土力学与土质学ppt-土压力及挡土结构

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1、土力学与土质学第7章土压力及挡土结构学习要求：掌握土压力的基本概念与常用计算方法，初步具备将土压力理论应用于一般工程问题的能力。1.掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件；2.掌握朗肯土压力理论和库仑土压力理论；3.了解有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算。基本内容：7.1概述7.2静止土压力计算7.3朗肯土压力理论7.4库仑土压力理论7.5挡土结构设计7.1概述●土压力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向压力。●挡土墙(或挡土结构)是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，由于土压力是挡土墙的主要外荷载。因此，设

2、计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。●土压力的计算是个比较复杂的问题。它随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。●土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。(a)支撑土坡的挡土墙(b)堤岸挡土墙(c)地下室侧墙(d)拱桥桥台挡土墙上的土压力挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：(1)静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，一

3、般用E0表示。(2)主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Ea表示。(3)被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。土压力的计算理论主要有古典的朗肯理论(Rankine，1857)和库伦(CoMlomb,1773)理论。挡土墙模型实验、原型观测和理论研究表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即Ea

4、算※挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时，作用在其上的土压力即为静止土压力，此时墙后土体处于侧限应力状态（弹性平衡状态），与土的自重应力状态相同。半无限土体中z深度处一点的应力状态，巳知其水于面和竖直面都是主应力面。作用于该土单元上的竖直向主应力就是自重应力σv＝γz，则水平向自重应力（静止土压力强度）：σ0＝σh＝K0γz式中K0—土的侧压力系数或静止土压力系数，对于正常固结粘性土，可近似按K0≈1-sin’（Jaky，1944)，（’为土的有效内摩擦角）。γ——墙后填土重度。※静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止

5、土压力Eo为Eo的作用点应在墙高的1/3处。弹性平衡应力状态二、其它情况下静止土压力计算（1）成层土和有超载情况，静止土压力强度可按下式计算：e为墙背倾角，而E0与水平方向的夹角a；E0的作用点在距墙底h/3处。（3）对于挡土墙背倾斜的情况（如右图），作用在单位长度上的静止土压力可根据土楔体ABB′的静力平衡条件导出如下：式中：γi—计算点以上第i层土的重度；hi—计算点以上第i层土的厚度；q—填土面上的均布荷载。（2）对于墙后填土有地下水情况计算静止土压力时，地下水位以下对于透水性的土应采用有效重度γ’计算，同时考虑作用于挡土墙上的静水压力。三、静止土压力的应用3、基

6、岩上挡土墙；关于计算主动土压力和被动土压力的理论有多种，常用的有两种理论：朗肯土压力理论和库仑土压力理论，均以极限平衡为基础，现分述如下：1、地下室外墙2、拱桥的桥台7.3朗肯土压力理论●朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平衡理论得出的土压力计算理论。●朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背直立、光滑，墙后填土面水平。这时，墙背与填土界面上的剪应力为零。不改变右边土体中的应力状态。当挡土墙的变位符合上述主动或被动极限平衡条件时，作用在挡土墙墙背上的土压力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。WilliamJohnMaquornRankine(182

7、0-1872)一、主动土压力计算土的极限平衡条件大主应力σ1＝σv＝γz小主应力σ3＝σh主动土压力强度σa＝σh粘性土或无粘性土或主动土压力系数粘性土主动土压力强度分布粘性土的主动土压力强度包括两部分：1.由土自重引起的土压力γzKa；2.由粘聚力c引起的负侧压力2cKa1/2。其中负侧压力对增背是拉应力，实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离（一般情况下认为土不能承受拉应力），故在计算土压力时，这部分应忽去不计。临界深度z0粘性土主动土压力Ea作用点位于墙底以上（H-z0)/3处无粘性土主动土压力强度分布无粘性土主动土压力Ea作用点位