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最新浙江大学土力学精品课程8
浙江大学土力学精品课程8
第8章 土压力和支挡结构
8.1 概述 8.2 静止土压力计算 8.3 主动土压力计算 8.4 被动土压力计算 8.5 土压力计算的讨论 8.6 重力式挡土结构 8.7 柔性挡土结构
8.1 概述
一、引言
在土建、水利、港口和交通工程中, 为了防止土体坍塌或滑坡,常用各种类型 的挡土结构物进行支挡。
一般所说的静止土压力是指作用在每沿米挡土结构上静止土压 力的合力,用E0表示,量纲为kN/m 。
静止土压力强度——静止土压力沿深度的分布,用p0表示,量 纲为kPa。
8.2 静止土压力计算
二、静假止定土土压体力是强半度无p0限的弹计性算体 ( 见 图 8-7),墙静止不动,土体无侧向位移, 此时土体表面下任意深度z处的静止土压力强度 p0,可按半无限体在无侧向位移 条件下水平向自重应力的计算公式计算,即:
图8-5锚定板式档土墙
8.1 概述
4. 加筋土挡土墙:加筋土挡土墙是由填土及布置在填土中的筋带,以及墙 面板三部分组成(如图8-6)。在垂直墙面的方向,按一定间隔和高度水平的放 置拉筋材料,然后填土压实,通过填土与筋带间的摩擦作用,把土的侧压力传 给筋带,从而稳定土体。加筋土挡土墙属于柔性结构,对地基变形适应性大, 建筑高度大,适用于填土路基。
图8-4 薄壁式档土墙
8.1 概述
3. 锚定式挡土墙:锚定式挡土墙包括锚杆式挡土墙和锚定板式挡土墙,如 图 8-5所示。锚杆式挡土墙由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面,与水平 或倾斜的钢锚杆联合组成。锚杆的一端与立柱连接,另一端被锚固在山坡深处 的稳定岩层或土层中,墙后侧压力由挡土板传给立柱,由锚杆与岩体之间的锚 固力,即锚杆的抗拔力,使墙获得稳定。它适用于墙高较大、石料缺乏或挖基 困难地区,一般多用于路堑挡土墙。锚定板式挡土墙的结构形式与锚杆式挡土 墙基本一样,所不同的是锚杆的锚固端改用锚定板,并将其埋入墙后填料内部 的稳定层中,锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力,保持墙的稳定。
p0K0czK0z
式中,K 0 ——静止土压力系数(也称侧压力系数)。
(8.2.1)
图8-7 静止土压力状态
8.2 静止土压力计算
三、土静的止静土止压土力压系力数系K0数的可计以算在三轴仪中测定,也可在专门的侧压力仪器中 测得。在缺乏试验资料时可按下面经验公式估算
砂性土
K0 1sin
(8.2.2)
一般来讲,在挡土墙高度和填土等其它条件相同的情况下,Ea E0 Ep,
并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 。
+δ
E -δ
Ep
-δ Ea
E0
+δ
Δa
Δp
土压力与墙身位移关系图
8.1 概述
三、土压力计算的基本假定 对土压力计算问题的严格处理,将需要建立应力应变关系、平衡方
粘性土
K00.9 5sin
(8.2.3)
超固结粘性土
(K0)oc(K0)NC (OC )mR (8.2.4)
式中 — —土的有效内摩擦角;
(K0 )NC——正常固结土的值;
(K0 )OC——超固结土的值;
m ——经验系数,m = 0.4~0.5。
静止土压力系数K0的参考值 表8-1
土名
砾石、卵石
砂土
程以及相应的边界条件。土压力问题的严格分析是非常困难的。 在计算土压力时,一般假定为平面应变问题,即沿结构长度方向的
应变为零。
8.1 概述
四、挡土结构的分类 1. 重力式挡土墙:重力式挡土墙靠墙的自重保持稳定,多用块石、砖、素混
凝土材料筑成。一般用于低挡土墙,墙高H<5m时采用。墙背有俯斜、垂直和仰 斜三种(图8-3)。
图8-2b 主动土压力
8.1 概述
3. 被动土压力——挡土结构在外力作用下,向填土方向移动或转动, 这时作用在结构上的土压力将由静止土压力逐渐增大,一直到土体达到极 限平衡,并出现连续滑动面,滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,这时 土压力增至最大值,称为被动土压力。
图8-2c 被动土压力
8.1 概述
图8-6 加筋土档土墙土墙
8.1 概述
四、本章主要内容 本章将介绍静止土压力、主动土压力和被动土压力的基本理论,
支挡结构物的土压力的计算方法,重力式挡土结构、柔性挡土结构和 加筋挡土结构的设计等内容。
8.2 静止土压力计算
一、静止土压力的概念
静止土压力——当挡土结构静止不动,土体处于弹性平衡状态 时,则作用在结构上的土压力称为静止土压力。
0
Ea
和被动土压力 E
p
(见图8-2)。
1. 静止土压力——当挡土结构静止不动,土体处于弹性平衡状态时,则作 用在结构上的土压力称为静止土压力;
图8-2a 静止土压力
8.1 概述
2. 主动土压力——挡土结构在填土压力作用下,背离填土方向移动,这 时作用在结构上的土压力逐渐减小,当其后土体达到极限平衡,出现连续滑动 面使土体下滑,滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,这时土压力达到极小值, 称为主动土压力;
粉土
粘土
K0
0.20
0.25
0.40
0.55
8.2 静止土压力计算
图8-8给出了K0与土的塑性指数Ip及超固结比OCR的试验关系曲线。
图8-8 K0与土的塑性指数Ip及超固结比OCR的关系
8.2 静止土压力计算
四、静止土压力E0的计算 1. 基本公式
由式(8.2.1)可见,静止土压力强度p0沿深度呈直线分布,如图8-9-1所示。
设计支挡结构的关键是确定作用在挡 土结构上的土压力(包括土压力的性质、 大小、方向和作用点)。
挡土结构按形式可分为:重力式、悬 臂式、扶壁式、内撑式和锚杆式等。图8-1 为重力式挡土墙结构各部分的名称。
图8-1 重力式档土墙
8.1 概述
二、土压力的分类
土压力按位移方向可分为:静止土压力
E
、主动土压力
图8-3 重力式档土墙 (a)仰斜(b)垂直(c)俯斜
8.1 概述
2. 薄壁式挡土墙:薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构,有两种主要形式:悬臂 式挡土墙和扶壁式挡土墙。薄壁式挡土墙的稳定主要靠墙踵悬臂以上的土重,墙 体内的拉应力由钢筋承担,这种类型的挡土墙截面尺寸较小,悬臂式挡土墙墙高 大于5m,适用于重要工程、地基土质差、当地缺少石料等情况。扶壁式挡土墙墙 高H>10m,为了增强墙的抗弯性能,沿长度方向每隔(0.8~1.0)H做一个扶壁以 保持挡土墙的稳定性。