土力学与地基基础学习情境五计算土压力与稳定边坡.pptx
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1、会计学1土力学与地基基础学习情境五计算土压力土力学与地基基础学习情境五计算土压力与稳定边坡与稳定边坡目录目录1 1 1 1计算土压力计算土压力计算土压力计算土压力2 2 2 2设计挡土墙设计挡土墙设计挡土墙设计挡土墙3 3 3 3设计稳定边坡设计稳定边坡设计稳定边坡设计稳定边坡第1页/共62页学习单元学习单元学习单元学习单元1 1 1 1计算土压力计算土压力计算土压力计算土压力第2页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本土压力的基本概念概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论 土压力是挡土墙后的填土作用在墙背上的侧向压力。作用在挡土结构上的土压力,按结构受力后的位移情况分为三种。(
2、一)静止土压力 刚性的挡土墙保持原来位置静止不动,则作用在墙上的土压力称为静止土压力,如图5-1(a)所示。静止土压力一般用 _0表示。1第3页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本土压力的基本概念概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论(二)主动土压力 挡土墙在填土压力作用下,背离着填土方向移动,这时作用在墙上的土压力将由静止土压力逐渐减小,当墙后土体达到极限平衡并出现连续滑动面使土体下滑时,土压力减至最小值,称为主动土压力,如图5-1(b)所示。主动土压力用Ea表示。1第4页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本土压力的基本概念概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理
3、论(三)被动土压力 挡土墙在外力作用下,向填土方向移动,这时作用在墙上的土压力将由静止土压力逐渐增大,一直到土体达到极限平衡,并出现连续滑动面,墙后土体向上挤出隆起,这时土压力增至最大值,称为被动土压力,如图5-1(c)所示。被动土压力用 _ 表示。1第5页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本土压力的基本概念概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论1 图5-1 土压力的三种类型(a)静止土压力;(b)主动土压力;(c)被动土压力 第6页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本土压力的基本概念概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论 由于土压力是挡土墙的主要外荷载,因此,
4、在研究挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。1第7页/共62页基础计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的静止土压力的计算计算朗肯土压力理论库仑土压力理论(一)静止土压力的概念 地下室外墙、地下水池侧壁、涵洞的侧壁及其他不产生位移的挡土构筑物均可按静止土压力计算。静止土压力等于土在自重作用下无侧向变形时的水平侧压力。(二)静止土压力的计算方法 在填土表面下任意深度z处取一微小单元体,如图5-2所示,其上作用着竖向的土自重应力 _,则该处的静止土压力强度可按下式计算:1第8页/共62页基础计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的静止土压力的计算计算朗肯土压力理论库仑
5、土压力理论1图5-2 静止土压力的分布第9页/共62页基础计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的静止土压力的计算计算朗肯土压力理论库仑土压力理论 _0 _0 _ 式中 _0土的侧压力系数(或称为静止土压力系数);墙后填土重度(kN/3)。由上式可知,静止土压力沿墙高为三角形分布,如图5-2所示,如果取单位墙长,则作用在墙上的静止土压力为 _0 _2 _01第10页/共62页基础计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的静止土压力的计算计算朗肯土压力理论库仑土压力理论式中H挡土墙高度(m)。其余符号含义同前。_0的作用点在距墙底H/3处。1第11页/共62页计算土压力计算土压力土
6、压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论朗肯土压力理论库仑土压力理论(一)朗肯土压力理论的假定和条件 朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土体的极限平衡条件建立的,在其理论推导中,首先做出以下基本假定:1)挡土墙是无限均质土体的一部分;2)墙背垂直光滑;3)墙后填土面是水平的。1第12页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论朗肯土压力理论库仑土压力理论 根据上述假设,墙背处没有摩擦力,土体的竖直面和水平面没有剪应力,故水平方向和竖直方向的应力为主应力。而竖直方向的应力即为土的竖向自重应力。如果挡土墙在施工和使用阶段没有发生任何侧移和转动,那么水平相当
7、应力就是静止土压力,也即土的侧向自重应力。这时距填土面为z深度处的单元微体图5-3(a)所处的应力状态可用图5-3(d)所示莫尔应力圆表示。1第13页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论朗肯土压力理论库仑土压力理论1 图5-3 半空间体的极限平衡状态(a)墙背单元微体;(b)朗肯主动状态;(c)朗肯被动状态;(d)莫尔应力圆第14页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论(一)库仑土压力理论的假定和条件 库仑(Coulomb,1773)土压力理论是根据墙后滑动楔体的静力平衡条件建立的,并做了
8、如下假定:1)挡土墙是刚性的,墙后填土为无黏性土;2)滑动楔体为刚体;3)楔体沿着墙背及一个通过墙踵的平面滑动。土的抗剪强度是指土体对外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。1第15页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论 土体发生剪切破坏时,将沿着其内部某一曲线面(滑动面)产生相对滑动,而该滑动面上的剪应力就等于土的抗剪强度。(二)库仑主动土压力计算 图5-4为库仑主动土压力合力计算简图,当墙体向前移动或转动而使墙后土体处于主动极限平衡状态时,土楔体ABC沿某一破裂面BC向下滑动。此时,作用在土楔体上的力有以下3个。1第16页/共
9、62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论1 图5-4 库仑主动土压力合力计算简图(a)土楔ABC上的作用力;(b)力矢三角形;(c)主动土压力分布第17页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论1.土楔体的重力G 设墙背与竖直面的夹角为,填土面与水平面的夹角为,土楔体的破裂面与水平面的夹角为,只要破裂面BC的位置一确定,G的大小就已知,G等于ABC面积乘以重度,此时,G是的函数,方向朝下。1第18页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理
10、论库仑土压力理论库仑土压力理论2.破裂面BC上的反力R 该力是楔体滑动时,破裂面上的切向摩擦力T和法向反力N的合力,其大小未知,但其方向是已知的。反力R与破裂面BC的法线之间的夹角等于土的内摩擦角,并位于法线的下侧。1第19页/共62页计算土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论3.墙背对土楔体的反力E 该力是墙背法向反力Nz和切向摩擦力的合力。与该力大小相等、方向相反的楔体作用在墙背上的力就是土压力,其方向为已知大小为未知。它与墙背的法线成角,角为墙背与填土之间的摩擦角(外摩擦角),楔体下滑时反力E的位置在法线的下侧。1第20页/共62页计算
11、土压力计算土压力土压力的基本概念静止土压力的计算朗肯土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论(三)库仑被动土压力计算 当墙受外力作用推向填土直至土体沿某一破裂面破坏时土楔体向上滑动并处于被动极限状态!按上述求主动土压力的原理可求得库仑被动土压力的计算式为式中Kp-被动土压力系数,可用下式计算:1第21页/共62页学习单元学习单元学习单元学习单元2 2 2 2设计挡土墙设计挡土墙设计挡土墙设计挡土墙第22页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的类型挡土墙的构造要求重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算 挡土墙是防止土体坍塌的构造物其主要类型如表 5-1 所示!2第23页
12、/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的类型挡土墙的构造要求重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算 挡土墙是防止土体坍塌的构造物其主要类型如表 5-1 所示!2 图5-5 挡土墙的类型(a)重力式挡土墙;(b)悬臂式挡土墙;(c)扶壁式挡土墙第24页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型基础重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算挡土墙的构造要求挡土墙的构造要求2 2重力式挡土墙的构造应符合下列规定:1)重力式挡土墙适用于高度小于8 m、地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物的地段。2)重力式挡土墙可在基底设置逆坡。对于土质地基,基底逆坡坡度不宜大
13、于110;对于岩石地基,基底逆坡坡度不宜大于15。3)毛石挡土墙的墙顶宽度不宜小于400 mm;混凝土挡土墙的墙顶宽度不宜小于200 mm。第25页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型基础重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算挡土墙的构造要求挡土墙的构造要求2 2 4)重力式挡墙的基础埋置深度,应根据地基承载力、水流冲刷、岩石裂隙发育及风化程度等因素进行确定。在特强冻胀、强冻胀地区应考虑冻胀的影响。在土质地基中,基础埋置深度不宜小于0.5 m;在软质岩地基中,基础埋置深度不宜小于0.3 m。5)重力式挡土墙应每间隔1020 m设置一道伸缩缝。当地基有变化时宜加设沉降缝。在
14、挡土结构的拐角处,应采取加强的构造措施。第26页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的构造要求抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算重力式挡土墙土压力重力式挡土墙土压力计算计算 (1)如图5-6 所示对土质边坡边坡主动土压力应按下式进行计算:式中 Ea主动土压力(kN/m);主动土压力增大系数,挡土墙高度小于5 m时宜取1.0,高度为58 m时宜取1.1,高度大于8 m时宜取1.2;2 2第27页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的构造要求抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算重力式挡土墙土压力重力式挡土墙土压力计算计算 填土的重度(kN/m3);h挡土结构的高度(m);Ka主动
15、土压力系数,按建筑地基基础设计规范(GB 500072011)附录L确定。2 2第28页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的构造要求抗滑移稳定性验算抗倾覆稳定性验算重力式挡土墙土压力重力式挡土墙土压力计算计算2 2图5-6重力式挡土墙土压力计算示意图 1-岩石边坡2-填土第29页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的构造要求抗倾覆稳定性验算重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗滑移稳定性验算抗滑移稳定性应按下式验算,如图5-7所示。2 2第30页/共62页设计挡土墙设计挡土墙挡土墙的类型挡土墙的构造要求抗倾覆稳定性验算重力式挡土墙土压力计算抗滑移稳定性验算抗滑移稳定
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