《土压力与围岩压力.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土压力与围岩压力.docx（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、岩土力学网上辅导材料之五第 5 章 土压力计算重点： 静止土压力、主动土压力和被动土压力的根本概念；用朗肯土压力理论和库伦土压力理论计算土压力的方法；各种不同状况下挡土墙上的土压力。难点：各种不同状况下挡土墙上的土压力计算1. 土压力的类型依据墙身位移的状况，作用在墙背上的土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。(1) 静止土压力当挡土墙静止不动时，即不能移动也不转动，这时土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力p 。o(2) 主动土压力挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的渐渐增大，土体作用于墙上的土压力渐渐减小，当墙后土体到达主动极限平衡状态并消灭滑动面时，这时作用于墙上的土压力减至最小
2、，称为主动土压力P 。a(3) 被动土压力挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移量的渐渐增大，土体作用于墙上的土压力渐渐增大，当墙后土体到达被动极限平衡状态并消灭滑动面时，这时作用于墙上的土压力增至最大，称为被动土压力P .p2. 朗肯主动土压力的计算依据土的极限平衡条件方程式jj = tg2(45+ )+2ctg(45+ )(5-1)1322jj = tg2(45- )-2ctg(45- )(5-2)3122土体处于主动极限平衡状态时， = = z， = =p ，代入上式得1z3xa(1) 填土为粘性土时填土为粘性土时的朗肯主动土压力计算公式为Kajjp = ztg2(45-a2)-2ctg
3、(45-2)= zK -2ca(5-3)由公式(5-3)，可知，主动土压力p 沿深度Z 呈直线分布，如图 5-1 所示。a式中： p 沿墙背的主动土压力强度，kPa；aK 主动土压力系数，K =tg2(45- j )，aa2 填土重度，kN/m3； z计算点至填土面的距离，m； c粘土的粘聚力，kPa；j 粘土的内摩擦角，度。当 z=0 时 p =-2cKaa当 z=H 时 p = HK -2cKaaa在图中，压力为零的深度z ，可由p =0 的条件代入式(5-3)求得0a2cg Kz=(5-4)0a在 z 深度范围内p 为负值，但土与墙之间不行能产生拉应力，说明在 z 深度范围内，0a0填土
4、对挡土墙不产生土压力。墙背所受总主动土压力为P ，其值为土压力分布图中的阴影局部面积，即a32)填土为无粘性土(砂土)时依据极限平衡条件关系方程式，主动土压力为p = gztg2(45 - j) = gzK(5-6)P = 1 (gHK - 2ca2aK )(H - z )a0(5-5)= 1 gH2K - 2cH2aKa+ 2c2g(一)ZHZ0PaZ0H-H-3H32cKaHK a图 51 粘性土主动土压力分布图P 的作用方向，由于墙背垂直光滑，填土水平，故应与挡土墙墙背垂直；作用点，距a墙底为 H - z0 处，单位为kN/m。a2a上式说明主动土压力P 沿墙高呈直线分布，即土压力为三角
5、形分布，如图5-2 所示。a墙背上所受的总主动土压力为三角形的面积，即Pa = 1 gH 2Ka(5-7)2P 的作用方向应垂直墙背，作用点在距墙底1 H 处。a33. 朗肯被动土压力计算从朗肯土压力理论的根本原理可知，当土体处于被动极限平衡状态时，依据土的极限平衡条件式可得被动土压力强度 =p ， = =rz，填土为粘性土时1p3zHPaH 3H 3Pa=HKap = gztg2(45 + j) + 2c tg(45 + j) = gzK + 2c K(5-8)图 5-2 无粘性土主动土压力分布图p22pp填土为无粘性土时p = gztg 2(45 + j ) = gzKp2p(5-9)式中
6、： P 沿墙高分布的土压力强度，kPa；ppK 被动土压力系数， Kp = tg 2(45 + j ) ；2其余符号同前。关于被动土压力的分布图形，分别见图5-3 及图 5-4。p p1pp1HpHpp2p2H 3 H/22cKa0.5HKp图 5-3 粘性填土被动土压力分布图2PP =H 2Kp HHH 3H 3HKa图 5-4 无粘性填土被动土压力分布图填土为粘性土时的总被动土压力为P = 1 gH 2Kp2p+ 2cHKp(5-10)填土为无粘土时的总被动土压力为P = 1 gH 2Kp2p(5-11)作用方向和作用点的位置分别如图 5-3、图 5-4 上所标示的方向和作用点；计算单位为
7、 kN/m。4. 常见状况的土压力计算1)墙后填土外表有连续均布荷载的状况当填土外表连续均布荷载作用，将均布荷载强度q(kPa)变换成等效填土高度H(m)即H= qg其中墙后填土的重度，kN/m3然后以填土厚度为 (H+H)按均质土计算土压力图 5-5，为墙后填土为无=”粘性时，土压力分布图形。qq其中：H墙顶土压力强度P = HK =qKzaaa墙底土压力强度HP = (H+H)K =qK + HKaaaa土压力分布图形为梯形。2)填土为成层土的状况当填土由不同性质的土分层填筑 时，第一层土按均质土方法计算。计算其次层土土压力时，将第一层土换算成qKaHKa图 5-5=g h与其次层土的性质
8、指标一样的当量土层厚度 h ，即h11 1 ，然后按换算后其次层土的g2厚度计算其次层土范围的土压力。图 5-12 所示状况为填土为无粘性土时土压力分布图形。其中，墙顶处土压力强度Pa=0第一层填土的底面土压力强度 Pa= 1h1Ka1其次层填土的顶面土压力强度 Pa= 2h1Ka2= 1h1Ka2墙底处土压力强度 P =(h +h )K =(h +h )Kj21a212a21 12 2a2j由图 5-6 看出，当1= j 土压力分布图形发生坡度变化，当 j ，土压力分布图形2发生折变。bc h Ka,1 111jh1bch Ka1 11bc h K1 1a1bcbcbd,bd h Kacbd
9、 h Ka22 h2j1 121 11( h1 1+ h ) Ka2 21( h1 12 22+ h ) Ka( h1 12 22+ h ) Ka j1 = j2j1 j2j1 j212(a) =12(b) =12(c)3)填土内有地下水的状况图 5-6地下水位以下用浮重度 计算土压力，这时作用在挡土墙的压力包括水压力和土压力，如图 5-7 所示。图 5-7习题指导：某挡土墙高 10m，墙背垂直、光滑，填土外表水平。墙后填土为中砂，重度 =15kN/m3，饱和重度为=20kN/m3, j = 30 ，试计算总静止土压力P ，总主动土压力P ；sat0a当地下水位上升至离墙顶 6m 时，计算所受
10、的总主动土压力P 与水压力P 。aW解：(1)静止土压力，因墙后填土为中砂，取K =0.4,总静止压力011P =g H 2 K 020=18 102 0.4 = 360kN / m 2H1H2 Hw 2H KaH Ka12合力作用点在距离底1 H = 3.33m 处，见图 5-14(a)。3(2) 主动土压力因墙背垂直、光滑、填土水平、适用于朗肯土压力理论，1P =g H 2 Ka2a130=18 102 tg 2 (45 -) 300kN / m 22合力作用点在距离墙底1 H = 3.33m 处，见图 5-14b。3(3) 地下水位上升以后主动土压力土压力分水上和水下两局部计算。a 点：
11、p =0ab 点： pa= gH K1a= 18 6 tg 2(45 -302) = 36kPac 点： pa = gH K + g H K = 18 6 + (20 - 10) 4tg 2(45 - 30) = 49.33kPa1a2a2水上局部： Pa1130=18 62 tg 2 (45 -) = 108kN / m 2230130水下局部： Pa = 18 6 tg2 (45 -) 4 +10 42 tg2 (45 -) 222aH1HH K1aPb0PaPaH 3H 3H23.49mPWcH Ka+H Ka HH2 3HK012W 2(a)HKa(b)(c)(d)= 144 + 26
12、.7 171kN / m总主动土压力P =P +P 108+171=279kN/m，其作用点即为 P 、P 的合力作用点，距aa1a2a1a2离底边 3.49m 处，见图 5-8 所示。图 5-8 静止压力，主动土压力，水压力分布图作业：1 什么叫静止土压力、主动土压力和被动土压力?它们产生的条件是什么?比较三者数值的大小。2 朗肯土压力理论的根本假定条件是什么?计算方法和适用条件是什么?用朗肯土压力理论计算的土压力是偏大还是偏小?3 某挡土墙高 10m，墙背竖直光滑，填土面水平，填土为无粘性土， =19kN/m3， =25， 填土外表作用有连续均布荷载，q=25kPa。试用朗肯土压力理论计算主动土压力并绘图。