[工学]第8章 土压力.pptVIP

第8章 土压力 主要内容: 静止土压力、主动土压力和被动土压力的基本概念； 朗肯土压力和库仑土压力基本原理和计算方法； 挡土墙的基本知识及设计方法； 土坡进行稳定性分析方法。 重点: 掌握朗肯土压力和库仑土压力基本原理和计算方法； 土坡稳定性分析方法。 8.1 概述 8.1.1 挡土墙的用途与类型 8.1.2 土压力种类 8.1.3 影响土压力的因素 8.1.4 挡土墙发生事故的实例 8.1.1 挡土墙的用途与类型 1. 挡土墙：用来支持墙后土体，防止土体坍塌的构筑物。 2. 土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。 3. 用 途：防止土体滑坡和坍塌。 8.1.1 挡土墙的用途与类型 4. 类 型：重力式、悬臂式、扶壁式、加筋土和锚杆。 5. 设计方法： a. 选择挡土墙的材料、结构型式以及填土材料； b. 确定墙背上土压力的性质、大小、方向和分布； c. 确定挡土墙几何尺寸； d. 进行稳定性验算。 关键问题：确定土压力的性质、大小、方向、作用点。 8.1.2 土压力的种类 1. 土压力实验： ①作用于墙上的土压力大小与位移（ △ δ）或转角（p）有关： σ=f（ △ δ ）或σ=f（ p ）。 ②主动土压力与被动土压力是特定条件下的土压力，仅当墙体发生足够大的位移时才能产生。 2.土压力的种类 ①静止土压力p0 （At Rest Earth Pressure） ②主动土压力pa （Active Earth Pressure） ③被动土压力pp （Passive Earth Pressure） 3 产生主动与被动土压力的条件 ①主动土压力pa ：密砂：-△=0.6%H ； 粘土： -△=1~2%H ②被动土压力pp：密砂：+△=6%H; 粘土： +△=10%H 8.1.3 工程事故实例 Example 1: 欧洲多瑙河码头岸墙 8.1.3 工程事故实例 Example 2: 伦敦地铁挡土墙 8.2 静止土压力计算 8.2.1 产生条件 8.2.2 计算公式 8.2.3 静止土压力的应用 Rankine(1820-1872) 于1820年7月5日生于英国爱丁堡，1872年12月24日卒于格拉斯哥。 Rankine早年在J.B.麦克尼尔的指导下称为工程师，1855年起担任格拉斯哥大学土木工程和力学系主任。1853年当选为英国皇家学会会员。 Rankine在力学上有多方面的研究成果。例如：挡土墙理论，特别是分析土对挡土墙的压力和挡土墙的稳定性问题（19世纪50年代 ）；并在1853年提出较完备的能量守恒定理；提出波动的热力学理论；于1871年研究了流体力学的数学理论。 8.2.1 静止土压力的产生条件 1.墙体静止不动，墙后土体因墙背的侧限作用处于静止的弹性平衡状态时，此时作用于墙背上的土压力即为静止土压力。 2.计算公式 土在自重应力作用下，半空间弹性变形体无侧向变形时的水平侧压力，按下式计算： 式中：γ——墙背填土的重度，m； k0——静止土压力系数。 k0 = μ/（1－μ），与土的性质、 密实程度等有关。 经验值： 砂 土：k0 =0.36~0.40， 粘性土： k0 =0.6~0.7。 8.2.2 静止土压力计算公式 半经验公式： 3.分布 静止土压力沿墙高呈三角形分布。如取单位墙长，则作用在挡土墙上的总静止土压力为： H——挡土墙的高， m； 4. 总静止土压力的 作用点位于距墙底 h/3处，为静止压力 三角形分布的重心。 8.3 朗肯土压力理论 8.3.1 基本原理 8.3.2 朗肯主动土压力理论 8.3.3 朗肯被动土压力理论 8.3.1 基本原理 假设：表面水平的半无限土体处于极限平衡状态。 适用条件：①挡土墙墙背垂直；②挡土墙墙背光滑；③填土表面水平。 基本原理： 微元体的应力： σZ=σ1=γz；σX=σ3=kσ1 分别为最大、最小主应力。设想以 光滑垂直墙代替z轴左侧土体。 ①墙水平位移为零，则M点的应力 状态不变。 8.3.1 基本原理 极限平衡状态 ②墙产生向左位移，M点的水平应力将减小 至圆Ⅱ的极限平衡状态，墙后土体产生剪 切破坏，其破裂面与最大主应面夹角为 θ=π/4+ψ/2。 ③墙产生向右位移，M点的水平应力将增大 至圆Ⅲ的极限平衡状态，其摩尔应力圆与