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西安理工大学第七章 挡土结构物的土压力.ppt

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西安理工大学第七章 挡土结构物的土压力.ppt
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挡土结构物土压力,邵生俊 西安理工大学岩土工程研究所,挡土结构物,支撑土坡的挡土墙 岸堤挡土墙 地下室侧墙 拱桥桥台 土钉墙 加筋土挡墙 基坑板桩,刚性挡土墙及土压力类型,静止土压力,主动土压力,被动土压力,土压力的类型及大小变化取决于墙体位移的发展。土压力的大小并不是一个常数;挡土墙保持静止时承受静止土压力;随着墙体向临空面运动,土压力不断减小,在很小的位移条件下即达到了最小值,为主动土压力;随着墙体背向临空面运动,土压力不断增大,在较大的位移条件下才能达到最大值,为被动土压力。主动土压力与被动土压力则均属于极限平衡状态的土压力。,墙体位移与土压力关系曲线,静止土压力计算,当挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时,作用在其上的土压力即为静止土压力。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,总土压力,静止土压力系数,对于无粘性土及正常固结土,对于超固结土,朗肯土压力理论,基本原理,朗肯土压力理论研究自重作用下,半无限土体内各点的应力从弹性状态发展为极限平衡状态的土压力。即假定墙体为刚性体,填土表面为水平面,墙背为铅直的光滑平面;当达到主动和被动土压力状态时,墙背的土体处于极限平衡状态。,朗肯主动极限平衡状态,,朗肯被动极限平衡状态,粘性土,朗肯主动土压力系数,可由下式求得,,土压力作用方向垂直于墙背,沿墙高呈三角形分布,作用单位长度墙体上的总土压力为,朗肯被动土压力计算,无粘性土,朗肯被动土压力系数,土压力作用方向垂直于墙背,沿墙高呈三角形分布,作用单位长度墙体上的总土压力为,粘性土,朗肯被动土压力系数,土压力作用方向垂直于墙背,作用单位长度墙体上的总土压力为,库伦土压力理论,基本原理,库伦土压力理论不是研究墙背一点土单元的应力状态的极限平衡条件,从而求得作用于墙背上的土压力强度,而是从考虑墙背某个滑动楔形体的整体平衡条件出发,直接求出作用于墙背上的总土压力。,假设条件,1、滑动面呈平面;2、滑动体为刚体运动;3、滑体整体上处于极限平衡状态。,库伦主动土压力分析,根据正弦定律,上述式表明土压力是滑动面与水平面夹角的函数,当墙背土体产生滑动时,处于极限平衡状态,因此,根据极值条件,可以确定最危险的滑动面夹角。从而求得主动土压力。,,库伦被动土压力分析,根据正弦定律,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上述式表明被动土压力是滑动面与水平面夹角的函数,当墙背土体产生滑动时,亦处于极限平衡状态,因此,根据极值条件,可以确定最危险的滑动面夹角。从而求得被动土压力。,,上述土压力沿铅直面的分布可以由土压力对于深度的求导得出。,朗肯理论与库伦理论的比较,分析方法的异同,朗肯理论与库伦理论均属于极限状态土压力理论,用这两种理论计算的土压力均属墙后土体处于极限平衡状态下的主动与被动土压力。,朗肯理论是研究墙背土体一点的极限平衡应力状态,首先求得竖直面上的主动或被动土压力强度及分布,然后积分求得总土压力。库伦理论是研究墙背可能滑动楔形体处于极限平衡的受力条件,直接求得墙背总的主动土压力或被动土压力。,应用范围,计算误差,朗肯理论假定墙背与土无摩擦,计算出的主动土压力系数偏大,被动土压力系数偏小。与极限平衡理论比较,主动土压力计算误差小,被动土压力计算误差大。,库伦理论考虑了墙背与土有摩擦,但假定滑动面为平面,与理论解不符。在楔形体的受力分析中,尽管满足了力的平衡,但不满足力矩平衡关系。与极限平衡理论比较,也是主动土压力计算误差小,被动土压力计算误差大。,几种常见情况的主动土压力计算,成层填土,墙后填土中有地下水,填土表面连续均布荷载作用,折线墙背,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,墙背设置减荷平台,地震作用下土压力计算,地震作用下的挡土墙上的土压力称为动土压力,由于地震时的动力作用,墙背上的动土压力不论其大小及分布都与无地震时的静土压力不同。动土压力的确定不仅与地震强度有关,而且受地基土性、挡土墙与墙后填土的动力特性有关,是一个比较复杂的问题。工程实践中现有的方法仍以拟静力方法进行地震土压力计算。通常即从静力库伦土压力理论为基础,考虑竖向和 水平向地震加速度的影响,对原有库伦理论进行修正。,物部-岗部法,两个惯性力分量与重力的合力及合力与铅垂向的夹角分别为:,假设地震条件下,土的内摩擦角与墙背面与填土的摩擦角不变,则墙后滑动体的力平衡关系如下:,为了使考虑地震作用的合力沿竖直向,可以将原图逆时针旋转 角,由于这种旋转并未改变平衡力系,因此不会改变主动动土压力的计算。但是,原挡土墙的边界条件发生了变化,即:,,把上述边界参数及修正后容重代入库伦计算公式可得到动土压力,
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