岩土力学课件--第六章挡土结构物上的土压力双语

第六章挡土结构物上的土压力Chapter6LateralPressurebetweenasoilmassandanadjoiningearth-structure.第一节概述6.1InductionThischapterdealswiththemagnitudeanddistributionoflateralpressurebetweenasoilmassandanadjoiningearth-retainingstructure(挡土结构物,俗称挡土墙).挡土墙的结构型式8/22/20211课件 一、挡土墙的结构类型对土压力分布的影响Theinfluenceofstructuretypesofearth-retainingwalloncdistribution(一)、刚性挡土墙（rigidearth-retainingwall）用砖、石、混凝土所筑成，断面较大。图6-2刚性挡土墙背上压力分布图6-3柔性挡土墙背上压力分布8/22/20212课件 (二)、柔性挡土墙（flexibleearth-retainingwall）（三）临时支撑（temporarybrace）一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成二、墙体位移与土压类型（刚性土压力）Walldisplacementandlateralearthpressuretypes（一）静止土压力(stilllateralpressure)挡土墙的刚度很大，在土压力作用下墙处于静止不动的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。使挡土墙保持静止的条件（1）墙身尺寸足够大（2）墙身砼与基岩牢固地联结在一起（3）挡土墙地基不产生不均匀沉降8/22/20213课件 如：地下室挡土墙的顶板和底板与墙体为刚性联结，故墙的水平位移近于零。作用于墙背的土压力：一般可按静止土压力算（《成都科大：土力与地基》）（二）主动土压力（Activelateralearthpressure）土推、墙移（或绕墙跟转动）当滑动面上时,有（此时密砂土上的墙位移量。H为挡土墙高；密实粘土上的墙位移量）（三）被动土压力（Passivelateralearthpressure)墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态此时位移量达某一较大量（密砂土密实粘土）8/22/20214课件 结论：墙体位移对土压力影响：图6-6①E0属于弹性状态土压力，可用弹性理论计算；Ea、Ep则属于极限平衡状态土压力，用以抗剪强度和极限平衡理论为基础的古典郎土压力理论——肯土压力理论和库伦土压力理论计算；②图6-6墙体位移与土压力关系曲线8/22/20215课件 三、影响土压力的因素Thefactorsofinfluencinglateralearthpressure（1）挡土墙的高度，结构型式，墙背形状（倾斜、俯斜或垂直）和光滑程度；（2）挡土墙的位移方向（向前、向后、静止不动）和位移量的大小；（3）墙后填土表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）及荷载作用情况（集中荷载，均布荷载或任意分布荷载）（4）墙土的物理力学性质，包括填土的容重，包括含水量w，内磨擦角和粘聚力c等。8/22/20216课件 第二节静止土压力的计算6.4TheCalculationofearthpressureatrest一、静止土压力(earthpressureatrest)半无限弹性的应力状态求解（静止土压力强度）（KPa）8/22/20217课件 二、静止土压力分布及总土压力Thedistributionofearthpressureatrestandthetotalearthpressure（KN）三、静止土压力系数(coefficientofearthpressureatrest)对于正常固结粘土，一般以（/为有效内摩擦角）砂土的K0值约为0.4粘土K0=0.4~0.8超固结粘土,K0可能大于1,由经验公式(6-4)估算。8/22/20218课件 第三节朗肯土压力理论6.3Rankine’sTheoryofEarthPressure一、基本原理(basicprinciples)图6-9，6-108/22/20219课件 二、水平填土面上的朗肯土压力TheRankine’searthpressureonthelevelfillsurface假设:（1）墙体为刚性体（2）墙背垂直，光滑Considerasemi-infinitemassofsoilwithahorizontalSurfaceandhavingaverticalboundaryformedbyasmoothwallsurfaceextendingtosemi-infinitedepth,asrepresentedinFig6-9.Thesoilisassumedtobehomogeneous（均匀）andisotopic（各向同性）.（一）主动土压力（Activeearthpressure）1．无粘性土(none-cohesivesoil)C=0，由（5-14）8/22/202110课件 2．粘性土(cohesivesoil)将代入得（6-7）（6-6）8/22/202111课件 则有（图6-12）令（6-8）（拉应力区深度）总压力（三角形abc之面积）：作用点位置：8/22/202112课件 （二）被动土压力（Passiveearthpressure）1．无粘性土(none-cohesivesoil)将代入——被动土压力系数合力：（图6-13）8/22/202113课件 1．粘性土(cohesivesoil)同理将代入得合力：（图6-14）8/22/202114课件 （二）应力法求解无粘性土主动土压力Tocalculatetheactiveearthpressurebystressmethod①∵故ac面上正应力即为A点，画出与水平成在座标系上作点8/22/202115课件 （2）在圆点找E点（1）（2）由（1）、（2）可求（3）∵8/22/202116课件 故B点代表单元体竖直面上应力，即根据几何关系可推出：可以看出，当=0时，简写为（6-14）（6-15）同理：（6-19）上述公式适用条件：8/22/202117课件 例：试用朗肯土压力理论计算主动土压力及其作用点的位置和方向。方向取AB解：从A点作竖直线AC，求出AC上：计算AB与AC间填土重量：作用于AB上土压力为与的合力C8/22/202118课件 作用在墙底以上：作用方向与水平面夹角8/22/202119课件 第四节库伦土压力理论6.4Coulomb’sTheoryofEarthPressure一、方法要点(outlineofthemethod)（一）库伦公式推导的出发点ThestarttodeduceCoulomb’sformula（图6-19）与朗肯区别：（1）墙背倾角，摩擦角，填土倾角；（2）直接求E。（二）假设条件(assumption)（1）墙体为刚性体（2）平面滑裂面假设：AB、BC滑面（3）刚体滑动假设：楔ABC为刚体（4）土楔ABC处于极限平衡状态8/22/202120课件 图6-198/22/202121课件 （三）取滑动楔体ABC为隔离体进行受力分析TakethetrialwedgeABCasaseparatingparttoanalysetheforcesactingontheitREWREW（a）主动状态（b）被动状态Theforcesactingonthesoilwedgeatfailureare:(1)theweightofthewedge(W)(2)thereaction(E)betweenthewallandthesoil,actingatanglebelowthenormal;(3)thereaction(R)onthefailureplane,actingatanglebelowthenormal;8/22/202122课件 1．作出E、R的方向2．由力三角形，求E、R大小3．求极值，找出真正滑裂面。二、数解法(mathematicsmethod)（1）楔体重量（取沿墙长度为1m）图6-218/22/202123课件 2．∵8/22/202124课件 式中为定值变化范围，∵时，R与W重合，时，无楔形体（∵AC与AB重合）中间必有最大值求出最危险的滑裂面和相应的破坏角8/22/202125课件 代入E求得土压力强度沿墙高的分布形式：(6-22)图6-22库伦土压力强度分布8/22/202126课件 三、图解法（简介）D库伦土压力理论:讨论的砂土的土压力,且要求填土面为平面;当填土为的粘性土或填土面不是平面,而是任意折线或曲线形状时,前述库伦理论不能用,此时可采用图解法。（一）基本方法（二）库尔曼图解法8/22/202127课件 第五节朗肯理论与库伦理论的比较6.5ThecomparisonbetweenRankine’sTheoryandCoulomb’sTheory一、分析方法的异同similaritiesanddifferencesbetweenthetwoanalysismethods相同(similarities)：均属于极限平衡状态土压力理论（bothbelongtothelimitingequilibriumstateearthpressureTheory）不同(differences)：朗肯：一点的应力状态→极限平衡→竖直面土压强总土压力或（极限应力法）应用受限制8/22/202128课件 库仑：整体→极限平衡→静力平衡条件→总土压力或（滑动楔体法）二、适用范围(Applicationscopes)（一）坦墙的土压力计算Theearthpressurecalculationofflatretainingwall1．什么是坦墙(flatretainingwall)——出现第二滑裂面之挡土墙讨论：（1）ABC尚未处于极限平衡状态视为墙体的一部分（2）应为与之合力图6-28坦墙与第二滑裂面ABC第一滑裂面第二滑裂面8/22/202129课件 （3）产生第二滑裂面的条件若则则①根据库伦理论，第一滑裂面倾角∴∴作用于BC上的库伦土压力可求故作用于AC上的总土压力可求CD(库伦)B/B(朗肯)cr图6-29坦墙的土压力计算8/22/202130课件