靜止土壓力

靜止土壓力

擋土牆的剛度很大,在土壓力作用下不產生移動或轉動,牆后土體處於靜止狀態,此時作用在牆背上的土壓力稱為靜止土壓力。靜止土壓力在岩土工程中廣泛套用, 通常地下室外牆、岩基上擋土牆、拱座、船閘邊牆等結構皆按承受靜止土壓力設計。此外,由於設計時出於安全考慮,擋土牆往往剛度較大,對土體變形限制較大,作用於擋土牆上的壓力高於主動土壓力,接近於靜止土壓力。

土壓力係數

定義

靜止土壓力係數是岩土工程領域中一個至關重要的參數,是確定水平場地的應力狀態和計算靜止土壓力的基礎。但目前對靜止土壓力係數的研究還不夠。對自然堆積而成處於臨界狀態的砂堆內應力狀態進行分析,推導出自然固結土的靜止土壓力係數的理論表達式,並與砂性土靜止土壓力係數表達式 k =0.95-sinψ和黏性土靜止土壓力係數表達式 k=1-sinψ進行對比結果表明,靜止土壓力公式砂性土公式十分吻合,粘性土公式存在一定偏差。文中給出的靜止土壓力係數公式和推導,較為科學合理地闡述了常用靜止土壓力係數的由來,有效彌補了當前這塊研究的空白,為靜止土壓力係數的室內、現場試驗和經驗公式的推導提供了理論支撐,起到了一定的推進作用。

計算

設斜牆牆背傾斜角為α,其後是重度為γ的半無限土體,土體表面傾斜角為 β,在距土體表面深度 z 處緊靠牆背取三角形單元體 abc,頂面 ab 與土體表面平行,側面 bc 為豎直面,斜截面 ac 平行於牆背。沿 ab 水平投影方向上取單位長度則ab=1。設單元體頂面 ab 沿斜向上單位1/cosβ。長度的荷載為p,正應力為σβ及剪應力為τβ,其值分別為:

p = γzcosβ

σ =γzcos2β

τ =γzsinβcosβ

並交圓C於點V的直線PV,則OV為豎直面的應力,因OV線(亦即下β線)與β線對稱,所以 ,bc面上的應力傾斜角β=β。過點P作與PV成牆背傾斜角α並交圓C於點U,則OU為△abc 斜截面bc(亦即牆背方向)的應力。連線OU線成βq 線,βq線與σ軸的夾角βq即為斜截面上的應力傾斜角,也即作用於牆背上的土壓力傾斜角。由上可知,點U是βq線與線PU的交點,同時又是與應力圓的C的交點。OV、OU及βq均與應力圓的參數( 圓心位置及半徑)有關,圓心O是任意設定的,對於準靜土壓力,要求圓心位置應滿足牆背后土體不產生線應變的要求。

幾種土壓力的區別

1、靜止土壓力擋土牆的剛度很大,在土壓力作用下不產生移動或轉動,牆后土體處於靜止狀態,此時作用在牆背上的土壓力稱為靜止土壓力。例如地下室外牆受到的土壓力。當擋土牆在土壓力作用下,不產生任何位移或轉動,牆后土體處於彈性平衡狀態,此時牆背所受的土壓力稱為靜止土壓力。

2、擋土牆向外(或向前)移動,使牆后土體的應力狀態達到主動極限平衡狀態時,填土作用在牆背的土壓力。擋土牆向背離填土方向移動的適當距離,使牆后土中的應力狀態達到主動極限平衡狀態時,牆背所受到的土壓力。稱為主動土壓力。

3、被動土壓力當擋土牆在外力作用下,向填土一側移動,這時作用在牆上的土壓力將由靜止土壓力逐漸增大,當牆后土體達到極限平衡,土體開始崩裂,出現連續滑動面牆后土體向上擠出隆起這時土壓力達到最大值。稱為被動土壓力。

擋土牆上的土壓力按照牆的位移情況可分為靜止、主動和被動三種。

靜止土壓力是指擋土牆不發生任何方向的位移,牆后土體施於牆背上的土壓力;

主動土壓力是指擋土牆在牆后土體作用下向前發生移動,致使牆後填土的應力達到極限平衡狀態時,牆后土體施於牆背上的土壓力;

被動土壓力是指擋土牆在某種外力作用下向後發生移動而推擠填土,致使牆后土體的應力達到極限平衡狀態時,填土施於牆背上的土壓力。

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