第六章：擋土墻及土壓力計(jì)算(共8頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章：擋土墻及土壓力計(jì)算擋土墻：為防止土體坍塌而修建的擋土結(jié)構(gòu)。土壓力：墻后土體對(duì)墻背的作用力稱為土壓力。一、三種土壓力根據(jù)墻、土間可能的位移方向的不同，土壓力可以分為三種類型：1.主動(dòng)土壓力Ea在土壓力作用下，擋土墻發(fā)生離開(kāi)土體方向的位移，墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)，此時(shí)墻背上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力，記為Ea 。2.被動(dòng)土壓力Ep在外力作用下，擋土墻發(fā)生擠向土體方向的位移，墻后填土達(dá)到極限平衡狀態(tài)，此時(shí)墻背上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力，記為Ep 。3.靜止土壓力Eo墻土間無(wú)位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，此時(shí)墻背上的土壓力稱為靜止土壓力，記為Eo 。二、三種土壓力在數(shù)量

2、上的關(guān)系墻、土間無(wú)位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，與天然狀態(tài)相同，此時(shí)的土壓力為靜止土壓力；在此基礎(chǔ)上，墻發(fā)生離開(kāi)土體方向的位移，墻、土間的接觸作用減弱，墻、土間的接觸壓力減小，因此主動(dòng)土壓力在數(shù)值上將比靜止土壓力小；而被動(dòng)土壓力是在靜止土壓力的基礎(chǔ)上墻擠向土體，隨著墻、土間擠壓位移量的增加，這種擠壓作用越來(lái)越強(qiáng)，擠壓應(yīng)力越來(lái)越大，因此被動(dòng)土壓力最大。即：Ea<Eo<Ep三、靜止土壓力Eo的計(jì)算 Eo =Ko *H2/2，(kN/m)式中： 為填土的容重(kN/m3) ，Ko為靜止土壓力系數(shù)，可近似取 Ko =1-sin'，'為土的有效內(nèi)摩擦角。 H為擋土墻高度，m

3、。朗肯土壓力理論1857年，朗肯根據(jù)半空間應(yīng)力狀態(tài)下的極限平衡條件導(dǎo)出了土壓力的計(jì)算公式；稱為朗肯土壓力理論。1. 主動(dòng)土壓力Ea m朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)；c填土的內(nèi)聚力，（kPa）；擋土墻墻高為H，墻后填土的容重為 ，內(nèi)摩擦角為。（對(duì)于砂土c=0）2. 被動(dòng)土壓力Ep 1/m朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)；庫(kù)侖土壓力理論墻離開(kāi)或擠向土體時(shí)的極限狀態(tài)下，墻后形成一具有滑動(dòng)趨勢(shì)的土楔體，根據(jù)該土楔體的靜力平衡條件求解。假設(shè)：墻后填土是理想的無(wú)粘性土，滑裂面為過(guò)墻踵的平面。1.主動(dòng)土壓力（1）土楔體自重G（2）滑動(dòng)面BC上的作用力R主動(dòng)狀態(tài)，墻向前移動(dòng)，土楔體下滑，摩擦力向上，BC面上總的摩擦力與法向力之和為R

4、，按物理學(xué)：f =.N為摩擦系數(shù)，BC面上，兩種介質(zhì)相同，均為土，按庫(kù)侖定律律，土與土之間的摩擦系數(shù)為tan，所以， f /N = tan，據(jù)此知：R位于N的下方，與N的作用線成角，與G的作用線成：- 。（3）墻背AB面上的作用力E與BC面一樣，墻背上作用有法向力和摩擦力，該面上總的摩擦力與法向力之和為E，則E和墻背法線之間的夾角為 ，與G作用線間的夾角為： 90° - -土楔體在這三個(gè)力作用下處于靜力平衡，所以力的作用線應(yīng)交于一點(diǎn)，力三角形應(yīng)封閉，作力三角形：E為墻背對(duì)土楔體的作用力，其極限狀下的最大反作用力就是土壓力，解三角形得：將前面G的表達(dá)式代入得：由于角代表的BC面是假設(shè)的

5、滑動(dòng)面，真正的滑動(dòng)面是所有可能的值中最容易使土體滑動(dòng)的那個(gè)，由于墻體是向前移動(dòng)，所以最容易滑動(dòng)的是E值最大的那個(gè)面。求E的最大值： 庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)，應(yīng)用時(shí)，查表。Ea沿深度呈三角形分布，其作用點(diǎn)距墻底H/3，位于墻背法線上方，與墻背法線成角。具體如圖：2. 被動(dòng)土壓力 其中 庫(kù)侖被動(dòng)土壓力系數(shù)，應(yīng)用時(shí)，查表。Ep沿深度呈三角形分布，其作用點(diǎn)距墻底H/3，位于墻背法線下方，與墻背法線成角。庫(kù)侖理論應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題1. 關(guān)于的取值:值與墻后填土的性質(zhì)、填土含水量及墻背的粗糙程度變化于0之間，實(shí)用中常取=1/21/3。2. 當(dāng)墻后填土為粘性土?xí)r為了得到確切的解析解，庫(kù)侖理論假設(shè)墻后填土為無(wú)粘性土

6、，當(dāng)用粘性土回填時(shí)，在BC面上各力合成時(shí)，將出現(xiàn)粘聚力之和 C = c.BC弧長(zhǎng),由于BC弧長(zhǎng)度是變量,故無(wú)法得其確切解析解；C參與合成后，C、N和f三者之和設(shè)為RD，由圖知：RD 一定位于R的下方，即RD與N之間的夾角D一定大于R與N之間的夾角 ，鑒于此，實(shí)用中，可考慮將粘性土的值適當(dāng)增大，用增大后的來(lái)近似考慮c值對(duì)土壓力的影響。3. 庫(kù)侖理論和朗肯理論間的差異庫(kù)侖理論是利用土楔體在極限狀態(tài)的靜力平衡條件求解，朗肯理論應(yīng)用的是半空間應(yīng)力狀態(tài)下的極限平衡關(guān)系式。兩者的出發(fā)點(diǎn)不同；在庫(kù)侖公式中，若=0（墻背光滑）、=0（墻背垂直、 =0（填土面水平），則庫(kù)侖理論的Ka=tan2（45- /2），

7、即朗肯理論可以看成是庫(kù)侖理論當(dāng)=0、=0、 =0時(shí)的特例。4. 關(guān)于滑動(dòng)面的形狀理論推導(dǎo)時(shí)，假設(shè)滑動(dòng)面BC是平面，而實(shí)際上是一曲面；主動(dòng)狀態(tài)墻向前移，真正的滑動(dòng)面接近于圓弧（筒）面，當(dāng)半徑較大時(shí)，基本上可以看成是平面，因而，按平面計(jì)算，其誤差相對(duì)較小，約為210，尚可以滿足工程要求；故工程上，主動(dòng)土壓力一般可以按庫(kù)侖土理論計(jì)算；而在被動(dòng)狀態(tài)，墻擠向土體，土中滑動(dòng)面接近于對(duì)數(shù)螺線面，根本就不是平面，此時(shí)，再按平面計(jì)算，無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生很大的誤差；其誤差隨著值的增大而增大，甚至達(dá)到23倍，以致工程上無(wú)法直接應(yīng)用。*幾種常見(jiàn)情況下土壓力的計(jì)算1、 填土面有均布荷載1.墻背光滑、填土面水平時(shí)此時(shí)的臨界深度Z

8、o仍可按相似比進(jìn)行計(jì)算，也可按公式：2. 填土面傾斜時(shí) 然后，以CD為墻背，按H+h為墻高進(jìn)行計(jì)算，但這種計(jì)算僅在墻高 范圍內(nèi)有效。3.局部均布荷載作用墻背垂直、光滑時(shí)=45+ /2在a點(diǎn)以上，不考慮地面超載，c點(diǎn)以全考慮地面超載，ac點(diǎn)之間，按直線處理。 第1種 第2種 第3種 二、墻后填土為成層土?xí)r在 中.z項(xiàng)仍取計(jì)算點(diǎn)處的自重應(yīng)力，其計(jì)算點(diǎn)處的c、 按所在土層取用；即計(jì)算點(diǎn)位置哪層土中， c、 值就按哪層土取用，在兩層土界面時(shí)，分別計(jì)算。分別求面積后、疊加，即得所求土壓力。三、墻后填土有地下水時(shí)在 中.z項(xiàng)仍取計(jì)算點(diǎn)處的自重應(yīng)力，地下水位以下當(dāng)土顆粒受到水浮力時(shí)取用有效容重，其它按成層土

9、考慮，即地下水位面上、下按成層土處理。例題：圖示擋土墻，墻背光滑、垂直，填土面水平，其它指標(biāo)見(jiàn)圖，求作用在墻背上的主動(dòng)土壓力和被子動(dòng)土壓力的值。解：主動(dòng)土壓力根據(jù)三角形相似比：被動(dòng)土壓力本題中：Ep/Ea=2072.01/157.63=13.14可見(jiàn)：被動(dòng)土壓力大大大于主動(dòng)土壓力。 5、 車輛荷載土壓力Lo=H*(tg+ctg)，設(shè)橋臺(tái)計(jì)算寬度為B，則在B*Lo范圍內(nèi)，當(dāng)量土厚度ho，Lo破壞棱柱長(zhǎng)度,m ；土的容重，kN/m3；G破壞棱體內(nèi)，所有各車輪壓之和，kN；B橋臺(tái)計(jì)算寬度，按下列幾種情況之一取值：1.橋臺(tái)橫向全寬；2.擋土墻的計(jì)算長(zhǎng)度a.汽車15級(jí)作用時(shí)，取擋土墻分段長(zhǎng)度，但不大于1

10、5mb.汽車20級(jí)作用時(shí)，取重車擴(kuò)散長(zhǎng)度，擋土墻分段長(zhǎng)度在10m以下時(shí)，擴(kuò)散長(zhǎng)度不超過(guò)10m，當(dāng)擋土墻分段長(zhǎng)度在10m以上時(shí)，擴(kuò)散長(zhǎng)度不超過(guò)15m，重車擴(kuò)散長(zhǎng)度： 汽車重車或平板掛車的前后軸距，（履帶車為零）m；a車輪或履帶著地長(zhǎng)度，m；H擋土墻高度，m；c.汽車超20級(jí)作用時(shí)，取重車的擴(kuò)散長(zhǎng)度，但不超過(guò)20m。d.平板掛車或履帶車作用時(shí)，取擋土墻分段長(zhǎng)度和重車擴(kuò)散長(zhǎng)度兩者較大者，但不大于15m。車輪重力G的取值：在B*Lo內(nèi)可能布置的車輪重力，擋土墻計(jì)算時(shí)，汽車車輪荷載布置規(guī)定：縱向：當(dāng)取用擋土墻分段長(zhǎng)度時(shí)，為分段長(zhǎng)度內(nèi)可能布置的車輪重力之和；當(dāng)取用1輛重車的擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，為1輛重車所有輪壓之

11、和；橫向：破壞棱體長(zhǎng)度Lo范圍內(nèi)可能布置的車輪輪壓之和，車輛外側(cè)車輪中線距路面、安全帶邊緣的距離為0.5m；平板掛車或履帶車荷載縱向只考慮1輛；橫向?yàn)槠茐睦怏wLo長(zhǎng)度范圍內(nèi)可能布置的車輪或履帶。車輛外側(cè)車輪或履帶中線距路面、安全帶邊緣的距離為1.0m。破壞面與水平面的夾角余切：確定破壞棱體長(zhǎng)度Lo 墻背仰斜<0，Ea值最??；墻背垂直=0，Ea值居中；墻背俯斜>0，Ea值最大。墻背俯斜時(shí)（即>0)墻背仰斜時(shí)（即<0)墻背垂直時(shí)（即=0)有了當(dāng)量土層厚度he后，將其當(dāng)成作用在墻后填土面上的大面積均布土體（大面積均布荷載q=*he），利用前面的方法進(jìn)行計(jì)算。即： Eo與水平線之間的夾角。6、 支撐結(jié)構(gòu)物上的土壓力1、懸臂式板計(jì)墻的土壓力其中的K為安全系數(shù)，一般取K=2.0下面通過(guò)例題，來(lái)看看上式的具體應(yīng)用。例題：欲在圖示土層上垂直開(kāi)挖h=5.5m深的基坑，采用懸臂板樁墻支護(hù)，求板樁墻的入土深度t。解：考慮10kPa的地面超載 取K=2，整理得： 2、 樁（板）錨結(jié)構(gòu)土壓力及入土深度計(jì)算懸臂式板樁基坑深度一般不宜超過(guò)6.0m，且周邊沒(méi)有高大建筑物或重要管線等設(shè)施的情況；當(dāng)基坑深度較大或需要限制樁頂位移時(shí)，可在適當(dāng)位置進(jìn)行拉錨，以減少板