1、浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,第七章 土壓力計(jì)算,主講：胡敏云 建筑工程學(xué)院,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,本章提要 學(xué)習(xí)難點(diǎn),第七章： 土壓力計(jì)算,土壓力的類型及發(fā)生的條件？ 朗肯土壓力理論？ 庫(kù)侖土壓力理論？ 兩種土壓力理論的聯(lián)系與應(yīng)用？ 主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力發(fā)生的條件 特殊條件下土壓力的計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,概述 靜止土壓力計(jì)算 朗肯土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理論 關(guān)于土壓力計(jì)算的討論 填埋式結(jié)構(gòu)物上的土壓力,第七章： 土壓力計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,擋土結(jié)構(gòu)物(擋土墻) 用來(lái)支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。 擋土結(jié)構(gòu)物上的

2、土壓力 由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來(lái)自墻后填土的側(cè)向壓力。,概 述,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,擋土墻的幾種類型,糧食倉(cāng)庫(kù),味精瓶,蘋果箱,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,剛性擋土墻：本身變形極小，只能發(fā)生整體位移,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,剛性擋土墻的位移及土壓力分布,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,柔性擋土墻：本身會(huì)發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜,板樁變形,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,臨時(shí)支撐系統(tǒng)的位移及土壓力分布,臨時(shí)支撐：土壓力分布受施工過(guò)程和變位條件的影響,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,剛性擋土墻 土壓力計(jì)算比較簡(jiǎn)單，其它類型的土壓力計(jì)算大都以剛性墻為依據(jù) 本章要

3、討論的中心問(wèn)題 剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn),提 要,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,墻體位移與土壓力類型,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,墻體位移與土壓力類型,E,靜止土壓力 E0,主動(dòng)土壓力 Ea,被動(dòng)土壓力 Ep,擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,概述 靜止土壓力計(jì)算 朗肯土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理論 關(guān)于土壓力計(jì)算的討論 填埋式結(jié)構(gòu)物上的土壓力,第七章： 土壓力計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,靜止土壓力計(jì)算,靜止土壓力 墻體不發(fā)生任何位移,墻體和土體的 = 0相當(dāng)于天

4、然地基土的應(yīng)力狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)） K0 應(yīng)力狀態(tài),地下室,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,sv,sv,sh,p0=sh,z,K0: 靜止土壓力系數(shù),對(duì)于砂土、正常固結(jié)粘土： 對(duì)超固結(jié)土：,對(duì)于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：K0=/(1- ) 由于土的 很難確定，K0 常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,靜止土壓力計(jì)算,z,E0,總靜止土壓力,如果墻后填土中存在地下水，如何計(jì)算？,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,概述 靜止土壓力計(jì)算 朗肯土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理論 關(guān)于土壓力計(jì)算的討論 填埋式結(jié)構(gòu)物上的土壓力,第七章： 土壓力計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,朗肯土壓力理論(1857),1. 朗肯極限平衡應(yīng)力狀

5、態(tài),自重應(yīng)力作用下，半無(wú)限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。,3f,v=z,K0v,主動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài),45+f/2,從半空間無(wú)限土體的應(yīng)力狀態(tài)分析及土單元極限平衡條件入手,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,1f,v=z,K0v,被動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài),s1,s3,s3,s1,45-f/2,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,2 . 朗肯土壓力計(jì)算,假定： 墻背垂直光滑 墻后填土表面水平,sv、 sh為主應(yīng)力 且 sv = z,直接計(jì)算內(nèi)容是土壓力強(qiáng)度,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為無(wú)粘性土（砂土）,s1,45+f/2,豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力,無(wú)粘性

6、土的極限平衡條件,主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,pa=s3,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù),總主動(dòng)土壓力,朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為無(wú)粘性土（砂土）,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力,粘性土的極限平衡條件,主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù),負(fù)號(hào),zz0,zz0,朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,Ea,總主動(dòng)土壓力,朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為無(wú)粘性土（砂土）,豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力,水平向

7、應(yīng)力為大主應(yīng)力,無(wú)粘性土的極限平衡條件,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,pp=s1,s3,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù),總被動(dòng)土壓力,朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為無(wú)粘性土（砂土）,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力,粘性土的極限平衡條件,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù),正號(hào),Ep,總被動(dòng)土壓力,朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算 填土為粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,朗肯土壓力理論小結(jié),墻背垂直光滑 主動(dòng)和被動(dòng) 極限平衡條件 砂土和粘性土,1f,v=z,K0v,s1,s3,45-f/

8、2,45+f/2,3f,s1,s3,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,粘性土的主動(dòng)土壓力,Ea,不支護(hù)直立開挖的最大深度,粘性土的被動(dòng)土壓力,梯形分布,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,主動(dòng)土壓力系數(shù),被動(dòng)土壓力系數(shù),靜止土壓力系數(shù),浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,總土壓力： 單位長(zhǎng)度擋土墻上土壓力 單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn),土壓力強(qiáng)度： 單位面積上的土壓力 單位：kN/m2,幾個(gè)概念,每延米,E,p,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,概述 靜止土壓力計(jì)算 朗肯土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理論 關(guān)于土壓力計(jì)算的討論 填埋式結(jié)構(gòu)物上的土壓力,第七章： 土壓力計(jì)算,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,庫(kù)侖土壓力理論(1776年),原

9、理: 墻后土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)形成一滑動(dòng)破壞面，通過(guò)分析滑動(dòng)土體的靜力平衡條件計(jì)算作用于擋土墻上的土壓力 計(jì)算內(nèi)容：土壓力合力（單位長(zhǎng)度擋土墻）,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,墻背傾斜，具有傾角 墻背粗糙，與填土摩擦角為 填土表面有傾角,適用于：,平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面,假設(shè)條件：,剛體滑動(dòng)假設(shè)：破壞土楔為剛體， 滑動(dòng)楔體整體處于極限平衡狀態(tài),墻后填土：理想散體材料（無(wú)粘性土，c=0）,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力,W,E,R,W,R,E,- ,=90-, 、E,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,E,Ea,庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù),Ea,特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時(shí)，與朗

10、肯理論等價(jià),土壓力分布：三角形分布,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力,W,R,E, + ,=90+-, 、E,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,Ep,庫(kù)侖被動(dòng)土壓力系數(shù),土壓力分布：三角形分布,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,概述 靜止土壓力計(jì)算 朗肯土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理論 關(guān)于土壓力計(jì)算的討論 填埋式結(jié)構(gòu)物上的土壓力,第七章： 土壓力計(jì)算,兩種土壓力理論的比較； 幾種特殊條件下的朗肯土壓力； 幾種特殊條件下的庫(kù)侖土壓力;,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,兩種土壓力理論的比較,1. 分析方法,極限平衡狀態(tài),浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,2. 應(yīng)用條件,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,3. 計(jì)算誤差,朗肯土

11、壓力理論,實(shí)際0,主動(dòng)土壓力 偏大,被動(dòng)土壓力 偏小,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,3. 計(jì)算誤差,庫(kù)侖土壓力理論,實(shí)際滑裂面不一定是平面,主動(dòng)土壓力 偏小,被動(dòng)土壓力 偏大,滑動(dòng)面,滑動(dòng)面,主動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最大值,被動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最小值,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,計(jì)算誤差,與精確解的比較,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,計(jì)算誤差,與精確解的比較,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,計(jì)算誤差,結(jié)論,如果 =0，滑裂面是直線，三種理論計(jì)算Ka, Kp相同 如果 0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全 庫(kù)侖偏小一些（可忽略)； Kp 朗肯偏小可達(dá)幾倍； 庫(kù)侖偏大可達(dá)幾倍; 在實(shí)際工程問(wèn)題中，

12、土壓力計(jì)算是比較復(fù)雜的。,工程中使用被動(dòng)土壓力較少。因?yàn)樗柘鄬?duì)位移太大,P247-249,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,1 填土上有荷載,s1,45+f/2,pa=3f,v=z+q,K0v,z,pa=s3,q,幾種特殊條件下的朗肯土壓力,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,局部荷載,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,2 成層填土情況,g1 f1 c1,g2 f2 c2,H1,H2,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,f2 f1,f2 f1,c1= c2=0 時(shí),g2 f2,H1,H2,g1 f1,f1 = f2 時(shí),g2 g1,g2 g1,g1 = g2 時(shí),浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,c1 = 0 c2 0,c1 0 c2 = 0,c1、 c2不為0 時(shí),g1 = g2 f2 = f1 時(shí),浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,3 填土中有水水土分算,水下部分用浮容重,土壓力,土壓力,水壓力,靜水情況,水壓力,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,土壓力,豎向應(yīng)力,填土中有水水土合算,水土合算的方法適用于地下水位以下的粘性土,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,幾種特殊條件下的庫(kù)侖土壓力,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,局部荷載,W,E,R,q,W,R,Ea,Ea,Q,浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,2