一級(jí)建造師土壓力

1、第五章 擋土墻上的土壓力5.1 概述 5.1.1 擋土墻的用途建筑物建筑物擋土墻地下室散體材料橋臺(tái)5.1.2 擋土墻的類(lèi)型1)按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi) 重力式擋土墻、懸臂式擋土墻 扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻土重W填土土重W5.1.3 土壓力的種類(lèi)1)靜止土壓力e0 擋土結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何方向的移動(dòng)時(shí)，土體作用于墻背的土壓力。2)主動(dòng)土壓力ea 擋土結(jié)構(gòu)物+-土壓力0+-e0epea背離土體發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動(dòng)，使土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力。3)被動(dòng)土壓力ea 天然土沿垂直截面或擋土結(jié)構(gòu)物背向著土體產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)動(dòng)，使土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力。5.1.4 影響土壓力的因素 擋土墻位移的大小與方

2、向 擋土墻的形狀 擋土墻背后填土的性質(zhì) 擋土墻的材料 5.1.5 土坡穩(wěn)定的意義 天然土坡與人工土坡。 土坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。 土坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。5.2 靜止土壓力計(jì)算 擋土墻不發(fā)生任何的位移，墻背后的土體處于彈性平衡狀態(tài)。 5.2.1 計(jì)算公式及分布e0=K0ZK0 靜止土壓力系數(shù)。ZdZe0=0e0=K0HE0經(jīng)驗(yàn)值：砂土 K00.340.45；粘性土 K0 =0.50.7半經(jīng)驗(yàn)公式： K0 1sin5.2.2 靜止土壓力的應(yīng)用 地下室外墻 地下室的外墻都有內(nèi)隔墻支擋，位移與轉(zhuǎn)角為0。 巖基上的擋土墻 擋土墻的基礎(chǔ)與巖石基礎(chǔ)牢固聯(lián)結(jié)，墻不能位移與轉(zhuǎn)動(dòng)。拱座拱座不允許產(chǎn)生位移與轉(zhuǎn)動(dòng)。拱

3、座水閘、船閘的邊墻等。例題 設(shè)計(jì)一位于巖基上的擋土墻，墻背后的填土為砂土，重度 18.5kN/m3， 300，計(jì)算擋土墻上的土壓力。 解：按半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算靜止土壓力系數(shù)K0 1sin0.5 墻底處的土壓力：e0=K0H=55.5kPa 總土壓力：E0=1/2* e0 *H=166.5kN/m擋土墻H=6m填土 166.5kN/m55.5kPa H /35.3 郎肯土壓力理論 表面水平的半無(wú)限土體，處于極限平衡狀態(tài)，當(dāng)擋土墻的墻背光滑、豎直時(shí)，可按以下公式計(jì)算。實(shí)際上郎肯把擋土墻作為了一虛構(gòu)的擋土墻，即把它作為了填土的一部分。5.3. 1 無(wú)粘性土的土壓力 1)主動(dòng)土壓力 虛構(gòu)擋土墻 取一單元體

4、，1= z=z，作用在側(cè)面的壓力為3= x=K0z，當(dāng)其處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，有：3 1 tg2(450- /2)= 1 Ka3即為其作用于擋土墻上的主動(dòng)土壓力ea。主動(dòng)土壓力系數(shù)zdzz=zx=K0z主動(dòng)膨脹450- /2450- /2450- /2450- /2被動(dòng)壓縮0fCeaepK0zz-HBAABBAZHKaHKa2C (Ka)1/2H/3EaEa粘性土ea 1 tg2(450-/2)2C tg(450-/2) ZKa 2C(Ka)1/22)被動(dòng)土壓力砂土 ep3 tg2(450/2) ZKp粘性土 epZKp 2C(Kp)1/2被動(dòng)土壓力系數(shù)HBAABBAZHKaHKp+2CH (K

5、p)1/2H/3EpEp2C (Kp)1/2 郎肯土壓力理論實(shí)質(zhì)上就是把擋土墻作為了土體的一部分，從土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，推導(dǎo)出主動(dòng)和被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的ea = e3 ， ep = e1 ，作為該點(diǎn)的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，從而確定沿墻背的土壓力強(qiáng)度分布圖，進(jìn)而計(jì)算出作用在每延米墻背上的土壓力。5.4 庫(kù)侖土壓力理論 把擋土墻后滑動(dòng)楔體作為一剛體，當(dāng)其達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，用靜力平衡方程解出作用于墻背的土壓力?；炯僭O(shè) 擋土墻向前移動(dòng)； 墻背填土沿AB和填土中的某一平面BC同時(shí)下滑，形成滑動(dòng)楔體 ABC； 楔體 ABC處于極限平衡狀態(tài)，不計(jì)其本身的壓縮； 楔體 ABC對(duì)墻背的推力即為主動(dòng)土壓

6、力Ea。H-ABCEaRWHzZKaHKaRWEaW與Ea的夾角為1800-+(- )W與Ea的夾角 900-按比例畫(huà)出，取不同的 ，找出Ea的最大值即為Ea。無(wú)粘性土 計(jì)算被動(dòng)土壓力時(shí)， Ep應(yīng)作用在墻背法線(xiàn)的上側(cè)，方向向下。其他分析與主動(dòng)土壓力一樣。 郎肯土壓力理論表示的土壓力與庫(kù)侖土壓力理論的表示形式是一樣的，但其土壓力系數(shù)是不同的 在庫(kù)侖土壓力理論中，如果垂直 0，墻背光滑 0，填土水平 0，則庫(kù)侖公式將與郎肯公式一致，所以說(shuō)，郎肯土壓力理論是庫(kù)侖土壓力理論的一種特殊形式。 庫(kù)侖主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力分布均呈三角形，但應(yīng)注意，墻背不垂直時(shí)，其不應(yīng)為正三角形分布。5.5 幾種常見(jiàn)情況的土

7、壓力5.5.1 粘性土應(yīng)用庫(kù)侖土壓力 根據(jù)抗剪強(qiáng)度相等原理粘性土抗剪強(qiáng)度 f=tg+c等值抗剪強(qiáng)度 f=tgD令以上二式相等，得：tg+tgDtgD= tg c/D tg-1( tg c/) 上式中的應(yīng)為滑動(dòng)面上的平均法向應(yīng)力，常用Ea作用點(diǎn)處的自重應(yīng)力代替，即2/3H。根據(jù)土壓力相等原理為簡(jiǎn)化計(jì)算，以郎肯土壓力這一特殊情況計(jì)算：Ea=1/2H2tg2(450-/2)- 2CHtg (450-/2)+2c2/令上式等于1/2 H2tg2(450-D /2) 砂土的主動(dòng)土壓力，得： tg(450-D /2) tg (450-/2)- 2c/(H) 上式計(jì)算考慮了粘聚力與墻高的影響。但沒(méi)有計(jì)入擋土

8、墻邊界條件對(duì)D的影響，存在一定的誤差。5.5.2 填土表面作用均布荷載 把q視為虛構(gòu)的填土h的自重產(chǎn)生的。Ea=1/2H2Ka+qHKaHhqEa5.5.3 擋墻背后填土分層第層土 按郎肯土壓力計(jì)算第層土 把第層土的自重作為均布荷載作用在 第層土上。h1=(1h1)/ 2 1h1Ka1 1 h1 1 2 h2 2Hh1h2h12(h1+h2)Ka25.5.4 填土中有地下水 應(yīng)將土壓力與水壓力分別計(jì)算。 計(jì)算地下水位以下土層的主動(dòng)土壓力時(shí)，應(yīng)采用浮重度和有效內(nèi)聚力、有效內(nèi)摩擦角。 作用在墻背的壓力應(yīng)為主動(dòng)土壓力加水壓力。Hh1h2 h1 h2 h1KaW h2h2Ka對(duì)砂土、粉土采用水、土分算

9、；粘性土根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，采用分算或合算。5.5.5 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）法 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）法計(jì)算模型見(jiàn)下圖Ea=c1/2H2Ka式中 c1主動(dòng)土壓力增大系數(shù)。土坡高度小于5m時(shí)，宜取1；58m時(shí)，宜取1.1；大于8m時(shí)，宜取1.2。 Ka可根據(jù)擋土墻的排水條件和填土的質(zhì)量查表確定。Hq類(lèi) 碎石土 中密 d2.0t/m3 類(lèi) 砂 土 中密 d1.65t/m3 類(lèi) 粘土夾塊石 d1.90t/m3 類(lèi) 粉質(zhì)粘土 d1.65t/m3 5.5.6 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）法 據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端a處作用有分布線(xiàn)荷載QLeh,m

10、ax=(2QL/h)(Ka)1/2 據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端a處作用有寬度b的均布荷載qL； ehk= Ka qL=450+/2QLaHheh,maxaHehqLb 土壓力的計(jì)算常應(yīng)用于邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，如：人工邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)、基坑開(kāi)挖的支護(hù)設(shè)計(jì)、高路堤的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)。詳見(jiàn)各規(guī)范。 例題 已知某擋土墻高h(yuǎn)=6.00m，墻背垂直、光滑，墻后填土水平，其他條件見(jiàn)圖所示。示計(jì)算作用在擋土墻上的主動(dòng)土壓力。q=19kN/m2H=6h1=2h2=4 1=19.0kN/m3 C1=10kPa, =160 2=20.0kN/m3 C2=0, =3005.6 重力式擋土墻設(shè)計(jì) 在開(kāi)挖明塹、填方陡坎邊界地段，為支擋土

11、體，保證其穩(wěn)定而修建的結(jié)構(gòu)物稱(chēng)為擋土墻。依靠墻體本身的重量抵抗土壓力的擋土墻稱(chēng)為重力式擋土墻。5.6.1 構(gòu)造要求（GB50007） 適用于高度H6m、地層穩(wěn)定、開(kāi)挖土石方時(shí)不會(huì)危及相鄰建筑物安全的地段； 擋土墻的基底可設(shè)置逆坡。土質(zhì)地基：1:10巖質(zhì)地基：1:5 塊石擋土墻的墻頂寬度不宜小于400mm；混凝土擋土墻的墻頂寬度不宜小于200mm。 基礎(chǔ)埋置深度，應(yīng)根據(jù)地基承載力、水流沖刷、巖石裂隙發(fā)育、風(fēng)化程度及預(yù)計(jì)滑裂面的深度等因素綜合確定。土質(zhì)地基不宜小于0.5m；巖質(zhì)地基不宜小于0.3m。 應(yīng)每隔1020m設(shè)置一道伸縮縫。當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r(shí)宜加設(shè)沉降縫。在擋土結(jié)構(gòu)的拐角處，應(yīng)采取加強(qiáng)的構(gòu)造措

12、施。 (GB50330)規(guī)定： 當(dāng)采用重力式擋土墻時(shí)，土質(zhì)邊坡不宜大于8m，巖質(zhì)邊坡不宜大于10m。5.6.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算1)抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算(Wn+Ean) /(Eat-Wt)1.3Wn =WcosoWt =WsinoEat = Ea sin(- o- )Ean = Ea cos(- o- )式中 土對(duì)擋土墻基底的摩擦系數(shù)，由試驗(yàn)確定，也可按表選用。WEaob 土對(duì)擋土墻墻背的摩擦角，可按表選用。安全系數(shù)2)抗傾覆驗(yàn)算(Wx0+Eazxf)/Eazzf 1.6Eax=Easin(-)Eaz=Eacos(-)xf=b-cotzf=z-tat0WEaox0 xfbz0zo3)整體滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

13、土質(zhì)邊坡采用圓弧法驗(yàn)算；巖質(zhì)邊坡可采用平面滑動(dòng)法驗(yàn)算。4)重力式擋土墻地基承載力驗(yàn)算 基底合力的偏心距不應(yīng)大于0.25倍基礎(chǔ)的寬度。 擋土墻基底產(chǎn)生的平均壓力pk應(yīng)滿(mǎn)足：pk fa當(dāng)偏心荷載時(shí)，pkmax 1.2fa式中 pk 相應(yīng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，擋土墻底面處的平均壓力； fa修正后的地基承載力特征值。pk =(Fk+Wk)/b式中 Fk 相應(yīng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，上部傳遞的荷載。5)擋土墻墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算 11剖面的剪應(yīng)力驗(yàn)算 墻背材料的壓力驗(yàn)算115.6.3 反濾層設(shè)計(jì) 在泄水孔進(jìn)水側(cè)應(yīng)設(shè)置反濾層或反濾包。尺寸不應(yīng)小于500mm500mm500mm；在其頂部和底部應(yīng)設(shè)置厚度不小于300mm的粘土隔水層。設(shè)計(jì)原則 為確保易受沖刷的材料有充分的反濾層保護(hù)，與土相接觸的多孔粒料排水層必須沒(méi)有任何連續(xù)的、大得足以使通過(guò)的開(kāi)口，即反濾層的顆粒必須是較細(xì)的；每一種排水方法必