第三章侧压力课件.ppt
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1、第三章 侧压力,内容提要 第一节 土的侧压力 第二节 水压力和流水压力 第三节 波浪荷载 第四节 冻胀力 第五节 冰压力 第六节 撞击力,第一节、土的侧压力,一、土侧压力的分类 土的侧压力 挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力 土侧压力的大小及其分布规律 挡土墙可能的运动方向;墙后填土的种类;填土面的形式;墙的截面刚度;地基的变形等 土压力分类(墙的位移情况及墙后填土所处的状态) 静止土压力 E0 主动土压力 Ea 被动土压力 Ep,1、静止土压力(earth pressure at rest) 如果挡土墙在土压力作用下不发生移动或转动而保持原来位置,则墙后土体处于弹性平衡状态
2、,此时墙背所受的土压力称为静止土压力 以符号E0表示2、主动土压力 (active earth pressure) 当挡土墙在填土产生的土压力作用下向墙前移动和转动时,随着位移量的增大,作用于墙后的土压力逐渐减少,当位移量达某一(微量)值时,墙后土体处于主动极限平衡状态,此时作用于墙背上的土压力称为主动土压力 以符号Ea表示3、被动土压力(passive earth pressure) 当挡土墙在外荷载作用下推向土体时,随着墙向后位移量的增加,土体对墙背的反力也逐渐增加,当位移量足够大,直到土体在墙的推压下达到被动极限平衡状态时,作用于墙背上的土压力称为被动土压力以符号Ep表示,4、挡土墙土压
3、力演示 5、E0、Ea、Ep三者的关系(如图) 试验研究表明: 在相同条件下,主动土压力Ea小于静止土压力E0 ,而静止土压力E0又小于被动土压力Ep ,即 EaE0 Ep ,而且产生被动土压力所需的位移量p大大超过产生主动土压力所需的位移量a 。,E Ea E0 Ep a p 墙体位移与土压力的关系,二、土压力的计算1、静止土压力(E0) 在填土表面下任意深度z处取出一微元体M,作用的应力(如图): 竖向的土自重应力 z = z 静止土压力强度 0=k0 z= k0 z 式中, k0 静止土压力系数,可近似按 k0= 1-sin /( /为土的有效内摩擦角)计算; 墙后填土容重,kN/m3。
4、,大 小:,方 向:,作用点:,静止土压力沿墙高为三角形分布,竖向的土自重应力 z = z 静止土压力强度 0=k0 z= k0 z z z M 0 Hdz E0 1/3H k0 H 静止土压力0的分布,2、主动土压力Ea、被动土压力Ep 朗金土压力理论(Rankines earth pressure theory) 朗金土压力理论是根据半空间内的应力状态和土的极限平衡理论而得出的土压力计算方法。 基本假定 对象为弹性半空间土体 填土面无限长 不考虑挡土墙及回填土的施工因素 挡土墙的墙背竖直(=0)、光滑(=0)、填土面水平(=0)、无超载 墙背与填土之间无摩擦力,因而无剪力,即墙背为主应力面
5、, 塑性主动状态 当挡土墙离开土体向远离墙背方向移动时,墙后土体M有伸张的趋势,此时单元在水平截面上的法向应力z不变而竖向截面上的法向应x却逐渐减少(),直至满足极限平衡条件为止(称为主动朗金状态),此时x 达最低限值a,因此,a是小主应力,而z是大主应力,并且莫尔圆与抗剪强度包线相切。挡土墙土压力演示此时滑动面的方向与大主压力z的作用面(即水平面)成 =450+/2, 塑性被动状态 当挡土墙在外力作用下挤压土体,水平截面上的法向应力z 不变, x不断增加(),直至满足极限平衡条件(称为被动朗金状态)时x达最大限值p ,这时, x=p是大主应力,而z是小主应力,并且莫尔圆与抗剪强度包线相切。挡
6、土墙土压力演示 此时滑动面的方向与小主压力z的作用面(即水平面)成 =450- /2, 由土力学的强度理论可知,当土体中某点处于极限平衡状态时,大主应力1和小主应力3之间应满足以下关系式: 粘 性 土 1=3tg2(450+/2)+2Ctg(450+/2)或 3=1tg2(450-/2)-2Ctg(450-/2) 无粘性土 1=3tg2(450+/2)或 3=1tg2(450-/2) 土体达主动极限平衡状态时,z= z不变,也即大主应力不变,而水平应力x是小主应力a ,即 1= z= z 、 3= a 无粘性土 a= z tg2(450- /2)或 a= z ka 粘 性 土 a= z tg2
7、(450-/2)-2C tg(450-/2),ka主动土压力系数, ka = tg2(450- /2) ; 墙后填土的容重,kN/m3,地下水位以下用浮容重; C 填土的内聚力, kN/m2; z 所计算的点离填土面的深度。,Ea通过三角形的形心,即作用在离墙底H/3处。, 粘性土的主动土压力强度包括两部分(如图):, 无粘性土的主动土压力强度与高度成正比,沿高度的压力分布为三角形(如图),单位墙长的主动土压力为:,2C z z0H a Ea a z dz H/3 Ea b (H-z0)/3 Hka H ka (a)主动土压力的计算 (b)无粘性土 (c)粘性土 主动土压力强度a分布, 粘性土
8、的侧压力分布仅是abc部分 实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离,故在计算土压力时可略去不计。 a点离填土面的深度常称为临界深度,在填土面无荷载的条件下,可令式为零求得z0值,即:, 主动土压力Ea通过在三角形abc压力分布图的形心,即作用在离墙底(H-z0)/3处,如取单位墙长计算,则主动土压力Ea为:, 当墙受到外力作用而推向土体时,填土中任意一点的竖向应力z = z仍不变,而水平应力x却逐渐增大(),直至出现被动朗金状态,此时, x是最大限值p ,因此p是大主应力,也就是被动土压力强度,而z则是小主应力,即 3 = z = z 、 1 = p挡土墙土压力演示 无粘性土: p= z t
9、g2(450+/2)= z kp 粘性土: p= z 3tg2(450+/2)+2Ctg (450+ /2 ),式中,kp被动土压力系数,kp= tg2(450+ /2 ),其余符号同前。,z zH p dz H kp 2C H kp (a)被动土压力的计算 (b)无粘性土 (c)粘性土 被动土压力强度p分布,无粘性土,有粘性土, 无粘性土的被动土压力强度p呈三角形分布(如图),粘性土的被动土压力强度p呈梯形分布(如图), 如取单位墙长计算,则被动土压力Ep可由下式计算:,无粘性土:,粘 性 土:, 被动土压力Ep 通过三角形或梯形分布图的形心,第二节、水压力和流水压力,一、水压力 水对结构物
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