朗肯土压力理论忽略了墙背摩擦力的作用,使主动土压力计算结果偏大,这在实际中是偏于安全的,因而,在工程中常用朗肯土压力理论计算挡土结构的土压力。下面以无黏性土为例介绍几种常见情况下的主动土压力计算。
(一)填土表面作用均布荷载
当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时,通常土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重,即用假想的土重代替均布荷载。当填土面水平时,当量的土层厚度为h=q/γ。然后,将挡土墙高表示为(h+H),按填土面无荷载的情况计算土压力。
(二)成层填土
如图所示的挡土墙,墙后有几层不同种类的土层,在计算土压力时,第一层的土压力按均质土计算,土压力的分布为图中的ABD部分;计算第二层土压力时,将第一层土按重度换算成与第二层土相同的当量土层,即其当量土层厚度为h′1=h1(γ1/γ2),然后以(h′1+h2)为墙高,按均质土计算土压力,但只在第二层土层厚度范围内有效,如图中的BEFC部分。
成层填土的主动土压力
(三)墙后填土有地下水
挡土墙后的回填土常会部分或全部处于地下水水位以下,地下水的存在将使土的含水量增加,抗剪强度降低,而使土压力增大,因此,挡土墙应该有良好的排水措施。当墙后填土有地下水时,作用在墙背上的侧压力有土压力和水压力两部分,计算土压力时假设地下水水位上下土的内摩擦角φ相同。在图中,ABCED部分为土压力分布图,DEF部分为水压力分布图,总侧压力为土压力和水压力之和。
填土中有地下水时的主动土压力
相同条件下,作用在挡土构筑物上的主动土压力、被动土压力、静止土压力的大小之间存在的关系是( 。
AEp>Ea>E0
BEp>E0>Ea
CEa>Ep>E0
DE0>Ep>Ea
正确答案:B
提示:被动土压力是土被墙压坏,土对墙的作用力;主动土压力是土失去墙的挡土作用造成的破坏,土对墙的作用力。答案:B
主动土压力产生的条件:挡土墙在土压力作用下向离开土体的方向位移,且位移达到一定量,墙后土体达到主动极限平衡状态时,此时作用在挡土墙上的土压力最小。
被动土压力产生的条件:挡土墙在土压力作用下向墙后土体的方向位移,且位移达到足够大,墙后土体达到被动极限平衡状态时,此时作用在挡土墙上的土压力最大。
产生被动土压力所需要的位移量大大超过产生主动土压力所需要的位移量。
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。
(一)主动土压力
如果挡土墙在土压力作用下背离填土方向移动或转动,随着位移的增大,墙后土压力逐渐减小,当达到某一位置时,土体将出现滑裂面,墙后填土处于主动极限平衡状态,这时作用在墙背上的土压力称为主动土压力,用Ea表示,如果挡土墙在外力作用下向填土方向移动或转动,墙体挤压土体,墙后土压力逐渐增大,当达到某一位移量时,土体将出现滑裂面,墙后填土处于被动极限平衡状态,这时作用在墙背上的土压力称为被动土压力,用Ep表示。如图(a)所示。
(二)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E0表示,,地下室外墙可视为受到静止土压力的作用。如图(b)所示。
(三)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E0表示,如图(c)所示,地下室外墙可视为受到静止土压力的作用。
挡土墙上的三种土压力
主动土压力,被动土压力。
主动土压力挡土墙向前移离填土,随着墙的位移量的逐渐增大,土体作用于墙上的土压力逐渐减小,当墙后土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时,这时作用于墙上的土压力减至最小,称为主动土压力P。
被动土压力挡土墙在外力作用下移向填土,随着墙位移量的逐渐增大,土体作用于墙上的土压力逐渐增大,当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时,这时作用于墙上的土压力增至最大,称为被动土压力R。上述三种土压力的移动情况和它们在相同条件下的数值比较。
答案:地下室外墙,在墙外土压力作用下墙体是静止不动的,因此为静止土压力;
山坡开挖后的支挡墙,在墙背后土坡滑动力作用下,墙将向前移动,形成主动土压力;
拱桥桥台,在拱对支座形成的水平推力作用下,桥台向背后填土挤压,形成被动土压力。
1、主动土压力:一般的重力式挡土墙,在墙背上的土压力,都可以认为是主动土压力;
2、被动土压力:在进行基坑支护的时候,悬臂式支护结构的墙前土压力,认为是被动土压力;预应力锚拉式支护结构,若预应力加载的过大,那么墙后的土压力也认为是被动土压力;
3、静止土压力:高层建筑的地下室的外墙刚性非常大,作用在地下室外墙上的土压力,可以认为是静止土压力。
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