土力学土压力

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩土工程系,*,第七章 土 压 力,一、概 述,1.,土压力的概念,土压力,earth pressure,：,挡土结构背后土体的自重或外荷载在结构上产生的侧向作用力。,2.,挡土结构的类型,刚性（重力式）,：,结构截面大，因此刚性大，故计算时可忽略其自身变形，只考虑刚性位移（平动和转动）。土压力分布形式相对简单。,柔性,：,结构自身变形较大，如各类桩、地下连续墙。因位移对土压力有直接影响，故其土压力的分布形式较刚性挡土结构复杂。,锚拉型,：,通过在土中锚（埋）入土钉、拉筋等保证土体的稳定性，如土钉墙、加筋土挡墙。其土压力分布形式更为复杂。,土压力,（,1,）重力式挡土墙,墙 后,墙 跟,(,踵,),墙,面,墙 前,墙,背,墙 趾,墙 顶,衡重式挡土墙,钢板桩,（,2,）各类桩支护（柔性支护）,钢筋混凝土桩（基坑）,钢筋混凝土桩（边坡）,基 坑,加筋土挡墙,喷混凝土面板,填土,面板,拉筋,（,3,）加筋土挡墙和土钉墙,土钉墙,土 钉,3.,土压力与刚性挡墙位移的关系,15%,0.10.5%,（达到极限土压力时的相对位移）,（,1,）刚性位移,形式：平动和转动。,方向：朝向土体和背离土体。,静止土压力,E,0,主动土压力,E,a,被动土压力,E,p,E,/,H,0,H,土压力（合力）,刚性位移关系,挡墙位移,朝向土体,背离土体,（,2,）土压力（合力）刚性位移关系,当挡墙向背离土体方向发生位移时，土压力随位移增大而逐渐减小，至墙后土体破坏后不再变化，此时所对应的土压力为主动土压力。达到主动土压所需的位移约为挡墙高度的,0.10.5%,。,当挡墙向朝向土体方向发生位移时，土压力随位移增大而逐渐增大，至墙后土体破坏后不再变化，此时所对应的土压力为被动土压力。达到被动土压所需的位移约为挡墙高度的,15%,。,自重应力,土压力,自重应力,被动土压,静止土压,主动土压,位 移,被动受压,作用在桥台上的土压力（被动受压）,挡墙上的土压力,主动（被动）土压力与极限平衡,基坑支护桩所受的土压力,被动受压,主动受压,1,）土的性质。,1,）静止土压力,earth pressure at rest,3,）被动土压力,passive earth pressure,挡土结构朝向土体移动，并使背后土体处于极限平衡状态时的土压力。,（,4,）,影响土压力（大小及分布形式）的因素,2,）挡土结构位移的大小及方向。,3,）挡土结构的刚度,挡土结构未发生位移时对应的土压力。,挡土结构背离土体移动，并使背后土体处于极限平衡（破坏）状态时的土压力。,2,）主动土压力,active earth pressure,相比之下，刚性挡墙的土压力分布形式较为简单。也是经典土压理论的研究对象。,（,3,）土压力的类型,二、静止土压力计算,（,1,）竖向土压力,vertical earth pressure,（,2,）侧向（水平）土压力,lateral(horizontal)earth pressure,静止土压力系数,q,=0,时的静止土压力分布,（,3,）静止土压力系数,K,0,的计算,1,）按弹性理论计算,砂性土,2,）按经验公式计算,黏性土,超固结黏土,三、极限状态土压力计算之一,Rankine,土压力理论,（,1857,）,William John Maquorn Rankine,(1820-1872),英国科学家,Glasgow,大学,土木工程,和力学系主任，英国皇家学会会员,，,被后人誉为那个时代的天才。他在热力学、流体力学及土力学等领域均有杰出的贡献。,1.,基本假定,（,1,）墙背光滑。土中的竖向应力、水平应力均为主应力，水平应力即为土压力。竖向应力为,（,2,）墙后土体处于极限状态，且满足,Mohr-Coulomb,准则。,2,.,主动土压力计算,（,1,）计算墙后土体中的,竖向压力,。,墙后土面无荷载时,满布荷载,q,作用时,（,2,）挡墙外移产生主动土压力，故,（,3,）土中各点均处于极限平衡状态，应满足,Mohr-Coulomb,准则,（,4,）将式,代人,M-C,准则，得到,墙的位移方向,主动土压力系数,破坏面,黏性土,无黏性土,其中，竖向压力,（,5,）主动土压力计算公式,或,q,=0,时的主动土压力,根据定义，应有,（,7,）由于土与挡墙之间不能承受拉应力，故临界深度即黏性土与墙脱离的深度。,也是黏性土层能够铅垂自立的高度。,问题：,q,0,时，临界深度,z,0,如何计算？,（,6,）黏性土临界深度,z,0,的确定,故,q,=0,时的临界深度计算公式为,临界深度,直立的土层,3,.,被动土压力计算,被动土压力系数,得到被动土压力计算公式为,墙的位移方向,挡墙内移产生被动土压力，将,1,=,p,p,，,3,=,p,z,代入,q,=0,时的被动土压力,（,1,）计算竖向压力,p,z,。,因上、下土层的,K,a,不同,4,.,多层土时土压力的计算,（,2,）将,p,z,代入,p,a,（,p,p,）,的计算公式（,对无黏性土，相当于乘以,K,a,（,K,p,）,）。,（,3,）若求黏性土的主动土压力，计算,z,0,；,无黏性土的主动土压力,以无黏性土为例进行说明。,5,.,有地下水时土压力的计算,（,1,）水土合算：,采用,饱和重度,计算土压力。,（,2,）水土分算：,采用,浮重度,计算土压力，再计算水压力，并叠加。,问题：分算和合算，哪种算法得出的主动土压力较大？,适用于黏性土。,适用于无黏性土。,水土分算,按浮重度计算得到的主动土压力,静水压,四、极限状态土压力计算之二,Coulomb,土压理论,（,1773,）,1.,基本假设,（,1,）挡墙刚性，墙后为无黏性土。,（,2,）墙后形成滑动楔体，且滑面为平面。,（,3,）墙后土体处于极限平衡状态。,2.,求解原理,（,1,）建立墙后楔形滑动土体的平衡方程。,（,2,）对于,主动土压力,：在所有的可能的滑面中，使土压力为最大者，是其真正的滑面（挡墙的土压力大，说明楔体的净下滑力大），所对应的土压力为主动土压力。,（,3,）对于,被动土压力,：在所有的可能的滑面中，使土压力为最小者，是其真正的滑面（挡墙的土压力小，说明其施加在楔体上使楔体发生滑动力小，即抵抗力小），所对应的土压力为被动土压力。,3.,求解方法,数值法：适用于墙后土层地表形状规则等简单情况时。,图解法：可用于地表形状不规则、有荷载作用等复杂情况时。,滑面（土中）,应用正弦定律，得墙背上的土压力,4.,主动土压力的计算（数值法）,（,1,）受力分析,滑面（墙背）,（,2,）由极值确定真正滑面的位置及主动土压力,在所有满足平衡方程的滑面中，对,主动状态，土压力,E,a,最大者,所对应的为真正的主动土压力。因为挡墙的土压力大，说明楔体的净下滑力大，因此这是最可能发生滑动的面，即真正滑面。,再代回式,，可得到,E,a,的表达式。若写成与,Rankine,土压相似的形式，有,由,主动土压力系数,问题：,由,Coulomb,土压理论，能否得到土压力的分布形式？,可得到真正滑面所对应的,。,墙,-,土间的摩擦角,应用正弦定律，得,5.,被动土压力（数值法）,滑面（土中）,（,1,）受力分析,滑面（墙背）,（,3,）由极值确定真正滑面的位置及被动土压力,在所有满足平衡方程的滑面中，对,被动状态，土压力,E,p,最小者,所对应的为真正的被动土压力。因为挡墙的土压力小，说明使楔体发生被动滑移所需的推力小，因此这是最可能发生滑动的面，即真正滑面。,再代回式,，可得到,E,p,的表达式。若写成与,Rankine,土压相似的形式，有,由,被动土压力系数,可得到真正滑面所对应的,。,五、小 结,（,2,）,Rankine,土压理论通过土中一点的极限平衡方程得到土压力计算公式，可得到土压力的分布形式。,Coulomb,理论通过滑动楔体的极限平衡方程得到土压力计算公式，得到的是土压力合力。,（,3,）,Rankine,理论假设墙背是光滑的。,Coulomb,理论可考虑墙背的摩擦，与实际更为相符。,（,5,）当土面水平，墙背光滑且铅垂时，两种理论的计算结果相同。,（,1,）所针对的都是,墙后土体均处于极限状态,的土压力。,（,4,）,Rankine,理论适用于无黏性土和黏性土，,Coulomb,更适用于无黏性土。,1.,两种土压理论的比较,2.,土压理论的应用及土压力的实际分布,（,1,）对刚性（重力式）挡土结构，稳定性验算是关键问题，可采用,Coulomb,土压理论计算土压力。对桩、墙等柔性支护，多采用,Rankine,土压理论计算土压力，以获得其变形及内力。,（,2,）影响土压力的因素很多，实测土压力与理论计算结果往往有较大差别。,实测的土压力分布形式（基坑工程）,北京医院急诊楼,天津无缝钢管总厂,PU2,铁皮坑,上海太阳广场大厦,陈塘庄码头,六、,支挡结构的形式,用于支撑、加固开挖后或填筑形成的土（岩）体，防止其发生失稳破坏的结构物,。,结构类型,重力式挡土墙（传统）,新型支挡结构,普通重力式,衡重式,卸荷板式,托盘式,悬臂式及扶壁式,加筋土,土钉墙,锚杆式或锚定板式,桩基托梁,桩板式,钢筋混凝土挡土墙,桥 台,加筋土挡墙,双面墙式的公路加筋土挡墙,三级加筋土挡墙,锚拉式桩板墙,