《土力学与基础工程6.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土力学与基础工程6.ppt(127页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、第六章 土压力、地基承载力、土坡稳定 6.1 概述 6.2 朗金土压力理论 6.3 库仑土压力理论 6.4 挡土墙设计 6.5 新型挡土结构 6.6 地基破坏型式及地基承载力 6.7 地基的极限承载力 6.8 土坡和地基稳定分析 土压力理论最初分别由CA库伦库伦( (CoulombCoulomb) )和W.J.M.朗肯朗肯( (RankineRankine) )提出,其目的主要解决与工程建设有关问题。 l773年,法国的C.A.库伦(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式,提出了计算挡土墙土压力计算的滑楔理论。Charles Augustin de Coulomb (1736 -
2、 1806)土压力理论William John Maquorn Rankine(1820 - 1872) 90余年后, 1869年,英国的W.J.M. 朗肯朗肯( (RankineRankine) ) 又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。这些古典的理论和方法,直到今天。仍不失其理论和实用的价值,在工程设计中广泛应用。土压力理论预应力锚杆处治 锚索桩板墙处治抗滑桩处治 挖方最高边坡50米护面墙、挂网锚喷砼处治重力式挡土墙处治 挡土墙挡土墙是指为保持墙的两侧地面有一定高差而设计的构筑物,以防止土体坍塌。在房屋建筑、水利、铁路以及桥梁工程中得到广泛应用。挡土墙的类型(a)支撑土坡的挡土墙 (b)堤岸
3、挡土墙 (c)地下室侧墙 (d)拱桥桥台6.1 土压力概述6.1 土压力概述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E填土面码头桥台E隧道侧墙EE挡土墙目的支挡墙后土体,防止产生坍滑墙顶墙底墙趾墙面墙背墙锺 一、土压力类型被动土压力主动土压力静止土压力土压力n1.静止土压力 挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移,墙后填土处于弹性平衡状态时,作用在挡土墙背的土压力Eon2.主动土压力 在土压力作用下,挡土墙离开土体向前位移至一定数值,墙后土体达到主动极限平衡状态时,作用在墙背的土压力滑裂面Ean3.被动土压力 Ep滑裂面 在外力作用下,挡土墙推挤土体向后位移至一定数值,墙后土体
4、达到被动极限平衡状态时,作用在墙上的土压力n4.三种土压力之间的关系 -+-EoEaEoEp 对同一挡土墙,在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律:n1. Ea Eo Epn2. p aap 二、静止土压力计算K0h hzK0zzh/3静止土压力系数静止土压力强度 静止土压力分布 土压力作用点三角形分布 作用点距墙底h/3 7.2 朗金土压力理论 一、朗金土压力基本理论n1.挡土墙背垂直、光滑 n2.填土表面水平 n3.墙体为刚性体z=zxK0zzf=0paKazppKpz增加减小45o- / 245o / 2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向理论出发点:半无限大土体中一点的极限平衡
5、状态pappfzK0zf =c+ tan 土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗金状态被动朗金状态水平方向均匀伸展处于主动朗金状态,1方向竖直,剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o/2处于被动朗金状态,3方向竖直,剪切破坏面与竖直面夹角为45o/2 二、主动土压力45o/2h挡土墙在土压力作用下,产生离开土体的位移,竖向应力保持不变,水平应力逐渐减小,位移增大到a,墙后土体处于朗金主动状态时,墙后土体出现一组滑裂面,它与大主应力面夹角45o/2,水平应力降低到最低极限值z(1)pa(3)极限平衡条件朗金主动土压力系数朗金主动土压力强
6、度zh/3EahKa 讨论:当c=0,无粘性土朗金主动土压力强度hn1.无粘性土主动土压力强度与z成正比,沿墙高呈三角形分布n2.合力大小为分布图形的面积,即三角形面积n3.合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底h/3处2cKaEa(h-z0)/3当c0, 粘性土hn1. 土的自重引起的土压力zKan2. 粘聚力c引起的负侧压力2cKa说明:负侧压力是一种拉力,由于土与结构之间抗拉强度很低,受拉极易开裂,在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z0n1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区(计算中不考虑)n2.合力大小为分布图形的面积(不计负侧压力部分)n3.合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底(
7、h-z0)/3处z0hKa-2cKa 三、被动土压力极限平衡条件朗金被动土压力系数朗金被动土压力强度z(3)pp(1)45o/2hz挡土墙在外力作用下,挤压墙背后土体,产生位移,竖向应力保持不变,水平应力逐渐增大,位移增大到p,墙后土体处于朗金被动状态时,墙后土体出现一组滑裂面,它与小主应力面夹角45o/2,水平应力增大到最大极限值 讨论:当c=0,无粘性土朗金被动土压力强度n1.无粘性土被动土压力强度与z成正比,沿墙高呈三角形分布n2.合力大小为分布图形的面积,即三角形面积n3.合力作用点在三角形形心,即作用在离墙底h/3处hhKph/3Ep当c0, 粘性土n1. 土的自重引起的土压力zKp
8、n2. 粘聚力c引起的侧压力2cKp说明:侧压力是一种正压力,在计算中应考虑n1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.合力大小为分布图形的面积,即梯形分布图形面积n3.合力作用点在梯形形心土压力合力hEp2cKphKp 2cKphp四、例题分析【例】有一挡土墙,高6米,墙背直立、光滑,墙后填土面水平。填土为粘性土,其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示 ,求主动土压力及其作用点,并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o 【解答】主动土压力系数墙底处土压力强度临界深度主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离2cKaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2cKa=17kN/
9、m3c=8kPa=20o 五、几种常见情况下土压力计算n1.填土表面有均布荷载(以无粘性土为例) zqhABzq将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重hq填土表面深度z处竖向应力为(q+z)相应主动土压力强度A点土压力强度B点土压力强度, 五、几种常见情况下土压力计算n1.填土表面有均布荷载(以无粘性土为例) 若填土为粘性土,c0临界深度z0z0 0说明存在负侧压力区,计算中应不考虑负压力区土压力z0 0说明不存在负侧压力区,按三角形或梯形分布计算zqhABzq将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重n2.成层填土情况(无粘性土) ABCD1,12,23,3paApaB上paB下paC下paC上
10、paD挡土墙后有几层不同类的土层,将上层土视为作用在下层土上的均布超载,换算成下层土的性质指标的当量土层,按下层土的指标计算h1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点说明:合力大小为分布图形的面积,作用点位于分布图形的形心处n2.成层填土情况(粘性土) ABCDc1,1,1c2, 2,2c3,3,3paApaB上paB下paC下paC上paDh1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点n3.墙后填土存在地下水(以无粘性土为例) ABC(h1+ h2)Kawh2挡土墙后有地下水时,作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分,可分作两层计算,一般假设地下水位上下
11、土层的抗剪强度指标相同,地下水位以下土层用浮重度计算A点B点C点土压力强度:水压力强度:B点C点作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和,作用点在合力分布图形的形心处h1h2h六、例题分析【例1】挡土墙高5m,墙背直立、光滑,墙后填土面水平,共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示,试求主动土压力Ea,并绘出土压力分布图。h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1 =2mh2 =3mABCKa10.307Ka20.568 【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点B点上界面B点下界面C点主动土压力合力10.4kPa4.2kPa36.6kPa1
12、=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16o六、例题分析【例2】垂直光滑挡土墙,墙高5m,墙后填土表面水平,填土为砂,地下水位在填土表面以下2m,地下水位以上填土 ,地下水位以下填土 ,墙后填土表面有超载 。u试求主动土压力Ea及水压力,并绘出压力分布图。Ka10.27Ka20.295h=5m1=17kN/m3=35o2=20kN/m3=33oh1 =2mh2 =3mABCq【课堂练习】挡土墙高5m,墙背直立、光滑,墙后填土面水平,共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示,试求主动土压力Ea,并绘出土压力分布图。h=5m1=17kN/m3=33o c=10KP
13、a2=19kN/m3=35o c=20KPah1 =2mh2 =3mABCq=40KN/m2朗金土压力基本理论n1.挡土墙背垂直、光滑 n2.填土表面水平 n3.墙体为刚性体z=zxK0zzf=0paKazppKpz增加减小45o- / 245o / 2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向理论出发点:半无限大土体中一点的极限平衡状态pappfzK0zf =c+ tan 土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗金状态被动朗金状态水平方向均匀伸展45o-/245o/26.3 库仑土压力理论 一、库仑土压力理论n1.墙后的填土为均匀的各向同性的理想散粒体
14、 n2.土体滑动破坏面为通过墙踵的平面 n3.墙背与滑裂面间的滑动土楔为一刚性体,本身无变形hCABq理论出发点:楔形土体的静力平衡条件n二、库仑主动土压力GhCABq墙向前移动或转动时,墙后土体沿某一破坏面BC破坏,土楔ABC处于主动极限平衡状态土楔受力情况:n3.墙背对土楔的反力E,大小未知,方向与墙背法线夹角为ERn1.土楔自重G=ABC,方向竖直向下n2. 破坏面为BC上的反力R,大小未知,方向与破坏面法线夹角为 土楔在三力作用下,静力平衡GhACBqER滑裂面是任意给定的,不同滑裂面得到一系列土压力E,E是q的函数,E的最大值Emax,即为墙背的主动土压力Ea,所对应的滑动面即是最危
15、险滑动面库仑主动土压力系数,查表确定土对挡土墙背的摩擦角,根据墙背光滑,排水情况查表确定主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分布,合力作用点在离墙底h/3处,方向与墙背法线成,与水平面成()hhKahACBEah/3说明:土压力强度分布图只代表强度大小,不代表作用方向主动土压力n三、库仑被动土压力GhCABq墙向填土移动或转动时,墙后土体沿某一破坏面BC破坏,土楔ABC处于被动极限平衡状态土楔受力情况:n3.墙背对土楔的反力E,大小未知,方向与墙背法线夹角为n1.土楔自重G=ABC,方向竖直向下n2. 破坏面为BC上的反力R,大小未知,方向与破坏面法线夹角为 RE被动土压力强度被动土压力
16、强度沿墙高呈三角形分布,合力作用点在离墙底h/3处,方向与墙背法线成,与水平面成(-)hhKphACBEph/3说明:土压力强度分布图只代表强度大小,不代表作用方向被动土压力库仑被动土压力系数,查表确定三、例题分析【例】挡土墙高4.5m,墙背俯斜,填土为砂土,=17.5kN/m3 ,=30o ,填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示,试按库仑理论求主动土压力Ea及作用点=10o=15o=20o4.5mAB=10oEah/3【解答】由=10o,=15o,=30o,=20o土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处6.4 土压力计算方法讨论n朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件建立的,采用墙
17、背竖直、光滑、填土表面水平的假定,与实际情况存在误差,主动土压力偏大,被动土压力偏小n库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件建立的,采用破坏面为平面的假定,与实际情况存在一定差距(尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时)n墙背与填土之间的摩擦角与墙背粗糙度、填土性质、填土表面倾斜程度、墙后排水条件等因素有关。n为保证挡土墙的安全,对土的抗剪强度指标予以折减。n若墙后填土是粘性土,采用库仑土压力理论可采用等代内摩擦角或采用广义库仑理论6.5 挡土墙设计 一、挡土墙类型n1.重力式挡土墙块石、砖或素混凝土砌筑而成,靠自身重力维持稳定,墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大,一般用于墙高H8米的低挡土
18、墙。墙顶墙基墙趾墙面墙背E1仰斜E2直立E3俯斜E1E2E36.5 挡土墙设计 一、挡土墙类型n2.悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造,立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成,靠墙踵悬臂上的土重维持稳定,墙体内拉应力由钢筋承担,墙身截面尺寸小,充分利用材料特性,市政工程中常用,适用于墙高H5米。墙趾墙踵立壁钢筋n3.扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点,增设扶壁,扶壁间距(0.30.6)h,墙体稳定靠扶壁间填土重维持,适用于墙高H10米。墙趾墙踵扶壁n4.锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成,稳定由拉杆和锚定板来维持墙板锚定板基岩锚杆 二、挡土
19、墙计算n1.稳定性验算:抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.地基承载力验算n3.墙身强度验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件:挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0 xfbz抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件:挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0 xfbz不满足时应采取的措施:u扩大墙断面尺寸,增加墙身重量u墙趾伸长u修改墙背形状u在挡土墙垂直墙背上做卸荷台抗滑稳定验算抗滑稳定条件:EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动m为基底摩擦系数,根据土的类别查表得到抗滑稳定验算抗滑稳定条件:EaEan
20、EatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动不满足时应采取的措施:u扩大墙断面尺寸,增加墙身重量u挡土墙底面作砂、石垫层u挡土墙底作逆坡u在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后加拖板【课堂练习】挡土墙高5m,墙背直立、光滑,墙后填土面水平,共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示,试求主动土压力Ea,并绘出土压力分布图。h=5m1=17kN/m3=33o c=10KPa2=19kN/m3=35o c=20KPah1 =2mh2 =3mABCq=40KN/m2抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0dOx0 xfbz抗滑稳定验算EaEanEatdGGnGtaa0O【例1】一挡土墙
21、(重度22KN/m3)墙高5m,顶宽2m,底宽3m,墙面倾斜,墙背垂直光滑,填土表面水平,填土为砂,地下水位在填土表面以下2m,地下水位以上填土 ,地下水位以下填土 ,墙后填土表面有超载 。墙底摩擦系数为0.64。试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。Ka10.27Ka20.295h=5m1=17kN/m3=35o2=20kN/m3=33oh1 =2mh2 =3mABCq2m3mABCh=5mh1=2mh2=3m22.67kPa24.8kPa33.65kPa13.5kPa30kPa2m3m【例1】一挡土墙(重度22KN/m3)墙高5m,顶宽2m,底宽3m,墙底摩擦系数为0.64。试验算
22、挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。1=17kN/m3=35o2=20kN/m3=33o 三、重力式挡土墙的体型与构造n1.墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式,三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定E1仰斜E2直立E3俯斜E1E2E3n2.挡土墙截面尺寸u砌石挡土墙顶宽不小于0.5m,混凝土墙可缩小为0.2m0.4m,重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/21/3u为了增加挡土墙的抗滑稳定性,将基底做成逆坡u当墙高较大,基底压力超过地基承载力时,可加设墙趾台阶逆坡墙趾台阶u挡土墙基底埋深一般应不小于0.5mn3.墙后排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗,抗剪
23、强度降低,土压力增大,同时产生水压力,对挡土墙稳定不利,因此挡土墙应设置很好的排水措施,增加其稳定性墙后填土宜选择透水性较强的填料,例如砂土、砾石、碎石等,若采用粘土,应混入一定量的块石,增大透水性和抗剪强度,墙后填土应分层夯实n4.填土质量要求泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实 截水沟 四、挡土墙的设计步骤n1.初步拟定墙身断面尺寸n2.计算土应力、水压力、基底应力n3.墙身材料强度验算n4.地基稳定性验算n5.挡土墙抗倾覆、抗滑移验算n6.变形验算五、例题分析【例2】设计一浆砌块石挡土墙(重度23KN/m3),墙高5.5m,墙背垂直光滑,填土表面水平,填土为砂土,=18kN/m3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 土力学 基础 工程