[注册结构专业基础]土压力、地基承载力和边坡稳定讲义.doc

PAGE PAGE 1页 第五节 土压力、地基承载力和边坡稳定 挡土结构物所承受的其后填土的侧向压力称为土压力。根据挡土结构物的位移情况，如图12-5–1，土压力可以分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。 静止土压力，图12－5－1（b）所示，当墙绝对不动，墙后土体因墙背的侧限作用而处于弹性平衡状态时，墙后土体作用于墙背上的土压力，称为静止土压力，以表示。 主动土压力，当墙向前有微小移动（离开土）或转动时，见图12－5－1（a），随着位移或转角增大，土压力由逐渐减小。至土体濒于破裂，墙后土体处于主动极限平衡状态时，土压力达最小值。此时由于土体推墙，土体处于主动状态，故称为主动土压力，以表示。 被动土压力，当墙在外力作用下，产生向后的微小位移或转动，见图12－5－1（c），将土体向后推动，土体处于被动状态，土压力由逐渐增大，至土体濒于破裂，墙后土体达被动极限平衡状态时，土压力达最大值，称被动土压力，以表示。 不难看出，三种土压力之间存在如下关系： 图12－5－1（d）表示三种土压力的大小和相对位移的关系。根据砂土试验表明主动土压力发挥所需的应变大约在1％～2％；而被动土压力发挥所需的应变大约在4％～5％。 （一）静止土压力计算 当挡土墙绝对不动时，土体中的应力状态相当于自重下的应力状态。此种应力状态下土体处于弹性平衡。此时，作用于墙背上的土压力为静止土压力。墙背后z深处的土压力强度用表示。其值为： （12－5–1） 式中 ——墙后土的重度，kN/m3；——静止土压力系数。 在均质土层中，静止土压力强度分布为三角形，如图12－5–2，墙高为H的总土压力为（在挡土墙长度方向上取单位长度）： （12－5–2） 图12－5–2 静止土压力 式中，H为墙的高度；合力的作用点在距墙H/3处，静止土压力系数可根据经验公式，—土体有效内摩擦角，度。 （二）朗肯土压力理论 为了满足土体的极限平衡条件，朗肯在其基本理论推导中，作了如下假定：①墙是刚性的，墙背铅直；②墙后填土表面水平；③墙背光滑，墙背与填土之间没有摩擦力。因此，墙背后土体中的应力状态可视为一个半无限体，而墙背可假想为半无限体内部的一个铅直平面。 1、主动土压力计算 把挡土墙视作一半的土体，图12－5－3表示朗肯主动土压力的概念。墙背可看作为小主应力平面；水平面为大主应力平面。达到主动破坏时，作用在墙背上的土压力即为小主应力＝；对于无黏性土c＝0 对于黏性土，c不为0， 令主动土压力系数KA＝，则上式可写成： c＝0 c≠0 朗肯主动状态时,墙后土体中一组滑动面与大主应力平面(水平面)的夹角α= 45°＋；与小主应力平面的夹角β= 45°－。图12－5－4表示墙后主动土压力随深度的分布。根据应力面积可算出其合力分别为： 无黏性土： 12-5-6 黏性土： 12-5-7 其中ho称为临界竖立高度。这一高度表示由于黏聚力c造成负侧向压力2c 引 起的拉应力,在ho深度范围内可以竖直开挖,即使没有支挡也不会失稳。 2.被动土压力计算 被动土压力是由于墙推土引起的土压力。因此,墙面变成为大主应力作用平面;与其垂直的水平面为小主应力作用平面,见图12-5-5所示的概念。 被动压力pp就是根据小主应力σ3= γZ计算大主应力σl＝pp。图12-5-6表示墙背被动土压力的分布情况。按公式 (12-5-8)和(12-5-9)计算墙背土压力分布强度和土压力合力。 无黏性土： (12-5-8) 黏性土： (12-5-9) 式中 ＝tg2（45＋）——被动土压力系数；H——挡土墙高度 例： 1. 饱和黏土的抗剪强度指标:（B） (A)与排水条件无关; (B)与排水条件有关; (C)与土中孔隙水压力的变化无关; (D)与试验时的剪切速率无关。 2.土中某点处在极限平衡状态时,其破坏面与小主应力的作用面的夹角为(B) (A) 45°; (B) 45°-φ/2; (C) 45°+φ/2 (D) 45°+φ。 3.某正常固结饱和黏性土的有效应力强度参数为c‘＝0，φ’＝300，如在三轴固结不排水实验中围压σ3＝150kPa，破坏时测得土中的孔隙水压力u＝100kPa，则此时大主应力σ1为（B）kPa。 A 200； B 250； C 225； D 275 4.作用在挡土墙上的主动土压力Ea,静止土压力E0,被动土压力Ep的大小依次为(A) (A) Ea<Eo<Ep; (B) Eo <Ea<Ep ; (C) Ep<Ea<