荷载与结构设计方法侧压力.ppt

第三章第三章 侧压力侧压力 本章内容本章内容 第一节第一节 土的侧压力土的侧压力 第二节第二节 静水压力和动水压力静水压力和动水压力 第三节第三节 波浪荷载波浪荷载 第四节第四节 冻胀力冻胀力 第五节第五节 冰压力冰压力 第一节 土的侧压力挡土墙挡土墙土压力土压力是设计挡土墙是设计挡土墙断面及验算其稳定性的断面及验算其稳定性的主要荷载主要荷载挡土墙是防止墙后土体坍塌的构筑物，广泛应用于房屋建筑、水利、挡土墙是防止墙后土体坍塌的构筑物，广泛应用于房屋建筑、水利、路桥、港口等工程中。路桥、港口等工程中。第一节 土的侧压力土的侧压力土的侧压力 是指挡土墙后的填土因自重或外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。荷载作用对墙背产生的侧向压力。由于土压力是挡土墙的主要荷载，因此，设计由于土压力是挡土墙的主要荷载，因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。方向和作用点。本节内容：讨论土压力的大小和分布规律。本节内容：讨论土压力的大小和分布规律。垮塌的重力式挡土墙第一节 土的侧压力 一、土侧压力的分类一、土侧压力的分类 根据墙体位移和墙后土体状态根据墙体位移和墙后土体状态E0EpEa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第一节 土的侧压力 一、一、土压力分类土压力分类n1.1.静止土压力静止土压力earth pressure at rest Eo o如果挡土墙在如果挡土墙在土压力土压力作用下作用下不发生移动或转动而保持不发生移动或转动而保持原来位置原来位置，则墙后土体处于，则墙后土体处于弹性平衡状态弹性平衡状态，此时墙背，此时墙背所受的土压力称为所受的土压力称为静止土压力静止土压力 以符号以符号E0表示表示n2.2.主动土压力主动土压力 n在土压力作用下，挡土墙离在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压状态时，作用在墙背的土压力力滑裂面滑裂面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active earth pressurepassive earth pressuren4.4.三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一般土的侧向压力计算采用一般土的侧向压力计算采用朗肯土压力理论朗肯土压力理论或或库库伦土压力理论。伦土压力理论。这两个著名的经典土压力理论，这两个著名的经典土压力理论，概念明确、方法简单，目前工程实践中仍然广泛概念明确、方法简单，目前工程实践中仍然广泛采用。采用。第一节 土的侧压力 研究了弹性半空间土体极限平衡研究了弹性半空间土体极限平衡状态时的受力，根据状态时的受力，根据半空间内的半空间内的应力状态应力状态和和土的极限平衡理论土的极限平衡理论而而得出的土压力计算方法。得出的土压力计算方法。朗肯土压力理论（朗肯土压力理论（Rankines earth pressure theoryRankines earth pressure theory）基本假定基本假定 对象为弹性半空间土体对象为弹性半空间土体 填土面无限长填土面无限长 不考虑挡土墙及回填土的施工因素不考虑挡土墙及回填土的施工因素 挡土墙的挡土墙的墙背竖直墙背竖直、光滑光滑、填土面水平填土面水平、无超载无超载 墙墙背背与与填填土土之之间间无无摩摩擦擦力力，因因而而无无剪剪力力，即即墙墙背背为为主主应应力力面面第一节 土的侧压力 1 1、静止土压力计算、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 n2.2.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 第一节 土的侧压力2 2、主动土压力、主动土压力E Ea a、被动土压力、被动土压力E Ep p 塑性主动状态塑性主动状态当当挡挡土土墙墙离离开开土土体体向向远远离离墙墙背背方方向向移移动动时时，墙墙后后土土体体有有伸伸张张的的趋趋势势，此此时时单单元元在在水水平平截截面面上上的的法法向向应应力力 z z不不变变而而竖竖向向截截面面上上的的法法向向应应 x x却却逐逐渐渐减减少少（），直直至至满满足足极极限限平平衡衡条条件件为为止止（称称为为主主动动朗朗金金状状态态），此此时时 x x 达达最最低低限限值值 a a，因因此此，a a是是小小主主应应力力，而而 z z是是大大主主应应力力，并并且且莫莫尔尔圆圆与与抗抗剪强度包线相切。（剪强度包线相切。（图中圆图中圆A A）此时滑动面的方向与大主压力此时滑动面的方向与大主压力 z z的的作用面（即水平面）成作用面（即水平面）成 =45=450 0+/2/2 塑性被动状态：塑性被动状态：当当挡挡土土墙墙在在外外力力作作用用下下挤挤压压土土体体，水水平平截截面面上上的的法法向向应应力力 z z 不不变变，x x不不断断增增加加（），直直至至满满足足极极限限平平衡衡条条件件（称称为为被被动动朗朗金金状状态态）时时 x x达达最最大大限限值值 p p ，这这时时，x x=p p是是大大主主应应力力，而而 z z是小主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切。（是小主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切。（圆圆B B）第一节 土的侧压力 此时滑动面的方向与小主压力此时滑动面的方向与小主压力 z z的作用面（即水平面）成的作用面（即水平面）成 =45=450 0-/2/2塑性主动状态与被动状态B 由土力学的强度理论可知，当土体中某点处于由土力学的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状极限平衡状态态时，大主应力时，大主应力 1 1和小主应力和小主应力 3 3之间应满足以下关系式：之间应满足以下关系式：第一节 土的侧压力 无粘性土无粘性土粘性土粘性土 土体达土体达主动极限平衡状态主动极限平衡状态时，时，z z=z z不变，也即大主应力不变，也即大主应力不变，而水平应力不变，而水平应力 x x是小主应力是小主应力 a a ，即，即 1 1=z z=z z 、3 3=a a 无粘性土无粘性土 a a=z tgz tg2 2(45(450 0-/2)/2)或或 a a=z kz ka a 粘粘 性性 土土 a a=z tgz tg2 2(45(450 0-/2)-2c tg(45/2)-2c tg(450 0-/2)/2)第一节 土的侧压力 k ka a主动土压力系数，主动土压力系数，k ka a=tgtg2 2(45(450 0-/2)/2)；墙后填土的容重，墙后填土的容重，kN/mkN/m3 3，地下水位以下用浮容重；，地下水位以下用浮容重；c c 填土的内聚力，填土的内聚力，kN/m kN/m2 2；z z 所计算的点离填土面的深度。所计算的点离填土面的深度。Ea通过三角形的形心，即作用在离墙底通过三角形的形心，即作用在离墙底H/3处。处。粘性土的主动土压力强度粘性土的主动土压力强度包括两部分包括两部分（如图如图）：无粘性土的主动土压力强度与高度成正比，沿高度的压力无粘性土的主动土压力强度与高度成正比，沿高度的压力分布为三角形分布为三角形（如图如图），单位墙长的主动土压力为：单位墙长的主动土压力为：第一节 土的侧压力 主动土压力大小第一节 土的侧压力(a)主动土压力的计算主动土压力的计算 (b)无粘性土无粘性土 （c)粘性粘性土土 主动土压力强度主动土压力强度 a分布分布 粘性土的侧压力分布仅是粘性土的侧压力分布仅是abcabc部分部分 实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离，故在计算土压力时可略去不计。实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离，故在计算土压力时可略去不计。a a点点离离填填土土面面的的深深度度常常称称为为临临界界深深度度，在在填填土土面面无无荷荷载载的的条条件件下下，可可令令式式为为零零求得求得z z0 0值，即：值，即：主动土压力主动土压力E Ea a通过在三角形通过在三角形abcabc压力分布图的形心，即作用在离墙底压力分布图的形心，即作用在离墙底(H-z(H-z0 0)/3)/3处处如取单位墙长计算，则主动土压力如取单位墙长计算，则主动土压力E Ea a为：为：第一节 土的侧压力 当当墙墙受受到到外外力力作作用用而而推推向向土土体体时时，填填土土中中任任意意一一点点的的竖竖向向应应力力 z z=z z仍仍不不变变，而而水水平平应应力力 x x却却逐逐渐渐增增大大（），直直至至出出现现被被动动朗朗金金状状态态，此此时时，x x是是最最大大限限值值 p p，因因此此 p p是是大大主主应应力力，也也就就是是被被动动土土压压力力强强度度，而而 z z则是小主应力则是小主应力，即，即 3 3=z z=z z 、1 1=p p 无粘性土：无粘性土：p p=z z tgtg2 2(45(450 0+/2)=/2)=z z k kp p 粘性土：粘性土：p p=z z 3 3tgtg2 2(45(450 0+/2)+2Ctg/2)+2Ctg (45(450 0+/2)/2)式中，式中，k kp p被动土压力系数，被动土压力系数，k kp p=tg=tg2 2(45(450 0+/2)/2)其余符号同前。其余符号同前。第一节 土的侧压力 z zH p dz H kp 2C H kp (a)被动土压力的计算被动土压力的计算 (b)无粘性土无粘性土 （c)粘性粘性土土 被动土压力强度被动土压力强度 p分布分布无粘性土无粘性土有粘性土有粘性土第一节 土的侧压力 无粘性土的被动土压力强度无粘性土的被动土压力强度 p p呈呈三角形分布三角形分布（如图如图）粘性土的被动土压力强度粘性土的被动土压力强度 p p呈呈梯形分布梯形分布（如图如图）如取单位墙长计算，则被动土压力如取单位墙长计算，则被动土压力E Ep p可由下式计算：可由下式计算：无粘性土无粘性土：粘粘 性性 土：土：被动土压力被动土压力E Ep p 通过三角形或梯形分布图的形心通过三角形或梯形分布图的形心第一节 土的侧压力 第一节 土的侧压力 几种工程中常见的主动土压力计算1.1.填土面有均布荷载填土面有均布荷载l计算方法：把均布荷载换算成当量土重 实际的土压力分布图为梯形实际的土压力分布图为梯形abcd部分，土部分，土压力作用点在梯形的重心压力作用点在梯形的重心几种工程中常见的主动土压力计算2.2.填土面有局部荷载填土面有局部荷载几种工程中常见的主动土压力计算应用朗肯理论应用朗肯理论3.3.墙后填土为成层填土墙后填土为成层填土第一层填土第二层填土两层土交界处两层土交界处土压力强度有突变土压力强度有突变n3.3.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，先求竖向自重应力，然后乘以后乘以该土层该土层的主动土压力的主动土压力系数，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：说明：合力大小为分布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几种工程中常见的主动土压力计算4.墙后填土有地下水1.水位以下的土一般采用浮容重，求出各层面的土压力强度；2.画出土压力分布图形求出面积，主要计算静水压力Ew，即为土压力值。3.求出分布图形形心位置，即为土压力作用点位置，方向水平。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在墙背上的土侧压力有土压土压力力和和水压力水压力两部分，可分作两部分，可分作两层计算，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，相同，地下水位以下土层用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【例】挡土墙高挡土墙高5m5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。，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，试求主动土压力各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土，并绘出土压力分布图压力分布图 h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oh1=2mh2=3mABCKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568【解答】解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点点主动土压力合力主动土压力合力10.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa库仑土压力理论一、库仑土压力基本假定一、库仑土压力基本假定n1.1.墙后的填土是理想散粒体墙后的填土是理想散粒体 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n二、库仑土压力二、库仑土压力 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，不同滑裂面得到一滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的主动土压力，即为墙背的主动土压力Ea，所对应，所对应的滑动面即是最危险滑动面的滑动面即是最危险滑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成正比主动土压力与墙高的平方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：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、例题分析三、例题分析【例】挡土墙高挡土墙高4.5m4.5m，墙背俯斜，填土为砂土，墙背俯斜，填土为砂土，=17.5kN/m=17.5kN/m3 3，=30=30o o，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力论求主动土压力E Ea a及作用点及作用点=10=10o o=15=15o o=20=20o o4.5mAB=10=10o oEah/3【解答】解答】由由=10=10o o，=15=15o o，=30=30o o，=20=20o o查表得到查表得到土压力作用点在距墙底土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处处土压力计算方法讨论1 1、朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题、朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题n朗肯土压力理论基于朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件土单元体的应力极限平衡条件建立建立的，采用的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际的假定，与实际情况存在误差，情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小主动土压力偏大，被动土压力偏小n库仑土压力理论基于库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件滑动块体的静力平衡条件建立的，建立的，采用采用破坏面为平面破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）其是当墙背与填土间摩擦角较大时）n2 2、三种土压力在实际工程中的应用、三种土压力在实际工程中的应用n挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足以刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近似按使填土产生主动破坏，可以近似按照照静止土压力静止土压力计算计算岩基岩基E0n挡土墙产生离开填土方向位移，墙挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按主动土后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高的压力计算。位移达到墙高的0.1%0.1%0.3%,0.3%,填土就可能发生主动破坏。填土就可能发生主动破坏。Ea30%Epn挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的计算。位移需达到墙高的2%2%5 5%,%,工程上工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳定性一般不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，通常取其时不采用被动土压力全部，通常取其30303 3、挡土墙位移对土压力分布的影响、挡土墙位移对土压力分布的影响n挡土墙下端不动，上端外移，挡土墙下端不动，上端外移，墙背压力按直线分布，总压力作墙背压力按直线分布，总压力作用点位于墙底以上用点位于墙底以上H/3n挡土墙上端不动，下端外移，挡土墙上端不动，下端外移，墙背填土不可能发生主动破坏，墙背填土不可能发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约位于墙底以上约H/2n挡土墙上端和下端均外移，位挡土墙上端和下端均外移，位移大小未达到主动破坏时位移移大小未达到主动破坏时位移时，压力为曲线分布，总压力时，压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约作用点位于墙底以上约H/2,/2,当当位移超过某一值，填土发生主位移超过某一值，填土发生主动破坏时，压力为直线分布，动破坏时，压力为直线分布，总压力作用点降至墙高总压力作用点降至墙高1/31/3处处H/3H/2H/34 4、不同情况下挡土墙土压力计算、不同情况下挡土墙土压力计算n1.1.墙后有局部均布荷载情况墙后有局部均布荷载情况 n局部均布荷载只沿虚线间土局部均布荷载只沿虚线间土体向下传递，由体向下传递，由q引起的侧压引起的侧压力增加范围局限于力增加范围局限于CD墙段墙段n2.2.填土面不规则的情况填土面不规则的情况 n填土面不规则情况，采用作填土面不规则情况，采用作图法求解，假定一系列滑动图法求解，假定一系列滑动面，采用静力平衡求出土压面，采用静力平衡求出土压力中最大值力中最大值n3.3.墙背为折线形情况墙背为折线形情况 n墙背由不同倾角的平面墙背由不同倾角的平面AB和和BC组成，先以组成，先以BC为墙背计为墙背计算算BC面上土压力面上土压力E1 1及其分布，及其分布，然后以然后以AB的延长线的延长线AC 作为作为墙背计算墙背计算ABC 面上土压力面上土压力,只计入只计入AB段土压力段土压力E2 2，将两将两者压力叠加得总压力者压力叠加得总压力5 5、规范土压力计算公式、规范土压力计算公式BACC E2E1hEazqABpapb主动土压力主动土压力其中：其中：yc为主动土压力增大系数为主动土压力增大系数分布分布情况情况挡土墙设计一、挡土墙类型一、挡土墙类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠自块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。一般用于低挡土墙。n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用市政工程中常用墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（扶壁间距（0.80.81.01.0）h，墙体，墙体稳定靠扶壁间填土重维持稳定靠扶壁间填土重维持n4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持定由拉杆和锚定板来维持墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆二、挡土墙计算二、挡土墙计算n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.2.地基承载力验算地基承载力验算挡土墙计算内容挡土墙计算内容n3.3.墙身强度验算墙身强度验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz抗滑稳定验算抗滑稳定验算抗滑稳定条件抗滑稳定条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动底面发生滑动三、重力式挡土墙的体型与构造三、重力式挡土墙的体型与构造m为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到n1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜三三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定合确定n2.2.挡土墙截面尺寸挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于砌石挡土墙顶宽不小于0.5m0.5m，混，混凝土墙可缩小为凝土墙可缩小为0.20m0.20m0.40m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高重力式挡土墙基础底宽约为墙高的的1/21/21/31/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶承载力时，可加设墙趾台阶E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜三种不同倾斜三种不同倾斜形式挡土墙土形式挡土墙土压力之间关系压力之间关系E1 1E2 2E3 3逆坡逆坡墙趾台阶墙趾台阶n3.3.墙后排水措施墙后排水措施挡土墙后填土由挡土墙后填土由于雨水入渗，抗于雨水入渗，抗剪强度降低，土剪强度降低，土压力增大，同时压力增大，同时产生水压力，对产生水压力，对挡土墙稳定不利，挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设因此挡土墙应设置很好的排水措置很好的排水措施，增加其稳定施，增加其稳定性性墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实强度，墙后填土应分层夯实n4.4.填土质量要求填土质量要求泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟新型挡土结构一、锚定板挡土结构一、锚定板挡土结构墙板墙板锚定板锚定板预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来成，稳定由拉杆和锚定板来维持维持n二、加筋土挡土结构二、加筋土挡土结构预制钢筋混凝土面板、土工预制钢筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土体合成材料制成拉筋承受土体中拉力中拉力拉筋拉筋面板面板三、桩撑挡土结构三、桩撑挡土结构采用桩基础，打入地基一定深采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广构，基坑工程中应用较广支护桩支护桩第二节、水压力和流水压力第二节、水压力和流水压力 一、水压力一、水压力 水对结构物的作用水对结构物的作用 化学作用化学作用 对结构物的腐蚀或侵入对结构物的腐蚀或侵入 物理作用物理作用 力学作用（结构物表面产生的静水压力和动水压力）力学作用（结构物表面产生的静水压力和动水压力）静水压力静水压力 静止的液体对对其接触面产生的压力静止的液体对对其接触面产生的压力 符合符合阿基米德定律阿基米德定律 静水压力静水压力 水平分量、竖向分量水平分量、竖向分量 水平分量水平分量 w w z z 水深的直线函数水深的直线函数 竖竖向向分分量量 结结构构物物承承压压面面和和经经过过承承压压面面底底部部的的母母线线到到自自由由水水平平面面之之间的间的“压力体压力体”体积的水重体积的水重 水压力总是作用于结构物表面的法线方向水压力总是作用于结构物表面的法线方向第二节、水压力和流水压力第二节、水压力和流水压力二、流水压力二、流水压力第二节、水压力和流水压力第二节、水压力和流水压力 结构物表面上某点的水压力结构物表面上某点的水压力 P P=P P静静 +P P动动(正应力正应力)瞬时的动水压力瞬时的动水压力P P动动 作用于作用于结构物上的总动水压力结构物上的总动水压力（按面积（按面积F F 取平均值）：取平均值）：式中：式中：C Cp p 压力系数；压力系数；脉动系数；脉动系数；水的密度（水的密度（kg/mkg/m2 2）；）；vv平均流速（平均流速（m/sm/s）。）。第二节、水压力和流水压力第二节、水压力和流水压力三、三、作用于作用于桥墩上的流水压力桥墩上的流水压力计算计算 流水压力合力的作用点：流水压力合力的作用点：假定在假定在设计水位线以下设计水位线以下0.30.3倍水深处倍水深处 设计水设计水位位 0.3H Fw H 桥墩桥墩 桥墩上的流水压力作用点位置示意桥墩上的流水压力作用点位置示意第第 三三 节节 波波 浪浪 荷荷 载载 波峰波峰 波顶波顶 计算水位计算水位 h/2 浪高浪高h h/2 平均水位平均水位 波谷波谷 波底波底 波长波长 1 1、波浪荷载波浪荷载 有波浪时水对结构物产生的附加应力有波浪时水对结构物产生的附加应力2 2、波浪是一种波波浪是一种波 具有波的特性（图示）具有波的特性（图示）3 3、波浪荷载计算波浪荷载计算（当波高（当波高h0.5mh0.5m时考虑波浪对构筑物的作用力）时考虑波浪对构筑物的作用力）直墙构筑物上的波浪荷载计算直墙构筑物上的波浪荷载计算考虑三种波浪：考虑三种波浪：立波：立波：上下振动的波（无水平方向运动）（上下振动的波（无水平方向运动）（p112p112）近区破碎波近区破碎波 构筑物附近半个波长范围内（构筑物附近半个波长范围内（/2/2）发生破碎的波）发生破碎的波 远区破碎波远区破碎波 距直墙半个波长以外（距直墙半个波长以外（/2/2）发生破碎的波）发生破碎的波 波谷压强波谷压强波峰压强波峰压强（1）立波的压力）立波的压力 波谷波谷 p/1 p1 波峰波峰 海平面海平面 h+h0 h-h0 H p/2 p2立波的压力立波的压力-Sainflow-Sainflow方法（最古老、最简单）方法（最古老、最简单）有限水深立波的一次近似解有限水深立波的一次近似解适用范围适用范围：H(H(水深水深)/)/=0.135=0.135 0.200.20；h(h(浪高浪高)/)/0.0350.035 海平面海平面 Z=h1(波高波高)pmax h1/3 H db (db 波浪破碎时的水深波浪破碎时的水深)b Pmax/2(2)(2)远区破碎波的压力远区破碎波的压力-距直墙半个波长以外（距直墙半个波长以外（/2/2 ）发生破碎）发生破碎破碎波对直墙的作用力破碎波对直墙的作用力相当于一股水流冲击直墙时产生的波压力相当于一股水流冲击直墙时产生的波压力h h1 1远区破碎波的波高；远区破碎波的波高；d db b波浪破碎时的水深。波浪破碎时的水深。作用于直墙上的最大压强：作用于直墙上的最大压强：KK试验确定，一般取试验确定，一般取1.71.7；波浪冲击直墙的水流速度（一般很难确定）波浪冲击直墙的水流速度（一般很难确定）水的密度，水的密度，kg/mkg/m3 3；gg重力加速度（重力加速度（9.81m/s9.81m/s2 2）。（3 3）近区破碎波的压力）近区破碎波的压力 构筑物附近半个波长范围内（构筑物附近半个波长范围内（/2/2 ）发生破碎）发生破碎 破碎波对直墙的作用力破碎波对直墙的作用力 瞬时动水压力瞬时动水压力 近区破碎波的压力计算方法近区破碎波的压力计算方法 MinikinMinikin法法 MinikinMinikin法法 最大动水压力发生在静水面；最大动水压力发生在静水面；近区破碎波的压强近区破碎波的压强 =动水压强动水压强 +静水压强静水压强 动水压力分布动水压力分布 呈抛物线分布，在呈抛物线分布，在 h hb b/2/2静水面范围内，最大动水压强静水面范围内，最大动水压强p pm m在静水面处。在静水面处。其中，其中，h hb b破碎波的波高；破碎波的波高；对应于水深为对应于水深为D D处的波长处的波长 y pm hb/2 动动压强分布压强分布 x hb/2 静水面静水面 静压强分布静压强分布ps H D 堆石基床堆石基床 静水压强分布静水压强分布 p ps s第第 四四 节节 冻冻 胀胀 力力 一、冻土的概念一、冻土的概念 具具有有负负温温或或零零温温度度（0 00 0c c），其其中中含含有有冰冰，且且胶胶结结着着松松散散固固体体颗颗粒的土体粒的土体 冻土的分类（按冻土存在的时间）冻土的分类（按冻土存在的时间）多年冻土（或永冻土）多年冻土（或永冻土）冻结持续时间冻结持续时间3 3年的土层年的土层 约占全国总面积的约占全国总面积的21.5%21.5%季节冻土季节冻土 每年冬季冻结，夏季全部融化的土层每年冬季冻结，夏季全部融化的土层 约占全国总面积的约占全国总面积的75%75%瞬时冻土瞬时冻土 冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层二、冻土的性质二、冻土的性质 冻冻土土的的基基本本成成分分：固固态态的的土土颗颗粒粒 +冰冰 +液液态态水水 +气气体体、水水气气复杂的多相天然复合体复杂的多相天然复合体 结构构造结构构造：非均质、各相异性的多孔介质非均质、各相异性的多孔介质三、季节冻土与结构的关系三、季节冻土与结构的关系 冬季低温时结构物冬季低温时结构物冻胀破坏冻胀破坏 开裂、断裂、严重者造成结构物倾覆等开裂、断裂、严重者造成结构物倾覆等 春季融化期间引起地基沉降，对结构产生春季融化期间引起地基沉降，对结构产生变形作用变形作用四、土的冻胀原理四、土的冻胀原理 土体冻胀三要素：水分土体冻胀三要素：水分+土质土质+负温度负温度 冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）土土体体冻冻结结不不均均匀匀膨膨胀胀向向四四面面扩扩张张的的内内应应力力（即即冻冻胀胀力力）（在在封封闭体系中闭体系中）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冻层膨胀冻层膨胀 冻结峰面冻结峰面（水分迁移）水分迁移）水分水分 冰夹层、冰透镜冰夹层、冰透镜层层(聚冰现象聚冰现象)土的冻胀原理土的冻胀原理 H 五、冻胀力的分类五、冻胀力的分类切向冻胀力切向冻胀力 作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力法向冻胀力法向冻胀力 nono垂直于基底冰结面和基础底面垂直于基底冰结面和基础底面水平冻胀力水平冻胀力 hoho垂直于基础或结构物侧表面垂直于基础或结构物侧表面水平冻胀力水平冻胀力 ho法向冻胀力法向冻胀力 no切向冻胀力切向冻胀力 六、冻胀力的计算六、冻胀力的计算1 1、切向冻胀力切向冻胀力 -按按单位切向冻胀力单位切向冻胀力取值取值 单位切向冻胀力：单位切向冻胀力：平均单位切向冻胀力平均单位切向冻胀力 （k kp pa a）相对平均单位冻胀力相对平均单位冻胀力T Tk k(kN/m)(kN/m)一般按平均单位切向力计算（按建筑桩基技术规范一般按平均单位切向力计算（按建筑桩基技术规范JGJ94-94JGJ94-94）与基础接触的冻深（与基础接触的冻深（m m）总的切向冻胀力总的切向冻胀力 T T=U H U H 与冻土接触的基础周长（与冻土接触的基础周长（m m）2 2、法向冻胀力法向冻胀力 nono-影响因素复杂，随诸因素变化而变化影响因素复杂，随诸因素变化而变化 影响因素：冻土的各种特性；影响因素：冻土的各种特性；冻土层底下未冻土的压缩性；冻土层底下未冻土的压缩性；作用于冻土层上的外部压力；作用于冻土层上的外部压力；结构物抗变形能力等结构物抗变形能力等 日本：日本：nono=E E =E=E h/H h/H hh冻胀量；冻胀量；HH冻结深度；冻结深度；E E冻土弹性模量冻土弹性模量 3 3、水平冻胀力水平冻胀力 hoho -没没有有确确定定的的计计算算公公式式，按按基基于于现现场场或或室室内内测测试试给给出的经验值出的经验值 细粒土的最大冻胀力：细粒土的最大冻胀力：100 100 150kpa150kpa 粗粒土的最大冻胀力：粗粒土的最大冻胀力：50 50 100kpa100kpa第五节第五节 冰冰 压压 力力 一、冰压力的概念一、冰压力的概念 位位于于冰冰凌凌河河流流和和水水库库中中的的结结构构物物（如如桥桥墩墩等等），由由于于冰冰层层的的作作用对结构产生的压力用对结构产生的压力二、冰压力的计算二、冰压力的计算 对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用：对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用：冰对桩或墩产生的冰压力标准值冰对桩或墩产生的冰压力标准值注注(1)(1)列表冰温系数可线性内插；列表冰温系数可线性内插；(2)(2)对对海冰，冰温取结冰期最低冰温海冰，冰温取结冰期最低冰温；对；对河冰河冰,取解冻期最低冰温取解冻期最低冰温。冰压力的合力作用于计算结冰水位以下冰压力的合力作用于计算结冰水位以下0.30.3倍冰厚处。倍冰厚处。