土力学第五章土压力

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1、第第5 5章章 土压力土压力5.1 5.1 概概 述述土压力：挡土结构物承受与土体接触界面土的侧向压力作用。主要荷载：v 土体自身重量引起的侧向压力v 水压力v 影响区范围内的构筑物荷载v 施工荷载挡土结构物分类：q 刚性挡土墙q 柔性挡土墙几个典型的实例几个典型的实例刚性挡土墙公路挡土墙码头挡土墙地下室外墙拱桥桥台重力式挡土墙类型LT重力式悬臂式扶壁式柔性挡土结构物：内支撑基坑加筋挡土墙板桩墙与土层锚杆加筋挡土墙（特殊）土压力的三种类型及形成条件：(a)静止土压力 (b)主动压力 (c)被动土压力（1）静止土压力。用E0(kN/m)表示，强度用p0(kPa)表示。（2）主动土压力。用Ea(k

2、N/m)和pa(kPa)表示。（3）被动土压力。用Ep(kN/m)和pp(kPa)表示。土压力与挡土墙位移关系 注注 意：意：挡土结构物要达到被动土压挡土结构物要达到被动土压力所需的位移远大于导致主力所需的位移远大于导致主动土压力所需的位移。动土压力所需的位移。三种土压力关系：三种土压力关系： Ea E0 Ep 5.2 静止土压力计算静止土压力计算v 假定挡土墙后填土处于弹性状态静止土压力沿挡土墙高度呈三角形分布。静止土压力沿挡土墙高度呈三角形分布。 Z zv 相当于天然地基土的应力状态v 计算公式： p0=K0sz=K0z静止土压力系数K0的确定：0K1（1）理论上（2）实际可由三轴仪等试验

3、或原位试验测得（3）可用经验公式估算：K0=1-sin； （4）公路桥涵设计通用规范(JTJ21-89)： 砾石、卵石为0.20 砂土为0.25 粉土为0.35 粉质粘土为0.45 粘土为0.5520012EKH 静止土压力合力：对于成层土或有超载情况：00()iipKhq例5-1 挡土墙后作用无限均布荷载q，土的物理力学指标为=18kN/m3, sat=19kN/m3, c=0, =30。计算：静止土压力分布值及合力E0 解 静止土压力系数为K0=1-sin=1-sin30=0.5各点静止土压力值：a点：p0a=K0q=0.5 20=10kPab点：p 0b= K0 (q+h1)=0.5 (

4、20+186)=64kPac点：p 0c= K0 (q+h1+h2)=0.5 20+186+(19-9.8)4=82.4kPa静止土压力合力为 E0= ( poa+ pob)h1/2+ ( p0b+ p0c)h2 /2= 0.5 (10+64) 6+ 0.5 (64+82.4)4=514.8kN/m 静止土压力作用点距墙底距离：22112201200120000111()() ()()2232233.79ababcbhhhhdp hhpph hpppEm静水压力合力:222119.8 478.5/22wwPhkN m5.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论q英国工程师q英国皇家学会会员q朗肯理论的

5、创立者（1857）朗肯（Rankine）(1820-1872)5.3.1 基本原理和假定基本原理和假定 (c) 破坏面(b)应力圆(a) 应力状态（1）静止状态： 应力圆O1，z和x为大、小主应力。（2）主动状态： 应力圆O2，z和x为大、小主应力； 滑动面夹角f=(45+/2) 。（3）被动状态：应力圆O3，z为小主应力，x为大主应力 滑动面夹角f = (45/2) 5.3.2 朗肯主动土压力计算 砂性土 粘性土基本假定：基本假定：墙背直立、光滑，填土面为水平基本原理：基本原理：背离填土移动至AB 达到主动极限平衡状态 竖向应力1=z=z 水平应力3 =x=pa。 此时，大、小主应力满足下述

6、关系：231tan (45)2tan(45)22c粘性土231tan (45)2砂性土2tan (45)2tan(45)222aaapzczKc K粘性土2tan (45)2aapzzK砂性土2tan (45)2aK主动土压力系数 将3=pa和1=z代入得：v 主动土压力沿深度呈直线分布主动土压力沿深度呈直线分布v 合力为合力为p pa a分布图形的面积分布图形的面积v 作用点位于形心处作用点位于形心处212aaEK H对于砂性土有：合力Ea作用在距挡土墙底面H/3处。 对于粘性土：02achK01()(2)2aaaEHhHKc K合力：令pa=0，可得合力Ea作用于距挡土墙底面 (H-h0)

7、 /3 处。aK 当z0时，知 pa=-2c但，填土与墙背之间不可能承受拉应力，出现裂缝 。5.3.3 朗肯被动土压力计算朗肯被动土压力计算 砂性土 粘性土 基本假定：基本假定：挡土墙墙背竖直，填土面水平基本原理：基本原理： 竖向应力z = z是最小主应力3 水平应力x是最大主应力1=pp 将1=pp，3=z代入极限平衡公式，得2tan (45)2tan(45)222ppppzczKc K粘性土2tan (45)2pppzzK砂性土2tan (45)2pK土压力系数 被动土压力沿深度呈直线分布。 5.3.4 典型情况下的朗肯土压力()2aaapzq Kc K粘性土()aapzq K砂性土填土表