第2章-作用于支护结构的荷载计算教学课件.pptx

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1、 长春工程学院基坑工程第 2 章 作用于支护结构的荷载计算导论： 作用在基坑支护结构上的外荷载有土压力、水压力、地面超载、施工荷载和结构自重等，作用于支护结构上的主要荷载为土压力和水压力。 支护结构土压力的大小及其分布规律与支护结构可能移动的方向和大小有直接关系。根据墙的移动情况和墙后土体所处的应力状态，作用在支护结构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。 1.静止土压力：静止土压力是当墙体不发生侧向位移或侧向位移极其微小时，作用于墙体上的土压力，通常用E 0表示。 2.主动土压力：在墙后土体作用下，发生背离土体的方向发生移动，使墙后土体产生”主动滑移”并达到极限平衡状态，此

2、时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，用Ea表示。导论： 3.被动土压力：在外力作用下，支护结构发生向墙后土体方向的移动并致使墙后土体达到极限平衡状态，此时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。p0aEEE 4.影响土压力的因素：支护结构的位移、支护结构的形状、墙后填土的性质、支护结构的材料。CONTENTS主要内容土压力2.1水压力2.22.1 土压力 根据弹性半无限体的应力和变形理论，z深度处的静止土压力强度 为：2.1.1 静止土压力0zK00 一般土的泊松比值，砂土可取0.350.50，黏性土可取0.500.70。在进行初步计算时，也可采用表中的经验值。2.1 土压力 由上

3、式可知，在地面水平的均质土中，静止土压力沿墙高为三角形分布，对于高度为H的竖直挡墙，作用在单位长度墙后的静止土压力合力为： 合力的方向水平，作用点在距离墙底H/3高度处。02021KHE2.1 土压力 朗肯土压力理论的基本假设为：墙背直立；墙后土体表面水平；墙背光滑。 （1）静止土压力状态：当墙身不发生偏移，土体处于静止状态。 （2）主动朗肯状态：当墙体发生水平向位移，此时土单元的竖向应力保持不变，水平应力则逐渐减少，直至满足极限平衡条件，即达到主动朗肯状态。 （3）被动朗肯状态：当墙体发生水平向位移，土单元的竖向应力亦始终保持不变，而水平向应力则不断增大，直到满足极限平衡条件即被动朗肯状态。

4、2.1.2 朗肯土压力理论1.基本假设和原理 由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力 和小主应力 间满足以下关系式：2.朗肯主动土压力2.1 土压力13245tan2245tan00231c245tan2245tan00213c245tan0231245tan0213黏性土：无黏性土：黏性土：2.1 土压力 根据上述分析，在主动极限平衡状态时，将 和 代入式，即得朗肯主动土压力强度计算公式为：a3z1245tan2245tan002acz或：aaa2KczK 245tan02az无黏性土：或：aazK245tan02aK 由主动土压力强度计算公式可知，无黏性土中主动土压力

5、强度与深度成正比，沿墙高的压力呈三角形分布。作用在墙背上的主动土压力的合力 即为三角形面积，其作用点位置在分布图形的形心处，作用方向为水平：aE2.1 土压力 黏性土的主动土压力强度由两部分组成：一部分是由土的自重引起的土压力 ；另一部分是由黏聚力c引起的负侧压力 。因此黏性土的土压力分布仅是abc部分。a点离填土面的深度z0常称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式（2-10）为零求的z0值，即:a2a21KHEazKa2Kc2.1 土压力 主动土压力通过在三角形压力分布图abc的形心，即作用在离墙底（H- z0）/3处，方向水平。02aaaKczKa02Kcz2aa2a2221cKcH

6、KHE3.朗肯被动土压力 墙体在外力作用下发生土体方向移动并挤压土体时，土中竖向应力 不变，而水平向应力 却逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。zzx黏性土：2.1 土压力 根据上述分析，在主动极限平衡状态时，将 和 代入式，即得朗肯主动土压力强度计算公式为：a3z1无黏性土： 无黏性土的被动土压力强度呈三角形分布；黏性土被动土压力随墙高呈上小下大的梯形分布。被动土压力的作用点通过梯形压力或三角形压力分布图的形心，作用方向水平。ppp2KczK ppzK245tan02pK单位墙长被动土压力 为：pEpp2p221KcHKHEp2p21KHE2.1 土压力 在实际工程中，经常遇到填土面有超载、成层

7、填土、填土中有地下水的情况，当支挡结构满足朗肯土压力假设条件时，仍可根据朗肯土压力理论按如下方法分别计算支挡结构上的土压力，以朗肯主动土压力计算为例。 （1）填土面有均布荷载q作用：当挡土墙后填土面有连续满布均布载q作用时，通常土压力的计算方法是将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重（其重度与填土相同），即设想成一厚度为 的土层作用在填土面上，然后计算填土面处和墙底处的土压力强度。以无黏性土为例，填土面处的主动土压力强度为：4. 几种常见情况下的土压力qh aaaAqKhK 2.1 土压力 土压力强度分布是梯形ABCD部分，土压力方向水平，作用点位置在梯形的形心。挡土墙底处土压力强度为：aaa

8、BKHqKHh2.1 土压力 （2）成层填土：当填土由不同性质的土分层填筑时，上层土按均匀土的物理性质指标计算土压力强度，土压力强度的分布为图中的abc部分。当计算第二层土的土压力强度时，将上层土视为作用在第二层土上的均布荷载，换算成第二层土的物理性质指标的当量土层，然后按第二层土的物理性质指标计算土压力强度，但只在第二层土层厚度范围内有效，如图中bdfe部分。 在土层分界面上，计算出的土压力强度有两个数值，产生突变。 （3）填土中有地下水： 在地下水位以上的土压力仍按土的原来指标计算。在地下水以下的土取浮重度，抗剪强度指标应采用浸水饱和土的强度指标。总侧压力为土压力和水压力之和，土压力和水压

9、力的合力分别为各自分布图形的面积，合力各自通过其分布图形的形心，方向水平。2.1 土压力 库仑土压力理论的基本假设为：（1）墙后的填土是理想的散粒体（黏聚力c=0）；（2）滑动破坏面为通过墙踵B的平面；（3）滑动楔体为刚体。2.1.3 库仑土压力理论1.基本假设2. 库伦主动土压力2.1 土压力 土楔体自重G：破裂面AC的位置确定，G的大小就已知，即土楔体ABC的面积乘以土的重度，其作用方向竖直向下。sincoscoscos212122HADBCG 破裂面AC上的反力R：土楔体滑动时，破裂面上的切向摩擦力和法向反力的合力为反力R，它与破裂面AC法线之间的夹角等于土的内摩擦角，并位于该法线的下侧

10、，大小未知。 墙背对土楔体的反力E：是墙背对土楔体的切向摩擦力和法向反力的合力，反力E与墙背的法线方向成 角，为墙背与墙后土体之间的摩擦角（又称为墙土摩擦角），土楔体下滑时在法线的下侧。大小未知。2.1 土压力 土楔体在上述三个作用力的作用下处于静力平衡状态，按正弦定律可得：sinsin180sinsin0GGE 令 ，可得： 0ddEa221KHEa222acoscossinsin1coscoscosK 当墙后土面水平，墙背垂直且光滑（ =0， =0， =0）时，库仑主动土压力公式与朗肯主动土压力公式完全相同，即说明朗肯土压力是库仑土压力的一个特例。在特定条件下， 两种土压理论所得结果一致。

11、2.1 土压力 按前述库仑主动土压力公式推导思路，采用类似方法可得库仑被动土压力公式。但需要注意的是，作用在土楔体上的反力E和R的方向与求主动土压力时相反，都应位于法线的另一侧。3. 库伦被动土压力2.2 水压力 支护结构两侧作用的水压力，在侧压力中占很大的比例，尤其在软土地基中地下水位较高的情况下，其值比土压力大得多。在基坑工程中，地下水位以下的土压力计算时一般有两种计算方法，即水土分算和水土合算。 水土分算，是分别计算水、土压力，以两者之和为总侧压力。计算土压力时用土的浮重度，计算水压力时按全水头的水压力考虑。一般适用于砂土、粉性土和粉质黏土。工程实践表明，按水土分算方法计算水压力对于大多数土层来说，其作用都偏大。 水土合算，是不考虑水压力的作用，一般适用于黏土和粉土，不少实测资料证实，对这种土采用水土合算法是合适的 。