《基坑水土压力》word版

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1、基坑工程中的水土压力城市地下工程读书报告授课老师：邓涛学生姓名：许茂坤专业：岩土工程学号：1005200042011年12月20日17基坑工程中的水土压力基坑工程中的水土压力1、引言在基坑工程的设计中，为了维护基坑开挖的边坡稳定，常常需要设置临时性或半永久性的支护工程。土压力是作用在支护工程上的主要荷载，特别在大型的基坑工程中，准确估算土压力大小对确保基坑顺利开挖具有重要意义。2、土压力理论土压力是土与支护结构相互作用的结果。传统土压力仅考虑几种极限的状态，即主动、被动与静止土压力。对于无支撑基坑，土压力可考虑为主动土压力；而对于有支撑基坑，其

2、土压力可能为静止土压力和主动土压力之间。静止土压力是墙体无侧向变位或侧向变位微小时，土体作用于墙面上的土压力。如建筑物地下室的外墙，由于横墙与楼板的支撑作用，墙体变形很小，可以忽略。则作用于墙上的土压力可认为是静止土压力。主动土压力是墙体在墙后土体作用下发生背离土体方向的变位（水平位移或转动）达到极限平衡时的最小土压力。支护结构在土压力的作用下，将向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动。墙体受土体的推力而发生位移，土中发挥的剪切阻力可使土压力减小。位移越大，土压力值越小，一直到土的抗剪强度完全发挥出来，即土体已达到主动极限平衡状态，以致产生了剪切破坏

3、，形成了滑动面，这时土压力处于最小值，称为主动土压力，通常用Ea表示。进入主动土压力状态的位移量一般是比较小的被动土压力是墙体在外力作用下发生向土体方向的变位（水平位移或转动）达到极限平衡时的最大土压力。基坑支护结构上部在向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动时，基坑支护结构下部分，由于结构向坑内的可能位移。结构受外力被推向土体，使土体发生变形，土中发挥的剪切阻力可使土对墙的抵抗力增大。墙推向土体的位移越大，土压力值也越大，直到抗剪强度完全发挥出来，即土体达到被动极限平衡状态，以致产生了剪切破坏，形成了另一种滑动面，这时土压力处于最大值，称为被动土压

4、力，通常用Ep表示。17基坑工程中的水土压力2.1静止土压力计算静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态求解。在土体表面以下任意深度z处M点取一单元体，作用在该单元体上的力有两个：（1）竖直方向土的自重应力式中，——土体的重度；——由土体表面算起至M点的深度。（2）侧向压应力，是由于挡土墙约束了土体的侧向变形，所以土体会对挡土墙有一个侧向压应力，这就算静止土压力。设，，由广义胡克定律：式中，E——弹性模量，——泊松比。由于挡土墙的侧限作用，=0，对于平面应变问题=0。同时该单元体是出于半无限弹性体的应力状态，所以。将以上条件带入前述三式得令，半无

5、限体在无侧移条件下，其侧向压力与竖直方向压力之间的关系可表示为上述K0为静止土压力系数，其值与土的种类有关，而同一种土的K0还与其孔隙比、含水量、加压条件、压缩程度有关。常见的K0值：粘土为0.5~0.7，砂土为0.34~0.45。也可根据半经验公式计算。静止土压力示意如图1。17基坑工程中的水土压力图1静止土压力墙后土体为水平时，静止土压力按三角形分布，静止土压力合理合力作用点即三角形形心，位于离墙踵H/3处。2.2朗金土压力理论朗金土压力理论是由英国科学家郎金从弹性半无限空间的应力出发，由土的极限平衡理论推导而得。他作出如下基本假定：①挡土

6、墙墙背竖直、光滑；②墙后土体表面水平并无限延长。因此，土体内任意水平面与墙背均未主平面，作用于两平面上的正应力均为主应力。2.2.1主动土压力计算现在研究挡土墙后土体表面以下深度z处M点的土体单元的应力状态。竖直方向的应力为γz，侧向水平应力为K0z，两者均处于主应力。此时应力圆与土的强度包络线不相切，如图2，墙后土体处于弹性状态。17基坑工程中的水土压力图2朗金土压力计算图式当挡土墙在土压力作用下，离开土体向前位移，作用于单元体上竖向应力仍为γz，但侧向水平应力逐渐减小。如果墙的位移达到一定数值，墙后土体就处于极限平衡状态，此时，应力圆（O2

7、）与土的强度包络线相切，作用在单元体上的两个主应力，一个为γz，另一个pa就是所求主动土压力强度。要求解pa，可通过图2的几何关系求得以下结果式中，为主动土压力系数，图3郎金主动土压力分布图3表示郎金主动土压力的分布。图（b）为无粘性土的主动土压力分布，图（c）则为粘性土的主动土压力分布。若墙后土体为无粘性土，则17基坑工程中的水土压力作用于三角形的形心即距墙踵H/3处。若墙后土体为粘性土，则2.2.2被动土压力计算当挡土墙在外力作用下，向土体方向位移时，墙后土体被压缩，此时，距土体表面z处单元体，竖向应力仍为γz；则水平应力则由静止土压力逐渐

8、增大。当位移达到一定竖直，墙后土体出现滑裂面，土体处于极限平衡状态（图2），应力圆与土的强度包络线相切时，其水平应力为pp，即郎金被动土压力。同样可由