作用在基坑支护上的荷载.pdf

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1、1 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 老师：灰灰老师 1 基坑支护课程正式课 课程主题：作用在基坑支护上的荷载 2 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 课程主题：作用在基坑支护上的荷载 课程目的：通过本课学习，可以详细了解水土压力的作用机理、土压力类型，常见的主动土压力、附加荷载计算，为基坑工程设计打下坚实的基础。本本课为基坑设计重点内容课为基坑设计重点内容 知识点：土压力、水压力、附加荷载 3 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 目录 一、荷载分类 二、土压力 三、水压力 四、基坑规范土压力计算公式 五、附加荷载 六、几种工程

2、中常见的主动土压力计算 4 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 5 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 一、荷载荷载分类分类 荷载分类 永久荷载：土体自重、土压力、既有建筑荷载 可变荷载：汽车、吊车、堆载 偶然荷载：地震力、爆炸力、撞击力 1.1.荷载分类荷载分类 6 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 一、荷载荷载分类分类 2.2.作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载 作用于支护结构的荷载 土压力土压力 建筑物、结构物荷载建筑物、结构物荷载 支护结构为主体一部分，考虑地震力 水压力水压力 施工荷载施工荷载 温度引起的附加荷载 7 江苏轩锐教育 全国专业的土木设

3、计类培训网校 1、自重应力 竖直向自重应力：竖直向自重应力：土体中无剪应力存在，故地基中土体中无剪应力存在，故地基中Z深深度处的竖直向自重应力等于单位面积上的土柱重量度处的竖直向自重应力等于单位面积上的土柱重量 容重：容重：地下水位以上用天然容重地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重地下水位以下用浮容重 1 H1 2 H2 3 H3 z sz sx sy 地面地面 地下水地下水 二、土压力 8 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 1、自重应力 分布规律分布规律 分布线的斜率是容重分布线的斜率是容重 在等容重地基中随深度呈直线分布在等容重地基中随深度呈直线分布 自重应力在成层地基中

4、呈折线分布自重应力在成层地基中呈折线分布 在土层分界面处和地下水位处发生转折或突变（水平应力）在土层分界面处和地下水位处发生转折或突变（水平应力）1 H1 2 H2 2 H3 z sz sx sy 地面地面 地下水地下水 sz 1H1 2H2 2H3 z 9 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 2、土压力理论 不论哪种形式的支护结构，都要承受来自围护墙体后侧填土的侧向压力土压力，它是围护墙体断面和验算其稳定性的主要荷载。土压力的大小和分布，对支护结构体系的内力、变形和稳定性验算有着重要的影响。土压力的大小和分布除了与土的性质有关外，还与围护体的位移方向、位移量、土体与围护墙

5、体间的相互作用以及围护墙体类型有关。10 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 挡土结构物及其土压力 地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡

6、的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下

7、室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土Rigid wall 11 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力（1）挡土结构物（挡土墙）挡土结构物（挡土墙）用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。12 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力（2）挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力 由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。13 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 3、挡土墙类型（按刚度及位移方式）:刚性挡土墙 柔性挡土墙 二、土压力 14

8、江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 刚性挡土墙 L型型 T型型 预应力预应力 刚性加筋刚性加筋 扶壁扶壁 圬圬工工式式 二、土压力 15 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 柔性支护结构 锚杆锚杆 板桩板桩 板桩变形板桩变形 基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力 变形变形 土压力分布土压力分布 板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算 16 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 土压力土压力的影响因素的影响因素 1.土的性质土的性质 2.挡土墙的移动方向挡土墙的移动方向 3.挡土墙和土的相对位移量挡土墙和土的相对位移量 4.土体与墙之间的摩擦土

9、体与墙之间的摩擦 5.挡土墙类型挡土墙类型 17 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 在影响土压力的诸多因素中在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件墙体位移条件是是最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小大小。土压力土压力类型类型 18 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 墙体位移对土压力的影响墙体位移对土压力的影响 挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有三种特是否发生

10、位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。力和被动土压力。挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。而是随位移量的变化而变化。19 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 3.被动土压力（Passive earth pressure)（一）墙体位移和土压力性质 1.静止土压力（Earth pressure at rest)2.主动土压力（Active earth pressure)20 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、

11、土压力 静止土压力 是指如果挡土墙在侧向土压力作用下，不向任何方向移动和转动而保持静止状态，则墙后土体处于弹性平衡状态弹性平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力E0。如建筑物地下室外墙的土压力，建在岩石地基上的大截面挡土墙。E0 21 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 当d=D/H=0 时（如地下室）E=E0 1.静止土压力 15%15%0E0EaD DHHD DEp土土压压力 力 E_ DDHHd +地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土

12、坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土22 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 主动土压力 是指挡土墙在墙后土体压力作用下，背离填土方向移动或绕墙角转动，当墙后土体达到极限平衡并达到极限平衡并出现连续滑动面出现连续滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力Ea。此时土推力达到最小值。如一般如一般的挡土墙的挡土墙 Ea 23 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 2.主动土压力 墙体墙体外移外移，土压力逐渐土压力逐渐减小减小，当土体当土体破坏破坏，达到，达到极极限平衡状态限平衡状态时所对应时所对应的

13、土压力的土压力 (最小最小)15%15%0E0EaD DHHD DEp土土压压力 力 E_ DDHHd +地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土24 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 二、土压力 被动土压力 是指挡土墙在外力作用下向填土方向移动或转动，这时作用在挡土墙上的土压力将由静止土压力逐渐增大，一直到土体达到极限平衡并土体达到极限平衡并出现连续

14、滑动面出现连续滑动面，墙后土体向上挤出隆起，这时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力Ep。如拱桥桥台。Ep 25 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 3.被动土压力 墙体墙体内移内移，土压力逐渐土压力逐渐增大增大，当土体当土体破坏破坏，达到达到极限平衡状态极限平衡状态 时所对应的土压力时所对应的土压力 (最大最大)15%15%0E0EaD DHHD DEp土土压压力 力 E_ DDHHd +地下室EEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的支撑土坡的挡土墙挡土墙堤岸挡土墙

15、堤岸挡土墙地下室侧墙地下室侧墙拱桥桥台拱桥桥台填土填土填土填土填土填土填土填土26 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 可按土体处于侧限条件下侧限条件下的弹性平衡状态弹性平衡状态进行计算。（二）静止土压力计算 静止土压力 墙体不发生任何位移 d=0 相当于天然地基土的应力状态（侧限状态）K0 应力状态 嵌岩的大截面挡土墙 地下室外墙 27 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 静止土压力系数K0 v v h p0=h z zvzKh0K0:静止土压力系数 zKph00对于侧限应力状态，理论上：K0/(1-)由于土的 泊松比 很难确定，K0 常用经验公式计算 p0静止土压力强度 (

16、kN/m2)28 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 静止土压力系数K0()01 sinKOCR-式中，为土的有效内摩擦角，OCR为土的超固结比超固结比，为常数，通常在0.3-0.5之间，有人建议采用0.41，也有人建议采用0.5，Mayne and Kulhawy(1982)建议 。sin对于超固结粘性土-sin10K对于无粘性土及正常固结粘性土 29 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 29 H z zKp00H31E0 HK002021KHE静止土压力分布及总静止土压力E0 静止土压力呈三角形分布(如上图)，总静止土压力为：E0的作用点在距离墙底1/3墙高H处(kN/m)

17、30 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 30 31 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 朗肯（Rankine）于1857年根据土体中的朗肯主动和被动(土压力极限平衡)状态，提出了无粘性土主动和被动土压力的计算理论。贝尔（Bell）于1915年在朗肯无粘性土土压力计算理论的基础上，提出了粘性土粘性土土压力的计算方法。（3）朗肯(Rankine)土压力理论 32 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 一.半无限土体中半无限土体中的极限平衡应力状态和朗肯土压力：（3）朗肯(Rankine)土压力理论 自重应力作用下，半无限土体内各点各点的应力从弹性平衡状态弹性平衡状态发展为极

18、限平衡状态的情况。33 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 1.主动极限平衡应力状态 朗肯主动状态 1 3 45+/2 pa v=z K0 z f=c+tan 1vz3hap34 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 2.被被动极限平衡应力状态 朗肯被动状态 1 3 45-/2 pp v=z K0 z f=c+tan 1hpp3vz35 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 35 二、填土面水平时的朗肯土压力计算 条件 墙背光滑 墙背垂直 填土表面水平 假设 墙后各点均处于极限平衡状态 于是：v、h为主应力，且v=z H v h z 36 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类

19、培训网校 二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算(一).填土为砂土 由于墙背光滑垂直（没有剪应力），墙背相当于一个半无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。37 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校(一)填土为砂土 1.主动土压力 37 竖向应力为大主应力 zv1水平向应力为小主应力 ahp3无粘性土的极限平衡条件)245(tan213-于是：主动土压力强度)245(tan23-zphaz 1 45+/2 pa=3 pa v=z K0z f=tan 墙墙后破裂面形状后破裂面形状 38 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校(一)填土为砂土 1.主动土压力 38 主动土压力强度

20、)245(tan2-aKKa朗肯主动土压力系数 总主动土压力 aaKHE221aaHKpaaKHE221H31z 1 pa=3 45+/2 aazKzp-)245(tan2Ea的作用点在距离墙底1/3墙高H处。(kN/m)(kN/m2)滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角45+/2 39 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 2.被动土压力(一)填土为砂土 39 竖向应力为小主应力 zv3水平向应力为大主应力 php1无粘性土的极限平衡条件 于是：被动土压力强度)245(tan21zphp45-/2 pp=1 3 z)245(tan231pp v=z K0z f=tan 墙墙后破

21、裂面形状后破裂面形状 40 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 2.被动土压力(一)填土为砂土 被动土压力强度)245(tan2pKKp朗肯被动土压力系数 总被动土压力 ppKHE221ppzKzp)245(tan2Ep的作用点在距离墙底1/3墙高H处。(kN/m)(kN/m2)ppHKpppKHE22H3145-/2 pp=1 3 z 滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角45-/2 41 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 1.主动土压力(二)填土为粘性土 41 pa v=z K0z c f=c+tan 竖向应力为大主应力 zv1水平向应力为小主应力 ahp3粘性土的

22、极限平衡条件)245tan(2)245(tan213-c于是：主动土压力强度)245tan(2)245(tan23-czphaz 1 45+/2 pa=3 42 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 1.主动土压力(二)填土为粘性土 42 主动土压力强度 aKcz20zz0 aaaKczKp2-z 2 2 1 2 0 c2=0 c1=0 c20 1=2 2=1 C B A 1 1 c1 2 2 c2 H2 H1 77 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 1.构造要求：一般用砂性土，墙设排水孔以及反滤层，填土表面设沟、堤等截流 2.水下部分 土压

23、力 Pa=Kasz 水压力 pu=u(静水压力、渗流压力、超静孔压)（3）.填土中有水 78 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （3）.填土中有水 墙基不透水 不透水层H2H1朗肯理论 KaH2 KaH1 wH2 水压力 土压力 79 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （3）.填土中有水 H2 H1 不透水 d Ea pw 土压力 水压力 Ea pw 库仑理论 墙基不透水 80 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 填土渗透系数比地

24、基土小得多 H2 H1 saH2 H1 垂直有效 应力=总应力 u=0 孔压 KasaH2 KaH1 土压力 透水地基 81 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （3）.填土中有水 填土渗透系数比地基土小得多 需要绘制流网或计算确定孔压 82 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （4）坦墙 a acr=45o-/2 填土表面水平(1)假设垂直墙面CD上主动土压力 Ea=1/2Ka H2 (2)作用在真实墙面AC上的土压力 朗肯理论()22EEWaa83 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工

25、程中常见的主动土压力计算 （4）坦墙 填土表面倾斜(1)求解假设墙面CB上主动土压力 Ea(2)作用在真实墙面AC上的土压力 1sin145sin222sincr-库仑理论 R d Ea W cr C A B B 84 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （5）墙背形状有变化 带卸荷台的挡土墙土压力 85 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 六、几种工程中常见的主动土压力计算 （6）墙后填土受限制 B A C 填土 2 2 c2 老土 1 1 c1 滑裂面滑裂面BC可能的位置可能的位置(1)BC在填土中在填土中(2)BC在老土中在老土中(3)BC在界面上在界面上 86 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 答疑时间：大家如有专业方面问题请大家积极提问 87 江苏轩锐教育 全国专业的土木设计类培训网校 谢谢大家！