,,,)pKg2000(45)2pKtg当，，时，WREWREACB被动土压力的库伦公式为：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEp或ppKHE2218.5朗肯理论与库伦土压力理论的比较一、粘性土的库仑土压力1．抗剪强度相等方法粘性土的抗剪强度：等值抗剪强度：fctgfDtgD—等值内摩擦角1()Dctgtg23H2．土压力相等方法222112(45)2(45)222ooacEHtgcHtg2(45)(45)22DctgtgH)245(21222DatgHE3．广义Coulomb土压力2212cossincoscossincoscoscoscosaAaaaaaHKPHKHcHkcHccossin1cos2coscoscossincossinsincoscoscoscosaacqHHkcckcca广义重度广义粘聚力122coscossinsincoscoscoscosaaKK系数详见：陈学良，陶夏新（2002）《粘性土挡土墙地震土压力解析解》二、填土表面均布荷载作用1．计算当量土层高度；2．虚构墙背；3．计算虚构墙背的高度h’+H；4．按虚构的墙背计算土压力；5．截取实际墙背高度范围内的土压力。Hh’A’EFBqhKah'KaHh)'(AHh’A’EFBqhKah'KaHh)'(AA’EFAah’qh'sin90sin(90)hAAcos'coshAAcoscoscoscos''coscoscosqhAAh同前面的朗肯理论假设墙高法三、墙后填土分层四、填土中有地下水水土分算，同前面的朗肯理论三.朗金理论与库伦理论的比较①朗金土压力理论：（1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件（2）概念明确、计算简单、使用方便（3）理论假设条件（4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土（5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压力偏大，被动土压力偏小。②库伦土压力理论：（1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平衡条件（2）理论假设条件（3）理论公式仅直接适用于无粘性土（4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果有出入。讨论：土压力计算的几个应用问题1．朗金理论与库仑理论的比较朗金理论：优点——概念明确、公式简单，便于记忆，可用于粘性和无粘性填土。缺点——假定墙背光滑、直立，填土面水平，适用范围受到限制。计算主动土压力偏大，被动土压力值偏小。库仑理论：优点——比朗肯条件宽松缺点——破裂面为平面的假设与实际不符，被动土压力计算误差较大。2．土体抗剪强度指标3．墙背与填土的外摩擦角需考虑长期工作的效应。国外的研究成果：抗剪强度取标准抗剪强度的1/3左右。有的规定计算摩擦角为标准值减去2度，粘聚力取标准值的（0.3～0.4）倍。与墙背的粗糙程度、填土类别、排水条件有关