土壓力與擋土墻

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,Chapter8,土壓力與擋土墻,課時(shí)：,5,概述,在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）是一種常見的建筑物。,擋土結(jié)構(gòu)物的作用是用來?yè)踝蟮奶钔敛⒊惺軄碜蕴钔恋膲毫Α?土壓力：指墻后填土由于它的自重或作用在填土表面上的荷載對(duì)墻背所產(chǎn)生的側(cè)向壓力。,擋土墻按結(jié)構(gòu)型式可分為重力式、懸壁式、扶壁式等?？捎脡K石、條石、磚、混凝土與鋼筋混凝土等材料建筑。,計(jì)算方法大多采用朗肯和庫(kù)侖土壓力理論。大型及特殊構(gòu)筑物土壓力的計(jì)算常采用有限元數(shù)值分析計(jì)算。,墻 面,墻 前,墻 頂,墻 背,墻 后,墻 趾,墻 跟(踵),墻 底(基底),土壓力,自重,第一節(jié) 擋土墻上的土壓力及工程應(yīng)用,一.土壓力的類型,根據(jù)墻身位移的情況，作用在墻背上的土壓力可分為,靜止土壓力,、,主動(dòng)土壓力,和,被動(dòng)土壓力,。,1.主動(dòng)土壓力,(,active earth pressure),擋土墻,向前移離填土,，隨著墻的位移量的逐漸增大，土體作用于墻上的土壓力逐漸減小，當(dāng)墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)并出現(xiàn)滑動(dòng)面時(shí)，這時(shí)作用于墻上的土壓力減至最小，稱為主動(dòng)土壓力,Ea,。,2.被動(dòng)土壓力,(,passive earth pressure,),擋土墻在外力作用下,移向填土,，隨著墻位移量的逐漸增大，土體作用于墻上的土壓力逐漸增大，當(dāng)墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)并出現(xiàn)滑動(dòng)面時(shí)，這時(shí)作用于墻上的土壓力增至最大，稱為被動(dòng)土壓力,Ep,。,3.靜止土壓力(,earth pressure at rest),當(dāng)擋土墻,靜止不動(dòng),時(shí)，即不能移動(dòng)也不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)土體作用在擋土墻的壓力稱為靜止土壓力,E,0,。,主動(dòng),被動(dòng),15%,0.10.5%,試驗(yàn)研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動(dòng)土壓力而小于被動(dòng)土壓力，即有,E,a,E,0,E,p,在相同條件下，產(chǎn)生被動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)生主動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量。,第二節(jié).靜止土壓力計(jì)算,在填土表面下任意深度,z,處的靜止土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：,由上式可知，靜止土壓力沿墻高呈三角形分布。作用在單位墻長(zhǎng)上的靜止土壓力為：,E,0,H,靜止土壓力的分布,方向垂直指向墻背,合力,E,0,的作用點(diǎn)在距離墻底1/3處。,K,0,靜止土壓力系數(shù),，一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定，無試驗(yàn)資料時(shí)，可按參考值選?。簧巴恋?K,0,值為0.,25,0.4,2,；粘性土的,K,o,值為0.50.,8,，也可利用半經(jīng)驗(yàn)公式,K,0,=1-sin,計(jì)算。,土的有效內(nèi)摩擦角(,o,)；,填土的重度，,kN/m,3,；,z ,計(jì)算點(diǎn)距離填土表面的深度，,m。,第三節(jié) 朗肯土壓力理論,基本原理,認(rèn)為墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，與墻背接觸,的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單,元體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)應(yīng)力所滿足的條件來建立土,壓力的計(jì)算公式.,基本假定,擋土墻的墻背垂直；,擋土墻的墻背光滑;,擋土墻的墻后填土表面水平；,A,O,主動(dòng)狀態(tài),被動(dòng)狀態(tài),粘性土：,無粘性土：,粘性土：,無粘性土：,主動(dòng)土壓力,由以上公式可知：,無粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與,z,成正比，沿墻高的壓力呈三角形分布。如取單位墻長(zhǎng)，則主動(dòng)土壓力為：,Ea,的作用方向應(yīng)垂直墻背，作用點(diǎn)在距墻底1/3處,。,E,a,h,無粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖,粘性土的主動(dòng)土壓力,強(qiáng)度包括兩部分：一部分是由自重引起的土壓力強(qiáng)度 ，另一部分是由粘聚力引起的負(fù)側(cè)壓力強(qiáng)度 ，這兩部分土壓力疊加的結(jié)果如下頁(yè)圖所示。,其中,ade,部分是負(fù)側(cè)壓力，對(duì)墻背而言是,拉力,，但實(shí)際上墻與土在很小的拉力作用下就會(huì)分離，從而造成土壓力為零。所以粘性土的土壓力分布僅是,abc,部分。,E,a,h,a,d,e,b,c,粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖,a,點(diǎn)離填土面的的深度,z,0,稱為,臨界深度,，在填土面無荷載的條件下，可令,p,a,=0,求得,z,0,的值，可得,如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，主動(dòng)土壓力,E,a,為：,E,a,的作用方向應(yīng)垂直墻背，作用點(diǎn)在距墻底(,h-z,0,)/3,處,。,被動(dòng)土壓力,無粘性土,粘性土,從以上公式可知：,無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度呈,三角形分布,；如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則被動(dòng)土壓力可由下式計(jì)算：,Ep,的作用方向應(yīng)垂直墻背，作用點(diǎn)在距墻底1/3處,。,E,p,H,無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖,粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度呈,梯形分布,。如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則被動(dòng)土壓力可由下式計(jì)算：,Ep,的作用方向應(yīng)垂直墻背，作用點(diǎn)通過一次求矩得到,。,E,p,粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖,各種具體情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算,當(dāng),填土面有均布荷載,時(shí)的土壓力計(jì)算：,當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時(shí)，土壓力的計(jì)算方法是,將均布荷載換算成當(dāng)量的土重,。當(dāng)填土面水平時(shí)，當(dāng)量的土層厚度為:,E,a,填土面有均布荷載的土壓力計(jì)算,如填土為,無粘性土,時(shí),墻頂,的土壓力強(qiáng)度為:,墻底,的土壓力強(qiáng)度為:,實(shí)際的土壓力分布為梯形部分,土壓力的大小為強(qiáng)度分布圖的面積,土壓力作用點(diǎn)在梯形的重心,采用一次求矩的方法求得.,填土為粘性土呢?,當(dāng),填土為成層填土,時(shí)的土壓力計(jì)算：,由于各層填土重度不同，使得填土豎向應(yīng)力分布在土層,交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,.,由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以在計(jì)算主動(dòng)或被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，需采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角.,第一層土壓力按均質(zhì)土計(jì)算,計(jì)算第二層土壓力時(shí),將上層土按重度換算成與第二層重度相同的,當(dāng)量土層,計(jì)算,當(dāng)量土層厚度為:,第四節(jié) 庫(kù)侖土壓力理論,庫(kù)侖土壓力理論,是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一,滑動(dòng)楔體,時(shí)，從楔體的,靜力平衡條件,得出的土壓力計(jì)算理論,。,基本假定：,墻后填土為理想的散粒體(粘聚力為0)，因此庫(kù)侖土壓力理論只適用于無粘性土.,滑動(dòng)破裂面為通過墻踵的平面.,主動(dòng)土壓力,一般擋土墻的計(jì)算屬于,平面問題,，故可沿墻的長(zhǎng)度方向取1m進(jìn)行分析。當(dāng)墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)而使墻后土體沿某一破壞面破壞時(shí)，土楔向下滑動(dòng)而處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。,滑 面,庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式,或,庫(kù)侖主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈,三角形分布,，主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在,距墻底,H,/3處,。,當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式成為,可見，在上述條件下，庫(kù)倫主動(dòng)土壓力公式和蘭金公式相同。,被動(dòng)土壓力,當(dāng),擋土墻受外力作用推向填土，直至土體沿某一破裂面,BC,破壞時(shí)，土楔,ABC,向上滑動(dòng)，并處于,被動(dòng)極限平衡狀態(tài),。,滑 面,按求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力的庫(kù)倫公式為：,或,庫(kù)倫被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈,三角形分布,，被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在,距墻底,H,/3處,。,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：,當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫(kù)侖被動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式成為,朗肯和庫(kù)倫土壓力理論的簡(jiǎn)單說明,朗肯和庫(kù)倫土壓力理論都是由,墻后填土處于極限平衡狀態(tài),的條件得到的。但,朗肯,理論求得是,墻背各點(diǎn),土壓力強(qiáng)度分布，而庫(kù)倫理論求得是,墻背上的總土壓力,。,朗肯,理論在其推導(dǎo)過程中忽視了,墻背與填土之間的摩擦力,，認(rèn)為墻背是光滑的，計(jì)算的,主動(dòng)土壓力誤差偏大,，,被動(dòng)土壓力誤差偏小,，而,庫(kù)倫理論,考慮了這一點(diǎn)，所以，,主動(dòng)土壓力接近于實(shí)際值,，但被動(dòng)土壓力因?yàn)?假定滑動(dòng)面是平面,誤差較大，因此，一般不用庫(kù)倫理論計(jì)算被動(dòng)土壓力。,朗肯,理論適用于,填土表面為水平的無粘性土或粘性土,的土壓力計(jì)算，而庫(kù)倫理論只適用于,填土表面為水平或傾斜的無粘性土,，對(duì)粘性土只能用圖解法計(jì)算,。,第五節(jié) 擋土墻的類型,擋土墻按結(jié)構(gòu)型式可分為三種主要類型：,1.重力式擋土墻,重力式擋土墻是以擋土墻,自身重力,來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。,通常由塊石或素混凝土砌筑而成，因而墻體,抗拉強(qiáng)度較小,，作用于墻背的土壓力所引起的傾覆力矩全靠墻身自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來平衡，因此，墻身必須做成厚而重的實(shí)體才能保證其穩(wěn)定，這樣，墻身的體積和重量都比較大。由于其具有,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，能夠就地取材,等優(yōu)點(diǎn)，是工程中應(yīng)用較廣的一種型式。,2.懸臂式擋土墻,懸臂式擋土墻一般用,鋼筋混凝土,建造，由三個(gè)懸臂板組成：,立壁,、,墻趾懸臂,和,墻踵懸臂,。墻的穩(wěn)定性主要靠,墻踵底板上的土重,，而墻體內(nèi)的拉應(yīng)力則由鋼筋承擔(dān)。這類擋土墻的優(yōu)點(diǎn)是能充分利用鋼筋混凝土的受力特性，墻體截面較小。,3.扶壁式擋土墻,當(dāng)擋土墻后的填土比較高時(shí)，為了增強(qiáng)懸臂式擋土墻中立壁的,抗彎性能,，常沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)一道扶壁，故稱為扶壁式擋土墻。,