第5章 土压力及土坡稳定.doc

第5章土压力及地基承载力
一、知识点: 概述 挡土墙上的土压力 朗肯土压力理论
  主动土压力   被动土压力
库伦土压力理论
  主动土压力   被动土压力   朗肯理论与库伦理论比较
  几种情况下的土压力计算
挡土墙设计
  挡土墙的类型   挡土墙的计算   重力式挡土墙的体型选择和构造措施
二、重点难点:
一、重点:朗肯土压力理论和库仑土压力理论。确定地基承载力的方法。挡土墙设计。
正确理解三种土压力的概念,并应掌握静止土压力、主动土压力的计算方法。了解影响土压力的因素。会设计重力式挡土墙,对其它类型挡土墙中只作一般了解。
二、难点:朗肯土压力理论和库仑土压力理论。挡土墙设计。
三、本章内容:
§ 概述
    挡土墙是防止土体坍塌的构筑物,在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用,例如,挡土墙、地下室侧墙、桥台、板桩墙、散料仓库、重力式码头的岸壁等(书135图5-1)。
挡土墙就其结构型式可分为重力式、悬臂式和扶壁式等(图5-13),可用块石、砖、素混凝土和钢筋混凝土等材料建成。
土压力是指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。由于土压力是挡土墙的主要外荷载,因此,设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点,土压力的计算是个比较复杂的问题。它随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力,被动土压力和静止土压力。土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。
土坡可分为天然土坡和人工土坡,由于某些外界不利因素,土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性,土坡的坍塌常造成严重的工程事故,并危及人身安全,因此,应验算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。
本章将分别讨论土压力、挡土墙设计和土坡稳定分析等问题。
§ 挡土墙上的土压力
挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。
根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态,土压力可分为以下三种:
(1)主动土压力
当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时,作用在墙上的土压力称为主动土压力,一般用表示,如图137页5-2(a)所示。
(2)被动土压力
当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时,作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力,用表示,如图5-2(b)所示,桥台受到桥上荷载推向土体时,土对桥台产生的侧压力属被动土压力。
(3)静止土压力
当挡土墙静止不动,土体处于弹性平衡状态时,土对墙的压力称为静止土压力,用表示。如图5-2(c)所示,地下室外墙可视为受静止土压力的作用。
土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine,1857)理论和库伦(Coulomb, 1776)理论。自从库伦理论发表以来,人们先后进行过多次多种的挡土墙模型实验、原型观测和理论研究。实验研究表明:在相同条件下,主动土压力小于静止土压力,而静止土压力又小于被动土压力,亦即
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而且产生被动土压力所需的位移量大大超过产生主动土压力所需的位移量(书中图5-2)。
静止土压力可按以下所述方法计算,在填土表面下任意深度z处取一微小单元体(图5-4),其上作用着竖向的土自重应力,则该处的静止土压力强度可按下式计算:
(5-1)
式中—土的侧压力系数或称为静止土压力系数,可近似按=1-sin(为土的有效内摩擦角)计算;
—墙后填土重度。kN/m³。
由式(5-1)可知,静止土压力沿墙高为三角形分布,如图书137页5-2c所示,如果取单位墙长,则作用在墙上的静止土压力为:
(5-2)
式中:H—挡土墙高度,m;其余符号同前。
的作用点在距墙底H/3处。
§ 朗肯土压力理论
朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。
图5-5(a)表示一表面为水平面的半空间,即土体向下和沿水平方向都伸展至无穷,在离地表z处取一单位微体M,当整个土体都处于静止状态时,各点都处于弹性平衡状态。设土的重度为,显然M单元水平截面上的法向应力等于该处土的自重应力,即:
而竖直截面上的法向应力为:
由于土体内每一竖直面都是对称面,因此竖直截面和水平截面上的剪应力都等于零,因而相应截面上的法向应力和都是主应力,此时的应力状态用莫尔圆表示为如图5-5(b)所示的圆Ⅰ,由于该点处于弹性平衡状态,故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切。
图5-5 半空间的极限平衡状态
设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸展或压缩,使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状