水知识

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填土作用于挡土墙上的侧向压力。被支撑的土体称为填土,用来侧向支撑土体的结构物称为挡土墙。工程中常见的挡土墙有桥台、水闸与船闸闸室的边墙、码头的岸墙以及房屋地下室的外墙等。

土压力的大小视挡土墙能否移动或变形及其方向而定。对于不能移动或变形的挡土墙(如地下室的外墙),填土施于墙上的土压力称为静止土压力(p0);当挡土墙离土向前移动,允许墙后填土伸张并使其应力达到极限平衡状态时,填土施于墙上的土压力称为主动土压力(pa);当挡土墙移向填土,迫使墙后填土压缩并使其应力达到极限平衡状态时,填土施于墙上的土压力称为被动土压力(pp)。这3种土压力的发生条件及其相互关系如图1所示。

图1 3种土压力相互关系

图1 3种土压力相互关系

朗肯土压力理论

一种古老的土压力计算方法。假定墙背铅直光滑、填土为无黏聚力的砂性土、填土表面水平,则靠近铅直挡土墙上任意深度(z)处,单元土体上的竖向压力(σ1,σ1=γz)与水平应力(σ3)应满足主动极限平衡条件,并且σ3即为任意深度(z)处的单位主动土压力(pa)。由主动极限平衡时大小主应力的关系,即可求得主动土压力为

式中,Ka为主动土压力系数;φ为土的内摩擦角;γ为土的容重。

对于墙高为H的挡土墙,墙背上总主动土压力为

由式(1)可知,pa总沿墙高呈三角形分布,故pa的作用点位于离墙底H/3处(图2)。

图2 朗肯法求主动土压力

图2 朗肯法求主动土压力

同样,对于任意深度(z)处的单位被动土压力,根据土的被动极限平衡条件(这时σ3=γz、σ1即为被动土压力pp),得

式中,Kp为被动土压力系数。

对于墙高为H的挡土墙,墙背上总被动土压力为

pp作用于离墙底H/3处。

对于同时具有黏聚力(c)和内摩擦角的填土,同样可以根据极限平衡时大小应力的关系,分别求得作用于墙上任意深度处的单位主动土压力和单位被动土压力:

以及墙高为H上的总主动土压力与总被动土压力:

朗肯土压力理论还可以考虑填土面上有均布上覆荷载、成层填土以及填土中存在地下水的情况。

库仑土压力理论

也是一种古老的土压力计算方法。它是根据墙后无黏聚性填土在破坏状态时楔形体的平衡条件求得的(图3)。

图3 库仑法求主动土压力

图3 库仑法求主动土压力

楔形体为ABC,其斜边AB是假定的破坏面,相应于该破坏面的土压力为p,AB面上的反力为R,ABC的重量为W。这3个力应构成平衡力系。假定的破坏面不同,这3个力也随之改变,直至当土压力达到主动极限平衡状态的最大值或被动极限平衡状态的最小值(这时p与R均位于图中法线的另一边),即为真正的总主动土压力(pa)或总被动土压力(pp)。它们的公式与式(2)或式(4)相同,只是其中的Ka和Kp除了与φ有关外,还与墙背与土的摩擦角(α)、墙背的倾角(ε)、填土面的坡角(β)和破坏角(θ)等有关。所以这种理论适用于墙背可以是倾斜或粗糙、填土面可以是非水平的情况。

上述两种理论,适用于刚性的挡土结构,如钢筋混凝土或块石砌成的挡土墙。对于较薄的柔性板桩支撑墙,因板桩的某些部位挠度较大,使用上述土压力理论时还需按板桩的位移情况加以修正。

上述两种古典土力学理论,虽与实测值存在差异,但仍在实践中普遍采用。自从20世纪70年代开始,有限单元法逐步运用到求解各种土工问题中。有限单元法求解土压力有一很大优点,即可以用接触单元来求得挡土墙底部与基土接触面上的摩擦力。该力的大小对墙后的土压力大小有着重要的影响(参见土工数学模拟)。

20世纪70年代以来,加筋土挡土墙盛行于西方国家。它只需要一个极薄的面板和面板的底座,再将钢筋薄片或聚合材料的一端与面板连接并埋于面板后的填土中,依靠填土与埋入材料间的摩擦力来拉住面板不使其向前倾倒(图4)。

图4 加筋土挡土墙(a)纵剖面;(b)后视剖面

图4 加筋土挡土墙

(a)纵剖面;(b)后视剖面

加筋土挡土墙的设计,一般仍用上述朗肯或库仑土压力理论。在设计中,首先要注意这种复合材料结构的内部因素,即:①加筋的抗拉力。②加筋与填土间的摩擦力。③面板的侧向压力。还应当从下列几个方面注意整个结构的稳定性:①结构的抗倾性。②结构的水平移动。③结构与地基的整体稳定。

加筋土挡墙与传统的挡土结构相比,可节省投资,缩短工期。加筋土技术在中国已被广泛应用于工程实践。

涵洞、隧洞和埋管是另一类土压力问题。这些地下结构物除了受到侧向土压力作用外,其顶部还受到上覆土重的压力,并且这些土压力还受到施工方法的影响。例如,计算作用于埋管上的土压力时,要区分是沟埋管还是地面管。沟埋管是先在地面上挖沟,再埋设管道。如沟甚浅,作用于管道上的竖向土压力即等于上覆土重;如沟甚深,则应考虑沟的两侧面对回填土的摩擦力,将使上覆土压力减小。地面管是在地基表面上敷设,再在其上覆土(如堤坝下的涵管)。由于管道以上填土部分较两边填土的沉降小,管道以上的填土两侧受到向下的摩擦力,使管道上作用的土压力大大增加。

THE END
0.理正岩土常见问题解答集挡墙篇水利工程师茶楼第3问:“墙背与墙后填上摩擦角”意义,如何取值? 答:用于上压力计算。影响上压力大小及作用方向。取值由墙背粗糙程度和填料性质及排水条件决足,无试验资料时,参见相关资料《公路路基手册》591页,具体内容如下: 墙背光滑、排水不良时:摩擦角=0; 混凝上墙身时:摩擦角= (0〜1/2) φ jvzquC41yy}/uqfpi{kykwjk0ipo8ftvkimg872428:9>3jvor
1.挡土墙设计范文2.2.1 墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计,当缺乏试验数据时,填料的计算内摩擦角及容重可参照下表1和2选用。 2.2.2 基底摩擦系数。基底摩擦系数µ应依据土质、基地粗糙程度和排水条件来确定。 2.2.3 墙背摩擦角。填土与墙背问的摩擦角δ应根据墙背的排水条件及粗糙程度确定jvzquC41yy}/i€~qq0ipo8mcqyko1?78834ivvq
2.填土ψ=30°,墙背与填土间摩擦某挡土墙高6m,填土ψ=34°,c=0,γ=19kN/m3,填土面水平,顶面均布荷载q=10kPa,试求主动土压力及作用位置。 答案: 点击查看答案手机看题 问答题 某挡土墙高4m,墙背倾角20°,填土面倾角β=10°,填土为中砂γ=20kN/m3,ψ=30°,c=0,填土与墙背摩擦角δ=15°,试求主动土压力。 答案:查《地基基础设计jvzquC41yy}/rypcq0ipo8xjkvo0:97722;0
3.关于《建筑边坡工程技术规范GB503302013》的讨论李广信图3 墙顶填土倾斜情况 这个公式来源于无限斜坡的朗肯土压力计算[8],除了墙背竖直光滑、填土水平以外,这是一种很少见的可以得到朗肯主动土压力理论解的情况,见图4。其理论解就是 但其必要条件是墙背与土间的摩擦角 。即计算的主动土压力方向必须是平行于坡面的。 jvzquC41yy}/{jsvwenjpj3eqo5qgxung1jfvjnn19741;:4984ivvq
4.理正岩土软件常见问题解答——挡土墙水利工程师茶楼②墙底截面的合力偏心距允许系数: 非地震取0.25,地震取0.3; 5. “防滑凸榫容许弯曲拉应力”和“防滑凸容许剪应力”项如何取值? 答:“防滑凸榫容许弯曲拉应力”以及“防滑凸榫容许剪应力”为旧的指标体系。 6. “墙背与墙后填土摩擦角”项如何取值? jvzquC41yy}/uqfpi{kykwjk0ipo8ftvkimg8632:<53A3jvor
5.截面上偏心距验算不满足,如何解决|边坡工程『支挡|防护墙后填土层数 1 填土与墙背摩擦角(度) 17.500 墙后稳定地面角(度) 0.000 填土与稳定面摩擦角(度) 35.000 墙后土层 土层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角 序号(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 1 --- 18.000 --- 0.000 30.000 地基岩土重度(kN/m3) 18.000 地基岩土粘聚力(kPa) 50.jvzquC41ddy/{jsvwenjpj3eqo5tkvung1oofn}0rjv@v<5:578`37mvon
6.挡土墙设计与验算(理正软件电算)(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 20.000(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基承载力特征值: 700.000(kPa) 地基承载力特征值提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.600 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 23.000(度) 土压力计算方法:jvzquC41yy}/oj~kygtlw7hqo1v.5B=827?:0qyon
7.挡土墙计算(理正岩土).ppt墙后填土粘聚力:根据试验或经验取值; 墙后填土容重:当无资料时,可参照《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)-4的容重值,-4所示; 墙背与墙后填土摩擦角:当无试验资料时,可参考《公路路基设计手册》(1997)P591,具体内容如下:墙背光滑、排水不良时δ=0;混凝土墙身时δ=(0~1/2)φ;一般情况、排水良好的石砌jvzquC41yy}/vjtfqey/exr1r/=94>93:4
8.(整理)土力学各章大题.A.快剪B.固结快剪C.慢剪2.现场十字板试验得到的强度与室内试验哪种试验方法测得的强度相当?A.慢剪B.固结快剪C.快剪3.有三种塑性指数不同的土样,试问哪一种土的内摩擦角最大?A.Ip>1B.Ip=0C.Ip<74.有一饱和粘土试样,进展三轴固结不排水试验,并测得孔隙水压力,可以得到一个总应力圆和有效应力圆,jvzquC41yy}/5?5fqey/pny1fqi06m6666=88>3jvor
9.衡重式挡墙验算(H=15m时).doc(度) 1 --- --- --- --- 2 --- --- --- --- 墙后填土层数 1 填土与墙背摩擦角(度) 15.000 墙后稳定地面角(度) 0.000 填土与稳定面摩擦角(度) 15.000 墙后土层 土层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角 序号 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 1 --- 20.000 --- 0.000 30.000 jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;5441663>4:32715<5822653960ujzn
10.建筑边坡工程技术规范gb50330—.pdf墙背很粗糙 排水良好 墙背粗糙 排水良好 墙背与填土间不可能滑动 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 当墙背直立光滑 土体表面水平时 主动土压力标准值 可按下式计算 式中 计算点处的主动土压力标准值 当 时取 计算点处的主动土压力系数 取 计算点处土的粘聚力 计算点处土的内摩擦角 当墙背jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;5391682B4343896@570unuo
11.被动土压力学术百科9. 挡土墙与土界面摩擦角为负的地震被动土压力解析解 目前大多数被动土压力问题研究的是挡土墙背与土界面摩擦角为正的情况(墙身相对土体向下移动),而挡土墙与土界面摩擦角为负(墙身相对土体向上移动)的被动土压力问题则研究的较少。在平面滑裂 详情>> 岩土工程学报 2011年05期 K tter方程 极限平jvzquC41ykqj0lsmk0ipo7hp1JuuYxwf1569:A3jvo