最新土压力与土坡稳定ppt课件.ppt
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1、 5.1 5.1 概述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。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。挡土墙挡土墙( (或挡土结构或挡土结构) )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,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,设计挡土墙时首先要确定土压力的设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向性质、大小、方向和和作用点作用点。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土压力的
2、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主动 土压力土压力、被动土压力被动土压力和和静止土压力静止土压力。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。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)支撑土坡的挡土墙支撑土坡的挡土墙 (b)(b)堤岸挡土墙堤岸挡土墙 (c)(c)地下室侧墙地下室侧墙 (d)(d)拱桥桥台拱桥桥台5.3 5.3 朗肯(郎金)土压力理论朗肯(郎金)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。限平衡理论得出的土压力计算理论。 朗肯将上述
3、原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背背直立直立、光滑光滑,墙后填土面水平墙后填土面水平。 这时,墙背与填土界这时,墙背与填土界面上的面上的剪应力剪应力为零。当挡土墙的变位符合主动或被动极为零。当挡土墙的变位符合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。主动土压力或朗肯被动土压力。莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论( (复习复习) )摩尔摩尔- -库仑强度理论库仑强度理论莫尔莫尔- -库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件tanfc 2
4、03032 1f 3132213231452tg4522452tg4522fftgctgc O cs i n + s i n = 2 s i n (+ ) / 2 c o s (-) / 2 s i n - s i n = 2 c o s (+ ) / 2 s i n (-) / 2 c o s (9 0)莫尔莫尔- -库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件cos(45)sin(45)22sin(45)cos(45)22 1f 3132213231452tg4522452tg4522fftgctgc O cs i n + s i n = 2 s i n (+ ) / 2
5、c o s (-) / 2 s i n - s i n = 2 c o s (+ ) / 2 s i n (-) / 2 aaaooaKczKcz2)245tan(2 )245( tan2一、主动土压力计算一、主动土压力计算 土的极限平衡条件土的极限平衡条件aaoazKz)245(tan2 大主应力大主应力 1 vz 小主应力小主应力 3 h主动土压力强度主动土压力强度 a h粘性土粘性土或或)245(tan2oaK无粘性土无粘性土或或aaooaKczKcz2)245tan(2)245(tan2主动土压力系数主动土压力系数无粘性土主动土压力强度分布无粘性土主动土压力强度分布无粘性土主动土压力无
6、粘性土主动土压力Ea作用点位于墙底以上H /3处E Ea a 合力(集中力)合力(集中力)粘性土主动土压力强度分布粘性土主动土压力强度分布aaaKczKcKz20200粘性土粘性土的主动土压力强度包括两部分:的主动土压力强度包括两部分: 1.由土自重引起的土压力由土自重引起的土压力zKa; 2.由粘聚力由粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa1/2。 临界深度z0粘性土粘性土主动土压力主动土压力AXEaoazKz)245(tan2Ea作用点位于墙底作用点位于墙底以上(以上(H - z0)/3处处ppopzKz)245(tan2二、被动土压力计算二、被动土压力计算 土的极限平衡条件土的极限
7、平衡条件aaoazKz)245(tan2大主应力大主应力 1 h 小主应力小主应力 3 vz被动土压力强度被动土压力强度 p h粘性土粘性土或或)245(tan2opK无粘性土无粘性土或或被动土压力系数被动土压力系数粘性土被动土压力粘性土被动土压力Ep方向垂直墙背,作用点位于梯形面积的重心上 粘性土被动土压力分布粘性土被动土压力分布 无粘性土被动土压力分布无粘性土被动土压力分布pppKcHKHE2212ppKHE221砂性土被动土压力砂性土被动土压力Ep方向垂直墙背,作用点位于墙底以上H /3处aaaKc q z Kp 2 ) ( 三、几种情况朗肯土压力的计算三、几种情况朗肯土压力的计算 (1
8、)土体表面有均布荷载)土体表面有均布荷载q作用作用 当墙后土体表面有连续均布荷载当墙后土体表面有连续均布荷载q作用时,均布荷载作用时,均布荷载q在土中产生的上覆在土中产生的上覆压力沿墙体方向矩形分布,分布强度为压力沿墙体方向矩形分布,分布强度为q,如下图。土压力的计算方法,如下图。土压力的计算方法是将上覆压力项是将上覆压力项 z换以换以 zq计算即可,如粘土的主动土压力强度计算即可,如粘土的主动土压力强度pa为:为:墙后土体表面超载q作用下的土压力计算图(2)成层土体中的土压力计算)成层土体中的土压力计算 一般情况下墙后土体均由几层不同性质的水一般情况下墙后土体均由几层不同性质的水平土层组成。
9、在计算各点的土压力时,可先计算平土层组成。在计算各点的土压力时,可先计算其相应的自重应力,在土压力公式中项其相应的自重应力,在土压力公式中项z z换以换以相应的自重应力相应的自重应力即可,需注意的是土压力系数应即可,需注意的是土压力系数应采用各点对应土层的采用各点对应土层的土压力系数值土压力系数值。 )(ctgtgHlo 当墙后土体中有地下水存在时,墙体除受到土压力的当墙后土体中有地下水存在时,墙体除受到土压力的作用外,还将受到水压力的作用。通常所说的土压力是指作用外,还将受到水压力的作用。通常所说的土压力是指土粒有效应力形成的压力,其计算方法是地下水位以下部土粒有效应力形成的压力,其计算方法
10、是地下水位以下部分采用土的有效重度分采用土的有效重度 计算,水压力按静水压力计算。但计算,水压力按静水压力计算。但在实际工程中计算墙体上的侧压力时,考虑到土质条件的在实际工程中计算墙体上的侧压力时,考虑到土质条件的影响,可分别采用影响,可分别采用“水土分算水土分算”或或“水土合算水土合算”的计算方的计算方法。所谓法。所谓“水土分算水土分算”法是将土压力和水压力分别计算后法是将土压力和水压力分别计算后再叠加的方法,这种方法比较适合再叠加的方法,这种方法比较适合渗透性大的砂土层渗透性大的砂土层情况;情况;“水土合算水土合算”法在计算土压力时则将地下水位以下的土体法在计算土压力时则将地下水位以下的土
11、体重度取为饱和重度,水压力不再单独计算叠加,这种方法重度取为饱和重度,水压力不再单独计算叠加,这种方法比较适合比较适合渗透性小的粘性土层渗透性小的粘性土层情况。情况。 (3)墙后土体有地下水的土压力计算)墙后土体有地下水的土压力计算cosAAXEEP0=20KN/m26m=16KN/m3C=10KN/m2=20o例例1:计算作用在挡土墙上的主动土压力:计算作用在挡土墙上的主动土压力222221cKcHKHEaaa6m=18KN/m3C=0KN/m2=30o例例2:分别计算有地下水和没地下水时作用在挡土墙:分别计算有地下水和没地下水时作用在挡土墙上的主动土压力。上的主动土压力。4m=30osat
12、=20KN/m3C=0KN/m23 3、挡土墙高、挡土墙高5 m5 m,实测墙背后土压力合力值为,实测墙背后土压力合力值为100KN/m100KN/m,土的物理力,土的物理力学指标如图所示,试用朗肯土压力公式验证该挡土墙后土体是否已达学指标如图所示,试用朗肯土压力公式验证该挡土墙后土体是否已达到极限平衡状态,为什么?到极限平衡状态,为什么?0l3333. 0)23045(tan)24(tan22aKmqh12020aaaBaKPKChK0474. 23333. 0423333. 01202aaaC aKPKCKHh3774. 353333. 0 4 23333. 0 ) 5 1 ( 202)
13、( 解:因为中粘土层,其临界深度为:解:因为中粘土层,其临界深度为:其中,其中,为主动土压力系数:为主动土压力系数: 均布力的当量土层厚度为:均布力的当量土层厚度为:mkNHKHqE1755.05)5202120()21(00mKNHEaCaBa/5620.935)3774.350474.2(21)(21B B点处的土压力强度为:点处的土压力强度为:C C点处的土压力强度为:点处的土压力强度为:因此因此, ,总的土压力为总的土压力为: :mKNEa1000EEa131313132sin2 ctgctg2cc 其静止土压力为其静止土压力为: : 因为因为,且,且所以挡土墙后土体未达到极限平衡状态
14、。所以挡土墙后土体未达到极限平衡状态。(实测值)(实测值) 5.4 5.4 库伦土压力理论库伦土压力理论 库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时,从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。体时,从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。 基本假设基本假设 墙后的填土是理想的散粒体墙后的填土是理想的散粒体( (粘聚力粘聚力c c0 0) ); 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜;墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜; 滑动破坏面为一平面(墙背滑动破坏面为一平面(墙背ABAB和土体内滑动和土体内滑动BCBC);); 刚体滑动。
15、不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件;刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件; 楔体楔体ABCABC整体处于极限平衡状态。在整体处于极限平衡状态。在ABAB和和BCBC滑动面滑动面 上,抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力上,抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力均已达抗剪强度均已达抗剪强度f f。 一、库伦主动土压力计算一、库伦主动土压力计算 沿墙的长度方向取沿墙的长度方向取1m1m进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面坏面BCBC(假设)破坏时,土楔(假设)破坏时,土楔ABCABC向下滑动而处于主动极限平衡状态。向下滑动而处于主动极限平衡
16、状态。 取滑动楔体取滑动楔体ABCABC为为隔离体隔离体进行受力分析,作用于土楔进行受力分析,作用于土楔ABCABC上的力有:上的力有: (1)(1)土楔体的自重土楔体的自重W WABCABC,为填土的重度,只要破坏面为填土的重度,只要破坏面BCBC的位置的位置确定,确定,W W的大小就是已知值,其方向向下;的大小就是已知值,其方向向下; (2)(2)破坏面破坏面BCBC上的反力上的反力R R,其大小是未知的,但其方向则是已知的。反力,其大小是未知的,但其方向则是已知的。反力R R 与与破坏面破坏面BCBC的法线之间的夹角等于土的内摩擦角的法线之间的夹角等于土的内摩擦角 ;)sin()sin(
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