第三章 侧压力                                                                                                                                                                                                                                           

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1 第三章 侧压力                                                                                                                                                                                                                                                                                         

2 §3-1 土的侧向压力 一、基本概念 定义：土的侧向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土压力。
§3-1　土的侧向压力 一、基本概念 定义：土的侧向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土压力。 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。土压力的计算是一个比较复杂的问题。 土压力的大小及分布规律受到墙体可能的移动方 向、墙后填土的性质、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。

3 分类： 根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力 状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力 和被动土压力。

4 二、基本原理 一般土的侧向压力计算采用朗肯土压力理论 或库伦土压力理论，这里以较为普遍的朗肯 土压力理论为例，介绍土体侧向压力的基本 原理及计算公式。 朗肯通过研究弹性半空间土体在自重作用下， 由于某种原因而处于极限平衡状态时的受力， 提出了土压力计算方法。

5 朗肯土压力理论的基本假设如下： (1)对象为弹性半空间土体； (2)不考虑挡土墙及回填土的施工因素； (3)挡土墙墙背竖直、光滑，填土面水平， 无超载。 根据这些假设，墙背与填土之间无摩擦力， 因而无剪应力，即墙背为主应力面。

6 1. 弹性静止状态 P17 # 挡土墙无位移 # 墙后土体处于弹性静止状态，图(a) 墙背上的应力状态与 弹性半空间土体应力状态相同 在离填土面深度z处各应力状态(图d圆I)： 竖向应力 水平应力 为土体侧压力系数

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8 2. 塑性主动状态 # 挡土墙离开土体向远离墙背方向移动 # 墙后土体有伸张趋势，图(b) 墙后竖向应力 不变，法向应力 逐渐减小，
墙后竖向应力 不变，法向应力 逐渐减小， 随着挡土墙位移减小到土体达到塑性极限平衡 状态， 达最小值，为主动土压力强度 。 即：图d圆II 水平应力 竖向应力 常数 土体形成一系列剪裂面，面上各点都处于极限平衡状态， 为主动朗肯状态。滑裂面的方向与大主应力的作用面成 (　　：土的内摩擦角)

9 3.塑性被动状态 # 挡土墙在外力作用下挤压土体，图(c) 墙后竖向应力 不变，法向应力 逐渐增大，
墙后竖向应力 不变，法向应力 逐渐增大， 随着挡土墙位移增加到土体达到塑性极限平衡 状态， 达最大值，为被动土压力强度 。 即：图d圆III 水平应力 竖向应力 常数 土体形成一系列剪裂面，为被动朗肯状态。 滑裂面的方向与大主应力的作用面成 (　　：土的内摩擦角)

10 三、土压力的计算 1.静止土压力 ：静止土压力系数； ：土的有效内摩擦角； ：墙后填土的重度， 　地下水位，采用有效 　重度 (kN/m3)。

11 2.主动土压力 主动土压力的计算（强度）示意图

12 无粘性土（左图示）： 粘性土（右图示）： Ka ：　主动土压力 　　　系数； c ：　填土的 　　　粘聚力(kPa)。

13 3.被动土压力 被动土压力的计算（强度）示意图

14 无粘性土（左图示）： 粘性土（右图示）： Kp ：主动土压力 　　　系数； c ：填土的 　　　粘聚力(kPa)。

15 　静止、主动、被动土压力系数 填土的内摩擦角

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17 §3-2 水压力及流水压力 一、静水压力 定义：静止的液体对其 接触面产生的压力。 特点：静水压力总是作 用在结构物表面的法 线方向 计算：
§3-2　水压力及流水压力 一、静水压力 定义：静止的液体对其 接触面产生的压力。 特点：静水压力总是作 用在结构物表面的法 线方向 计算： 水压力垂直分布 水压力的竖向分力

18 其它几种水压力在结构物上的分布模式 P22

19 二、动水压力 当水流过结构物表面时，会对结构物产生 切应力和正应力。 切应力只有在水高速流动时，才表现出来。 正应力 = 静水压力 + 动水压力 式中 ：时段平均动压力(Pa) ：脉动压力(Pa)

20 式中 Cp 　：压力系数; d ：脉动系数; r ：水的密度(kg/m3); v ：水的平均流速(m/s)。

21 §3-4 冻胀力 一、冻土的概念、性质及与结构物的关系 冻土的概念：具有负温度或零温度，其中含有冰， 且胶结着松散固体颗粒的土。
§3-4　冻胀力 一、冻土的概念、性质及与结构物的关系 冻土的概念：具有负温度或零温度，其中含有冰， 　　　　　　　　　　且胶结着松散固体颗粒的土。 冻土的基本成分：固态的土颗粒、冰、液态水、 　　　　　　　　　　气体和水汽。 冻土的性质：冻土是一种复杂的多相天然复合体， 　结构构造上也是一种非均质、各相异性的多孔介质。 　 ＊冰与土颗粒之间的胶结程度及其性质 　＊冻土的含冰量及其所处的物理状态 　＊土体的冻胀及其特性ーー土颗粒大小，土颗粒外形

22 冻土的分类(按冻结状态持续时间长短分) 冻土与结构物的关系 多年冻土（或称永冻土）—— 冻结状态持续三年以上的土层； 季节冻土——
　　　冻结状态持续三年以上的土层； 季节冻土—— 　　　每年冬季冻结，夏季全部融化的土层； 瞬时冻土—— 　　　冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层； 冻土与结构物的关系 冻土抵抗外力的强度提高； 季节冻土与结构物的关系非常密切，在季节冻土地区修建的结构物由于土的冻胀的作用而造成各种不同程度的冻胀破坏。主要表现在冬季低温时结构物开裂、断裂，严重者造成结构物倾覆等；春融期间地基沉降，对结构产生形变作用的附加荷载。

23 二、土的冻胀原理 土冻胀三要素：水分、土质、负温度
水分由下部土体向冻结锋面迁移，使在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，地层隆起。 含水量越大，地下水位越高，冻胀程度越大。 土体冻结时，土颗粒之间相互隔离，产生位移，使土体体积产生不均匀膨胀。 冻胀力：在封闭体系中，由于土体初始含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力 　　(冻胀力随着土体温度的变化而变化)

24 在开放体系中，分凝冰的劈裂作用，使地下水源源不断的补给孔隙水而侵入到土颗粒中间，使土颗粒被迫移动而产生冻胀力。
　　　 ＊束缚力越大，冻胀力也就越大。 　　 ＊当冻胀力达到一定界限时，就不产生冻胀。 　　　 即，最大冻胀力。 　 建筑在冻胀土上的结构物，地基土冻结时产生的冻胀力将反映在对结构物的作用上，引起结构物的位移、变形。

25 三、冻胀力的分类及其计算 土体冻结时，体积膨胀产生向四周 扩张的内应力，这个力称为冻胀力。 冻胀力的分类： ①切向冻胀力;②法向冻胀力; ③水平向冻胀力。

26 作用在结构物基础上的冻涨力分类示意图 水平冻胀力 水平冻胀力 切向冻胀力 切向冻胀力 法向冻胀力

27 砂土，砾（碎）石(粒,粉粒含量>15%)
1.切向动胀力的计算 单位切向冻胀力st (kPa) 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94) 冻胀性分类 土 类 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强 粘性土，粉土 30~60 60~80 80~120 120~150 砂土，砾（碎）石(粒,粉粒含量>15%) <10 20~30 40~80 90~200

28 2.法向冻胀力的计算 式中 sn0 ： 法向冻胀力(kPa)； h ： 冻胀量(cm) ； H ： 冻结深度(cm)； E ： 冻土的弹性模量(kPa) 。 3.水平冻胀力的计算 细粒土：100 ~ 150 kPa 粗粒土：50 ~ 100 kPa

29 下次课再见！