土质学与土力学配套教学课件杨红霞 第7章 土压力计算.ppt

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1、第7章　土压力计算□7.1土压力的类型□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朗肯理论与库仑理论的比较7.1土压力的类型在土木工程中,挡土结构是一种常用的结构物。各种形式的挡土结构如图7-1所示。图7-1各种形式的挡土结构物7.1土压力的类型试验表明,土压力的大小受较多因素影响,主要有:①填土的性质。包括填土的重度、含水量、内摩擦角、黏聚力的大小及填土表面的形状(水平、向上倾斜、向下倾斜)等。②挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式。③挡土墙的位移方向和位移量。在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移

2、的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和大小。根据墙身位移情况,作用在墙背上的土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。7.1土压力的类型7.1.1静止土压力当挡土墙具有足够的截面,并且建立在坚实的地基(如,岩基)上,墙在墙后填土的推力作用下,不产生任何移动转动时,如图7-2a所示,墙后土体没有破坏,处于弹性平衡状态,这时,作用于墙背上的土压力称为静止土压力。作用在每延米挡土墙上静止土压力的合力用E0(kN/m)表示,静止土压力强度用p0(kPa)表示。7.1.2主动土压力7.1土压力的类型如果墙基可以变形,墙在土压力作用下产生离开填土方向的移动或绕

3、墙根的转动时,如图7-2b所示,墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑的趋势。为阻止其下滑,土内潜在滑动面上剪应力增加,从而使作用在墙背上的土压力减小。当墙的移动或转动达到某一数值时,滑动面上的剪应力等于抗剪强度,墙后土体达到主动极限平衡状态,发生一般为曲线形的滑动面AC,这时作用在墙上的土压力达到最小值,称为主动土压力。作用在每延米挡土墙上主动土压力的合力用Ea(kN/m)表示,主动土压力强度用pa(kPa)表示。7.1土压力的类型7.1.3被动土压力当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时(如,拱桥桥台),墙后土体受到挤压,有上滑的趋势,如图7-2c

4、所示。图7-2作用在挡土墙上的三种土压力a)静止土压力b)主动土压力c)被动土压力7.1土压力的类型以上三种土压力中主动土压力最小,被动土压力最大,静止土压力居于两者之间。在相同条件下,三种不同性质的土压力之间有如下关系Ea

5、当于自重下的应力状态。此种应力状态下土体处于弹性平衡。在岩石地基上的重力式挡土墙,或上、下端有顶、底板固定的重力式挡土墙,实际变形极小,就会产生这种土压力。这时,墙后土体应处于侧限压缩应力状态,与土的自重应力状态相同,因此,可用第4章计算自重应力的方法确定静止土压力的大小。7.2.1静止土压力强度及分布墙背后z深度处的土压力强度按式(7-1)计算,即7.2静止土压力计算p0=K0σcz=K0γz(7-1)式中K0——侧压力系数,也称为静止土压力系数。由式(7-1)可知,p0沿墙高呈三角形分布,如图7-4a所示。对于成层土和有超载情况,静止土压力强度可按式(

6、7-2)计算,即p0=K0(∑γihi+q)(7-2)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。7.2静止土压力计算图7-4静止土压力的分布a)均质土时b)有地下水时若墙后填土中有地下水,计算静止土压力时,水下土应考虑水的浮力作用,对于透水性好的土应采用浮容重γ'计算,同时考虑作用在挡土墙上的静水压力,如图7-4b所示。7.2静止土压力计算7.2.2总静止土压力若墙高为H,则作用于单位长度墙上的总静止土压力为E0作用点应在墙高的1/3处,如图7-4a所示。7.2.3静止土压力系数静止土压力系数K0理论

7、上为其中,μ为土体的泊松比。实际K0由试验确定,可由常规三轴仪或应力路径三轴仪测得,在原位可用自钻式旁压仪测得。在缺乏试验资料时,可用下述经验公式估算,也可参考表7-1的经验值。7.2静止土压力计算正常固结土压力系数的计算公式分别为:式中φ'——土的有效内摩擦角;OCR——土的超固结比。7.2静止土压力计算7.2.4静止土压力应用一般地下室外墙、岩基上挡土墙和拱座均按静止土压力计算。【例7-1】地下室外墙高H=6m,墙后填土的重度γ=18.5kN/m3,土的有效内摩擦角φ'=30°,黏聚力为零。试计算作用在挡土墙上的土压力。解:对地下室外墙,可按静止土压力

8、公式计算单位长度墙体上的土压力,即7.2静止土压力计算【例7-2】