第一节挡土墙土压力计算课件.ppt
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1、第四章第四章 土力学在岩土工程中的应用土力学在岩土工程中的应用第一节第一节 挡土墙土压力计算挡土墙土压力计算一、一、概述概述 房屋建筑中的地下室外墙,重力式码头的岸壁,桥房屋建筑中的地下室外墙,重力式码头的岸壁,桥梁接岸的桥台,以及地下硐室的侧墙等都支撑着侧向土梁接岸的桥台,以及地下硐室的侧墙等都支撑着侧向土体。这些用来侧向支撑土体的结构物,统称为体。这些用来侧向支撑土体的结构物,统称为挡土墙挡土墙。而被支撑的土体作用于挡土墙上的侧向压力,称为而被支撑的土体作用于挡土墙上的侧向压力,称为土压土压力力。(一)、挡土墙的工程应用(一)、挡土墙的工程应用 挡土墙是一种防止土体下滑的构筑物,在土木工程
2、中挡土墙是一种防止土体下滑的构筑物,在土木工程中应用很广,图应用很广,图6 61 1为挡土墙在工程中的常用类型。为挡土墙在工程中的常用类型。(二)、墙体位移与土压力类型(二)、墙体位移与土压力类型 墙体位移的方向和位移量决定着土压力的性质和大小。墙体位移的方向和位移量决定着土压力的性质和大小。太沙基太沙基为研究作用于墙背上的土压力,曾作过模型试验,为研究作用于墙背上的土压力,曾作过模型试验,试验结果入如下图所示。试验结果入如下图所示。从图中可以看出根据挡土墙从图中可以看出根据挡土墙发生位移的大小和方向,土压发生位移的大小和方向,土压力可以分为以下三种:力可以分为以下三种:一一)静止土压力静止土
3、压力 挡土墙在土压力作用下不向挡土墙在土压力作用下不向任何方向发生位移和转动时,任何方向发生位移和转动时,墙后土体没有破坏,处于弹性墙后土体没有破坏,处于弹性平衡状态,此时作用在平衡状态,此时作用在填土填土挡墙挡墙墙背上的土压力称为墙背上的土压力称为静止土压力静止土压力,以,以P P0 0表示,对应于图表示,对应于图中纵轴上的中纵轴上的A A点。点。二二)主动土压力主动土压力 当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动时,当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动时,墙后土压力逐渐减小。这是因为墙后土体有随墙的运动墙后土压力逐渐减小。这是因为墙后土体有随墙的运动而下滑的趋势,为阻止其下滑,土内
4、沿潜在滑动面上的而下滑的趋势,为阻止其下滑,土内沿潜在滑动面上的剪应力增加,从而使墙背上的土压力减小。当位移达到剪应力增加,从而使墙背上的土压力减小。当位移达到一定量时,滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,墙后一定量时,滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,墙后土体达到主动极限平衡状态,填土中开始出现滑动面,土体达到主动极限平衡状态,填土中开始出现滑动面,这时作用在挡土墙上的土压力减至最小,称这时作用在挡土墙上的土压力减至最小,称为主动土压为主动土压力力,用,用PaPa表示。对应于图中的表示。对应于图中的B B点。点。三三)被动土压力被动土压力 当挡土墙在外力作用下当挡土墙在外力作用下(如拱桥的桥台
5、如拱桥的桥台)向墙背填土向墙背填土方向转动或移动时,墙挤压填土,墙后土体有向上滑动方向转动或移动时,墙挤压填土,墙后土体有向上滑动的趋势,土压力逐渐增大。的趋势,土压力逐渐增大。当位移达到一定值时,潜在滑动面上的剪应力等于土当位移达到一定值时,潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,墙后土体达到被动极限平衡状态,填土内的抗剪强度,墙后土体达到被动极限平衡状态,填土内也开始出现滑动面。这时作用在挡土墙上的土压力增加也开始出现滑动面。这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大,称为被动土压力,用至最大,称为被动土压力,用PpPp表示,对应于图中的表示,对应于图中的C C点。点。(三)、三种土压力的关系(三
6、)、三种土压力的关系土压力类型土压力类型墙位移方向墙位移方向墙后土体状态墙后土体状态三种土压力大小三种土压力大小关系关系静止土压力P0不向任何方向发生位移和转动 弹性平衡状态 PaP0Pp 主动土压力Pa沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动时 主动极限平衡状态 被动土压力Pp在外力作用下(如拱桥的桥台)向墙背填土方向转动或移动时 被动极限平衡状态 主动和被动土压力是特定条件下的土压力,仅当墙有足够大的位移或主动和被动土压力是特定条件下的土压力,仅当墙有足够大的位移或转动时才能产生。另外,当墙和填土都相同时,产生被动土压力所需位转动时才能产生。另外,当墙和填土都相同时,产生被动土压力所需位移比产生
7、主动土压力所需位移要大得多。移比产生主动土压力所需位移要大得多。二、静止土压力计算二、静止土压力计算 静止土压力强度静止土压力强度(p p0 0)可按半空间直线变形体在土)可按半空间直线变形体在土的自重作用下无侧向变形时的水平侧向应力的自重作用下无侧向变形时的水平侧向应力 h h来计算。来计算。图图6-36-3(a a)表示半无限土体中深度为)表示半无限土体中深度为z z处土单元的应力状处土单元的应力状态,态,设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体,挡土墙墙,挡土墙墙背光滑,则墙后土体的应力状态并没有变化,仍处于侧背光滑,则墙后土体的应力状态并没有变化,仍处于侧限
8、应力状态。限应力状态。竖向应力为自重应力:竖向应力为自重应力:水平向应力为原来土体内部应力水平向应力为原来土体内部应力,等于土对墙的应力,等于土对墙的应力,即为即为静止土压力强度静止土压力强度p p0 0:式中式中K K0 0称为静止土压力系数,静止土压力强度称为静止土压力系数,静止土压力强度p p0 0的的单位为单位为kPakPa。静止土压力沿墙高呈三角形分布,作用于墙背面静止土压力沿墙高呈三角形分布,作用于墙背面单位长度上的单位长度上的总静止土压力(总静止土压力(P P0 0):sin10KP P0 0的作用点位于墙底面往上的作用点位于墙底面往上1/3H1/3H处,单位处,单位kN/mkN
9、/m。(d d)图是处在静止土压力状态下的土单元的应力摩尔)图是处在静止土压力状态下的土单元的应力摩尔圆,可以看出,这种应力状态离破坏包线很远,属于圆,可以看出,这种应力状态离破坏包线很远,属于弹弹性平衡应力状态。性平衡应力状态。三、朗肯土压力理论三、朗肯土压力理论 18571857年英国学者朗肯(年英国学者朗肯(RankineRankine)从研究弹性半空从研究弹性半空间体内的应力状态入手,根据土的极限平衡理论,得间体内的应力状态入手,根据土的极限平衡理论,得出计算土压力的方法,称为朗肯土压力理论,出计算土压力的方法,称为朗肯土压力理论,又称极又称极限应力法。限应力法。(一)、基本原理(一)
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