不同强度指标下水土分算粘性土土压力分析

水土合算与水土分算

1水土分算的概念与原理 1.1基本概念 水土分算原则,即分别计算土压力和水压力,两者之和即为总的侧压力。这一原则适用于土体孔隙中存在自由的重力水的情况,或土的渗透性较好的情况,一般适用于砂土、粉土和粉质粘土。 1.2侧压力计算原理 1.2.1土压力计算 侧向土压力通常按朗金主动土压力和被动土压力计算,计算时地下水位以下的土的重度采用浮重度。朗金理论的基本假定为: ①挡土墙背竖直,墙面光滑,不计墙面和土层之间的摩擦力; ②挡土墙后填土的表面为水平面,土体向下和水平方向都能伸展到无穷,即为半无限空间; ③挡土墙后填土处于极限平衡状态。在弹性均质的半空间体中,离开地表面深度为Z处的任意一点的竖向应力和水平应力分别为: σz= γZ(1) σx=K0γZ(2) 在朗金主动土压力状态下,最大主应力为σ1=γZ,最小主应力为σ3=Pa, Pa=γZtg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2) (3)在朗金被动土压力状态下,最大主应力为被动土压力σ1=Pp,最小主应力为竖向压力σ 3=γZ ,Pp=γZtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)(4)引入主动土压力系数Ka和被动土压力系数 Kp,并令: Ka=tg2(45°- φ/2) (5) Kp=tg2(45°+ φ/2) (6) 将式(5)、式(6)分别代入式(3)、式(4)得: Pa= γZKa-2c Ka(7) Pp= γZKp+2c Kp(8) 用朗金或库仑理论进行土压力计算时,通常要用到土的物性参数:重度γ、摩擦角φ和粘聚力c。而各层土的物性参数是不一样的,在工程应用中一般有两种处理方法。 (1)直接取用各层土物性参数的方法 当地层由多层土组成时,可分别采用各层土的物性参数,分别计算得到各层土的主动土压力强度和被动土压力强度。由于通常各土层是不同的,因此土压力强度图形沿挡土墙深度方向是不连续的;在土压力计算过程中要比单一土层情况复杂些,但计算结果比较符合工程实际。目前基坑支护结构土压力计算多采用专用程序计算,土层的数量几乎不会对计算速度产生影响。因此,该方法在工程实际中得到广泛采用。 (2)取土层物性参数加权平均的方法 该方法一般在地下结构的初步设计阶段,希望采用简单的计算方法来初步确定基坑的支护方案,不需要对土压力进行精确计算。为简化计算,将土层简化成单一均质土层的情况,通常采用土层厚度进行加权平均,算出等效的地层物性参数。 1.2.2土层中水压力的计算 地下水位稳定的地下结构物的侧向水压力可按静水压力确定,水压力强度根据帕斯卡定理计算: p w=h wγw(9) 式中p w———侧向静水压力的强度值; h w———水头高度,即地下水位到计算点的垂直距离;

盾构土压力计算

城市地铁盾构施工土压力选择 随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。在城市地铁盾构施工中，如何设置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。 一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。 二、掘进土压力的设定 在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压（孔隙水压），预先考虑的预备压力地层施工土压 在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道的埋资深度不同，将隧道分为深埋隧

金属材料的基本知识1有关材料力学机械性能名词1极限强度

金属材料的基本知识 1、有关材料力学（机械）性能名词 1.1极限强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度；分：抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，单位是兆帕。 1.2屈服点，屈服强度，单位是兆帕。 1.3弹性极限：材料在受到外力到某一极限时，若除去此外力，则变形即恢复原状，材料抵抗这一外力的能力。 1.4延伸率：材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的比值。 1.5断面收缩率：材料受拉力作用断裂时，断面缩小的面积与原有断面面积的比值。 1.6硬度：材料抵抗硬的物体压入表面的能力。一般是用一定负荷把一定直径的淬硬钢球压材料表面，保持规定时间后卸除载荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积除以负荷所得的商。依据测量方法的不同，有布氏硬度HB，洛氏硬度HR，表面洛氏硬度，维氏硬度HV。 2、金属材料分类 2.1 按组分分：纯金属和合金， 2.2 按实用分：黑色金属（铁和铁合金），有色金属（指铜，锡，锰，铅，铝等） 3、钢铁 3.1钢的定义：是指碳含量低于2％的一种铁碳合金，当然，其中还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素。

铁的定义：是指碳含量高于2％的一种铁碳合金。含碳量小于0.04％为工业纯铁。 3.2 钢的分类 3.2.1按化学成分分：碳素钢（除铁外，含有少量的硅、锰、硫、磷）；合金钢（钢中加入了一些如铬，镍、钼、钨、钒等元素） 3.2.2按含碳量分：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）。 3.2.3 按质量分：主要是控制钢中含硫、含磷量； 普通钢（S不超过0.050％，P不超过0.045％）， 优质钢（S不超过0.035％，P不超过0.035％）， 高级优质钢（S不超过0.025％，P不超过0.030％）， 特级质量钢（S不超过0.015％，P不超过0.025％）。 3.2.4 按用途分：结构钢（建筑、机器零件）， 工具钢（工具、模具、量具）， 特殊用途（如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等）， 专业用钢（如汽车用钢，化工用钢，锅炉用钢，电工用钢，焊条用钢等）。 3.2.5 按冶炼方法分：转炉钢（同时分为底吹转炉钢，侧吹转炉钢，顶吹转炉钢），平炉钢，电炉钢。 3.2.6 按浇铸前脱氧程度分：镇静钢（脱氧完全，钢锭组织结构紧密），沸腾钢（脱氧不完全的钢），半镇静钢。 3.2.7 综合分类：

高等土力学思考题与概念题

思考题 第一章： 1． 对于砂土，在以下三轴排水试验中，哪些试验在量测试样体变时应考虑膜嵌入 (membrane penetration)的影响？HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及平均主应力为常数的TC TE 试验。 2．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验量侧的孔隙水压力有没有影响，为什么？对于常规三轴固结排水试验对于试验有无影响？ 3．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验的不排水强度有没有影响， 4．在周期荷载作用下饱和砂土的动强度τd (或σd )如何表示？定性绘出在同样围压σ3，不同初始固结比σ1/σ3下的动强度曲线。 5．在一定围压下，对小于、等于和大于临界孔隙比e cr 密度条件下的砂土试样进行固结不排水三轴试验时，破坏时的膜嵌入对于量侧的孔隙水压力有何影响？对其固结不排水强度有什么影响（无影响、偏大还是偏小）？ 6．在土工离心模型试验中进行固结试验，如果模型比尺为100，达到同样固结度，模型与原型相比，固结时间为多少？ 7．举出三种土工原位测试的方法，说明其工作原理、得到的指标和用途。 8．对于粗颗粒土料，在室内三轴试验中常用哪些方法模拟？各有什么优缺点？ 9．真三轴试验仪器有什么问题影响试验结果？用改制的真三轴试验仪进行试验，其应力范围有何限制？ 10． 在饱和土三轴试验中，孔压系数A 和B 反映土的什么性质？如何提高孔压系数B ？ 11． 在p, q 坐标、?σ,?τ坐标和在π平面坐标下画出下面几种三轴试验的应力路径（标出应力路径的斜率）。 （1） CTC （常规三轴压缩试验） （2） p ＝常数，b=0.5＝常数，真三轴试验； （3） RTE （减压的三轴伸长试验）。其中： 22)()()(21 3/)(3 13 12 132********σστσσσσσσσσσσσσ－＝＋＝-+-+-=++=q p

材料强度定义

问题：什么是抗拉强度，延伸率，屈服强度？ 球铁管是一种即有高强度和高弹性的输水管道，球铁管优秀的力学性能是它在种类繁多的输水管材中立于不败之地的保证，因而我们有必要对描述球铁管的各种力学性能做一番介 绍： 延伸率 延伸率主要衡量球墨铸铁塑性性能-即发生永久变形而不至于断裂的性能。 δ= (L-L0)/L0*100% δ---伸长率 L0----试样原长度 L----试样受拉伸断裂后的长度 1．强度 强度是金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。工程上常用来表示金属材料强度 的指标有屈服强度和抗拉强度。 a.屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。 δS=Fs/A O Fs----试样产生屈服现象时所承受的最大外力（N） A O----试样原来的截面积（mm2） δS---屈服强度(Mpa) b.抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，用δb=F O/A O F O----试样在断裂前的最大外力（N） A O----试样原来的截面积（mm2） δb---抗拉强度（Mpa） Table:三种不同材料之间的机械性能对比 退火球墨铸铁铸态球墨铸铁管灰口铁管 屈服强度≥300MPa 未定义未定义 抗拉强度≥420MPa ≤300MPa ≥200 MPa 延伸率≥10% ≥3% ≤3% 断裂形式塑性变形突然断裂突然断裂 对于球墨铸铁管而言，其试样实际就是取自插口处试样加工过后的试棒；对球墨铸铁管件而言，其试样通常是取自与管件同批的铁水铸出的Y型试块加工成的试棒。管材和管件的抗拉强度实验，就是用试棒拉断前的最大持续力除以试棒面积计算得出的抗拉强度。 把试棒断裂的两部分拼在一起测量伸长的标距，用伸长标距与初始标距之比求得伸长率。不同的管材之间因为力学性能实验方法有别，所以某些管材宣传他们的力学性能甚至优 于铸铁管是毫无根据的。

水土分算与水土合算

水土分算和水土合算方法的适用条件 一、计算方法概述 在一般地基基础工程计算中，建筑物的自重以及作用于建筑物上的各种荷载通过基础传给地基。无论是建筑物的自重或是其他竖向活荷载都具有由其自重导出的特点，荷载大小明确，计算与实测结果基本接近。而支护结构的主要荷载是地层中水土的水平压力，水土压力是由定值的竖向水土压力按照一定规律转化为水平压力作用于支护结构上。支护结构荷载与上部结构荷载的根本区别在于它不是仅与土的重量有关，还与土的强度、变形特性和渗透性有关，具有很大的不确定性。由于作用在支护结构上的荷载主要是水平荷载，而这种水平荷载具有间接得出的特点，因此，由水土竖向压力转化为水平压力的计算方法的合理与否直接影响到水平荷载的确定，水平荷载的精确度又直接影响到支护结构内力与变形的计算结果。 目前，工程上常采用的土压力计算方法有朗肯土压力、库仑土压力和各种经验土压力确定方法。在水土分算时，水压力的计算方法有：按静水压力计算的方法、按渗流计算确定水压力分布的方法等。而水土合算时不需单独考虑水压力作用。 关于土压力的各种基本理论、主动土压力和被动土压力形成的条件、各种土的抗剪强度指标试验方法和分类，可参考有关土力学教科书，本处不在详述。二、水土分算和水土合算方法的适用条件 基坑支护工程的土压力、水压力计算，常采用以朗肯土压力理论为基础的计算方法，根据不同的土性和施工条件，分为水土合算和水土分算两种方法。由于水土分算和水土合算的计算结果相差较大，对基坑挡土结构工程造价影响很大，故需要非常慎重的舍取，要根据具体情况合理选择。 地下水位以下的水压力和土压力，按有效应力原理分析时，水压力与土压力应分开计算。水土分算方法概念比较明确。但是在实际使用中有时还存在一些困难，特别是对黏性土，水压力取值的难度大，土压力计算还应采用有效应力抗剪强度指标，在实际工程中往往难以解决。因此，在很多情况下黏性土往往采用总应力法计算土压力，即将水压力和土压力混合计算，也有了一定的工程实验经验。

土压力计算方法.

第五章土压力计算 本章主要介绍土压力的形成过程，土压力的影响因素；朗肯土压力理论、库仑土压力理论、土压力计算的规范方法及常见情况的土压力计算；简要介绍重力式挡土墙的设计计算方法。 学习本章的目的：能根据实际工程中支挡结构的形式，土层分布特点，土层上的荷载分布情况，地下水情况等计算出作用在支挡结构上的土压力、水压力及总压力。 第一节土压力的类型 土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。 一、土压力的分类 作用在挡土结构上的土压力，按挡土结构的位移方向、大小及土体所处的三种平衡状态，可分为静止土压力E o，主动土压力E a和被动土压力E p三种。 1．静止土压力 挡土墙静止不动时，土体由于墙的侧限作用而处于弹性平衡状态，此时墙后土体作用在墙背上的土压力称为静止土压力。 2．主动土压力 挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前移动，墙后土体随之向前移动。土体内阻止移动的强度发挥作用，使作用在墙背上的土压力减小。当墙向前位移达主动极限平衡状态时，墙背上作用的土压力减至最小。此时作用在墙背上的最小土压力称为主动土压力。 3．被动土压力 挡土墙在较大的外力作用下，向后移动推向填土，则填土受墙的挤压，使作用在墙背上的土压力增大，当墙向后移动达到被动极限平衡状态时，墙背上作用的土压力增至最大。此时作用在墙背上的最大土压力称为被动土压力。 大部分情况下作用在挡土墙上的土压力值均介于上述三种状态下的土压力值之间。 二、影响土压力的因素 1．挡土墙的位移 挡土墙的位移（或转动）方向和位移 量的大小，是影响土压力大小的最主要的因 素，产生被动土压力的位移量大于产生主动 土压力的位移量。 2．挡土墙的形状 挡土墙剖面形状，包括墙背为竖直或是 倾斜，墙背为光滑或粗糙，不同的情况，土压力的计算公式不同，计算结果也不一样。 3．填土的性质 挡土墙后填土的性质，包括填土的松密程度，即重度、干湿程度等；土的强度指标内摩擦角和粘聚力的大小；以及填土的形状（水平、上斜或下斜）等，都

【岩土设计】水土分算和水土合算的学习

水土分算和水土合算的学习 一、计算方法概述 在一般地基基础工程计算中,建筑物的自重以及作用于建筑物上的各种荷载通过基础传给地基.无论是建筑物的自重或是其他竖向活荷载都具有由其自重导出的特点,荷载大小明确,计算与实测结果基本接近.而支护结构的主要荷载是地层中水土的水平压力,水土压力是由定值的竖向水土压力按照一定规律转化为水平压力作用于支护结构上.支护结构荷载与上部结构荷载的根本区别在于它不是仅与土的重量有关,还与土的强度、变形特性和渗透性有关,具有很大的不确定性.由于作用在支护结构上的荷载主要是水平荷载,而这种水平荷载具有间接得出的特点,因此,由水土竖向压力转化为水平压力的计算方法的合理与否直接影响到水平荷载的确定,水平荷载的精确度又直接影响到支护结构内力与变形的计算结果. 目前,工程上常采用的土压力计算方法有朗肯土压力、库仑土压力和各种经验土压力确定方法.在水土分算时,水压力的计算方法有：按静水压力计算的方法、按渗流计算确定水压力分布的方法等.而水土合算时不需单独考虑水压力作用. 关于土压力的各种基本理论、主动土压力和被动土压力形成的条件、各种土的抗剪强度指标试验方法和分类,可参考有关土力学教科书,本处不在详述. 二、水土分算和水土合算方法的适用条件

基坑支护工程的土压力、水压力计算,常采用以朗肯土压力理论为基础的计算方法,根据不同的土性和施工条件,分为水土合算和水土分算两种方法.由于水土分算和水土合算的计算结果相差较大,对基坑挡土结构工程造价影响很大,故需要非常慎重的舍取,要根据具体情况合理选择. 地下水位以下的水压力和土压力,按有效应力原理分析时,水压力与土压力应分开计算.水土分算方法概念比较明确.但是在实际使用中有时还存在一些困难,特别是对黏性土,水压力取值的难度大,土压力计算还应采用有效应力抗剪强度指标,在实际工程中往往难以解决.因此,在很多情况下黏性土往往采用总应力法计算土压力,即将水压力和土压力混合计算,也有了一定的工程实验经验.然而,这种方法亦存在一些问题,可能低估了水压力的作用. （1）水土分算 水土分算是分别计算土压力和水压力,以两者之和为总的侧压力.水土分算适用于土孔隙中存在自由的重力水的情况或土的渗透性较好的情况,一般适用于碎石土和砂土,这些土无黏聚性或弱黏聚性,地下水在土颗粒间容易流动,重力水对土颗粒中产生孔隙水压力.对于砂土、粉性土和粉质黏土等渗透性较好的土层,应该采用水土分算的原则来确定支护结构的侧向压力.侧向土压力通常可按朗肯主动压力和被动压力公式计算.地下水无渗流时,作用于挡土结构上的水压力按静水压力三角形分布计算.地下水有稳定渗流时,作用于挡土结构上的水压力可通过渗流分析计算各点的水压力,或近似地按静水压

水土压力计算示例

4.1 基坑围护墙、外的土压力、水压力计算 4.1.1主动土压力的计算 按照水土分算原则计算土压力时，可采用总应力抗剪强度指标按下式计算主动土压力。 ()a a i i a K C K h q p 2-+=∑γ 式中，a p ——计算点处的主动土压力强度（kPa ），0≤a p 时，取0=a p ； i γ——计算点以上各土层的重度（kN/m 3），地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水下重度； i h ——各土层的厚度（m ）； a K ——计算点处土的主动土压力系数，()245tan 2?-=οa K ； C 、?——计算点处土的总应力抗剪强度指标。按三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验峰值强度指标取用。 计算式： ①填土 () 33.021045tan 21=-=οοa K ; 在水位以上 ()1111112a a a K C K h r q p -''+='; m h 01='； ())(6.633.0233.002011Kpa p a =?-?+='； m h 5.01='； ())(57.933.00233.05.0182012Kpa p a =?-??+='。 在水位以下 ()111111 112a a a K C K h r h r q p -+''+=； m h 01=； ())(57.933.00233.05.0182011Kpa p a =?-??+=； m h 11=； ())(21.1233.00233.0185.0182012Kpa p a =?-??+?+=。 ②褐黄色粉质粘土

()49.022045tan 22=-=οοa K ； ()22222111 122a a a K C K h r h r h r q p -++''+=； m h 02=； ()49.018249.0185.0182021?-??+?+=a p )(07.7Kpa -=； m h 5.12=； ()49.018249.05.16.8185.0182022?-??+?+?+=a p )(75.0Kpa -= ； ③淤泥质粉质粘土夹砂 ()74.025.845tan 23=-=οοa K ； ()3333322111 132a a a K C K h r h r h r h r q p -+++''+=； m h 03=； ()74.05.23274.05.16.8185.0182031?-??+?+?+=a p )(49.3Kpa -=； m h 9.43=； ()74.09.48.75.16.8185.0182032??+?+?+?+=a p 74.05.232?- )(41.18Kpa =； ④淤泥质粘土 ()6.023.1445tan 24=-=οοa K ； ()444443322111 142a a a K C K h r h r h r h r h r q p -++++''+=； m h 04=； )9.909.48.75.16.8185.01820(41?+?+?+?+?+=a p 6.01326.0??-? )(69.37Kpa =； m h 9.94=； ()9.979.48.75.16.8185.0182042?+?+?+?+?+=a p 6.08.926.0?-?

(整理)土主动、被动土压力概念及计算公式

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 a 。 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P p 。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，可用图6-2来表示。由图可知P p ＞P o ＞P a 。 朗肯基本理论 朗肯土压力理论是英国学者朗肯（Rankin ）1857年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于极限平衡状态的应力条件提出的。在其理论推导中,首先作出以下基本假定。 (1)挡土墙是刚性的墙背垂直； (2)挡土墙的墙后填土表面水平； (3)挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。 把土体当作半无限空间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。 如果挡土墙向填土方向移动压缩土体，σz 仍保持不变，但σx 将不断增大并超过σz 值，当土墙挤压土体使σx 增大到使土体达到被动极限平衡状态时，如图6-4的应力园O 3，σz 变为小主应力，σx 变为大主应力，即为朗肯被动土压力(p p )。土体中产生的两组破裂面与水平面的夹角为2 45?- ?。 朗肯主动土压力的计算 根据土的极限平衡条件方程式 σ1=σ3tg 2 (45°+2?)+2c ·tg(45°+2?) σ3=σ1tg 2(45°-?)-2c ·tg(45°-?)

各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系

各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系 我们在设计的时候常取许用剪切应力，在不同的情况下安全系数不同，许用剪切应力就不一样。校核各种许用应力常常与许用拉应力有联系，而许用材料的屈服强度（刚度）与各种应力关系如下： <一> 许用（拉伸）应力 钢材的许用拉应力[δ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系： 1.对于塑性材料[δ]= δs /n 2.对于脆性材料[δ]= δb /n δb ---抗拉强度极限 δs ---屈服强度极限 n---安全系数 轧、锻件n=1.2-2.2 起重机械n=1.7 人力钢丝绳n=4.5 土建工程n=1.5 载人用的钢丝n=9 螺纹连接n=1.2-1.7 铸件n=1.6-2.5 一般钢材n=1.6-2.5 注：脆性材料：如淬硬的工具钢、陶瓷等。 塑性材料：如低碳钢、非淬硬中炭钢、退火球墨铸铁、铜和铝等。 <二> 剪切 许用剪应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[τ]=0.6-0.8[δ] 2.对于脆性材料[τ]=0.8-1.0[δ] <三> 挤压 许用挤压应力与许用拉应力的关系 1.对于塑性材料[δj]=1.5- 2.5[δ]

2.对于脆性材料[δj]=0.9-1.5[δ] 注：[δj]=1.7-2[δ]（部分教科书常用） <四> 扭转 许用扭转应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[δn]=0.5-0.6[δ] 2.对于脆性材料[δn]=0.8-1.0[δ] 轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。对于一般传动可取[φ]=0.5°--1°/m；对于精密件，可取[φ]=0.25°-0.5°/m；对于要求不严格的轴，可取[φ]大于1°/m计算。 <五> 弯曲 许用弯曲应力与许用拉应力的关系： 1.对于薄壁型钢一般采取用轴向拉伸应力的许用值 2.对于实心型钢可以略高一点，具体数值可参见有关规范。

水土压力计算示例

4.1 基坑围护墙内、外的土压力、水压力计算 4.1.1主动土压力的计算 按照水土分算原则计算土压力时，可采用总应力抗剪强度指标按下式计算主动土压力。 ()a a i i a K C K h q p 2-+=∑γ 式中，a p ——计算点处的主动土压力强度（kPa ），0≤a p 时，取0=a p ； i γ——计算点以上各土层的重度（kN/m 3） ，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水下重度； i h ——各土层的厚度（m ）； a K ——计算点处土的主动土压力系数，() 245tan 2?-= a K ； C 、?——计算点处土的总应力抗剪强度指标。按三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验峰值强度指标取用。 计算式： ①填土 () 33.021045tan 21=-= a K ; 在水位以上 ()1111112a a a K C K h r q p -''+='; m h 01 ='； ())(6.633.0233.002011Kpa p a =?-?+='； m h 5.01 ='； ())(57.933.00233.05.0182012Kpa p a =?-??+='。 在水位以下 ()111111 112a a a K C K h r h r q p -+''+=； m h 01=； ())(57.933.00233.05.0182011Kpa p a =?-??+=； m h 11=； ())(21.1233.00233.0185.0182012Kpa p a =?-??+?+=。 ②褐黄色粉质粘土 () 49.02045tan 22=-= a K ； ()22222111 122a a a K C K h r h r h r q p -++''+=；

土压力计算

本工程场地平坦，经过与类似工程的比较，土体上部底面超载20kPa；假定支护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算,计算土压力时首先要确定土压力系数，主动土压力系数和被土压力系数的计算分式分别如下[2]：

主动土压力系数： o 2a tan (45/2)K ?=- 被动土压力系数： 2p (tan 45/2)K ?=?+ 其中： a K ——主动土压力系数； p K ——被动土压力系数； ?——土的摩擦角。

()12210111011222222 218tan 45tan 450.756 2220 20.756202015.12 2200 1.50.75620 15.1210tan 45tan 450.704 222K kPa P K c kPa P K z c kPa K P K z c ?σσγ?γ???? ?=?-=?-= ? ???? ?==-=?-?==-=+??-?=???? ?=?-=?-= ? ????? =-()()()222 3223 331332 200.70421511.09 2200 1.5 00.60.704215 11.0921.5tan 45tan 450.463 222200 1.500.60.463211 5.722kPa P K z c kPa K P K z c kPa P K z γ?γγ+?-?=-=-=+?+??-?=-???? ?=?-=?-= ? ????? =-=+?+??-?-=-4224441442223.082118.09825tan 45tan 450.406 22249.850.406227.514.796288.610.406227.50.94c kPa K P K z c kPa P K z c kPa ?γγ=-?=???? ?=?-=?-= ? ????? =-=?-?=-=-=?-?=

(完整版)土力学土压力计算

第六章 挡土结构物上的土压力 第一节 概述 第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。 一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。 常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。 挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。 1．刚性挡土墙 指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。 2．柔性挡土墙 当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。 3．临时支撑 边施工边支撑的临时性。 二、墙体位移与土压力类型 墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。 1.静止土压力（0E ） 墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。 2.主动土压力（a E ） 挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。 3.被动土压力（p E ） 挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力p E 。 同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系： p E >0E > a E 在工程中需定量地确定这些土压力值。 Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。 实验表明：当墙体离开填土移动时，位移量很小，即发生主动土压力。该位移量对砂土

水土分算_水土合算

渗透性好的土一般采用水土分算，故对碎石、砂土用水土分算， 而粘性土若按照水土分算，总的水土压力可能偏大，故有实际工程经验时可采用水土合算。 个人认为粉土介于二者之间，若当地并无实际经验，还是建议以分算为宜。 按照有效应力原理分析，水土分算。但粘性土在实际工程中空隙水压力往往难以确定，因此，在许多情况下，往往采用总应力法计算，即水土合算。 对地下水位以下的粉土，砂土，碎石土，由于其渗透性强，地下水对颗粒可形成浮力，故应采用水土分算。水压力可按静水压力计算。 所谓水土分算，其实质就是分别计算水、土压力，以两者之和为总侧压力。计算土压力时用土的浮重度，计算水压力时按全水头的水压力考虑。这一方法适用于土空隙中存在自由水的情况或土的渗透性较好的情况，如：碎石土及砂土。很显然，土体中的水压力与其空隙中的自由水及其渗透性是密切相关的，而碎石土及砂土的渗透性相差非常大，粉、细砂的渗透系数ks一般为1.0m/d左右，卵石层则可高达500m/d，两者相差达数百倍，如此大的差别都统一按全水头的水压力考虑显然是不合适的。工程实践也表明：按水土分算方法计算水压力对于大多数土层来说，其作用都偏大。 所谓水土合算，其实质就是不考虑水压力的作用，认为土空隙中的水都是结合水，没有自由水，因此不形成水压力。土颗粒与其空隙中的结合水是一整体，直接用土的饱和重度计算土体的侧压力即可。显然这一方法在理论上讲仅适用于渗透系数为零的不透水层。然而，完全不透水的土层是不存在的，因此水土合算法仍然是岩土工程界的一个争论问题。持赞同观点者认为：在一些渗透性很差的粘性土层中，水压力几乎为零，再按水土分算法计算水压力会使支护结构的造价大大增加，显然是不合适的；而持反对观点者认为：粘性土虽然渗透性差，但当支护结构本身具有较好的防水性能时（如地连墙结构、有止水帷幕的排桩结构

剪切计算及常用材料强度

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： []0.60.8[]τσ=: 对脆性材料： []0.8 1.0[]τσ=: (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 2s F F = 销钉横截面上的剪应力为： 332 151023.9MPa<[] 2(2010)4s F A ττπ-?===?? 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。

土水压力的计算方法

12.4 土水压力的计算方法 12.4.1 作用于支挡结构上的土压力 (一)概述 作用在挡土支护结构上的侧压力包括土压力、水压力、冰荷载(寒冷地区)、地震力及地面荷载所产生的侧压力等。土压力是作用于挡土支护结构的主要荷载，特别是在大型深基坑工程中若能较准确地估算土压力，对于确保深基坑工程的顺利进行具有十分重要的意义。从广义来说，土压力是土作用在挡土支护结构上的或作用在被土体所包围的结构物表面上的压力及其合力。这些压力(及合力)是由土的自重、土所承受的恒载和活载所产生的，其大小由土的物理与力学性质、土和结构之间的物理作用、绝对位移、相对位移以及变形值与特性所决定。水压力、冰荷载、地震力及地面荷载等均是通过土这一载体作用于挡土支护结构上，因此，均属于广义土压力，也可称为特殊情况下的土压力。 【例题17】在下列各项中，属于广义土压力的是( )。 A、水压力； B、地震力； C、冰荷载； D、地面荷载； 答案：A、B、C、D (二)影响土压力的因素 作用在挡土支护结构上的土压力受以下因素制约： 1不同土类中的侧向土压力差异很大。采用同样的计算方法设计的挡土支护结构，对某些土

类可能安全度很大，而对另一些土类则可能面临倒塌的危险。因此在没有完全弄清挡土支护结构土压力的性能之前，对不同土类应区别对待。 2 土压力强度的计算及其计算指标的取值与基坑开挖方式和土类有关。当剪应力超过土的抗剪强度时，背侧土体就会失去稳定，发生滑动。由于基坑用机械开挖，一般进度均较快，开挖卸荷后，土压力很快形成，为与其相适应采用直剪快剪或三轴不排水剪是合理的。但剪切前是否要固结，则根据土的渗透性而定。渗透性弱的土，由于加荷快、来不及固结即可能剪损，此时宜采用不固结即进行剪切；反之，渗透性强的土，宜固结后剪切。 【例题18】对于侧壁为饱和粘土的基坑，宜采用( )三轴试验确定其抗剪强度指标。 A、固结排水剪； B、固结不排水剪； C、不固结不排水剪； D、不固结排水剪； 答案：C 3土压力是土与挡土支护结构之间相互作用的结果，它与结构的变位有着密切的关系，从而导致设计土压力值的不确定性。如经典的库仑土压力和朗肯土压力理论仅考虑主动与被动状态；在挡土支护结构变形很小时，要采用静止土压力(其值无统一求法)；对于作用于多支点挡土支护结构的土压力则按弹塑性理论进行计算。 4 土压力强度的大小与挡土支护结构刚度有关。当基坑深度及地层土质等条件均相同的情况下，作用在重力式挡土支护结构和柔性挡土支护结构上的土压力显然不同，这是由于两者刚度相差太大所致。 5 对于多支点挡土支护结构，其土压力大小及分布又因支点(锚杆或支撑)的位置及反力大小而变化。

水土合算、分算之区别

关于水土分算和合算规定不同的原因 问： 在基坑规程JGJ120-99中只要求对碎石、砂土用水土分算，在广州等规程中要求各类土宜按水土分算方法计算侧压力，有经验时，对粘性土、淤泥质土可按水土合算方法计算侧压力。 对这类不同的规定的原因或者依据是什么？ 在设计时怎么执行？ 答： 所谓水土分算，其实质就是分别计算水、土压力，以两者之和为总侧压力。计算土压力时用土的浮重度，计算水压力时按全水头的水压力考虑。这一方法适用于土空隙中存在自由水的情况或土的渗透性较好的情况，如：碎石土及砂土。很显然，土体中的水压力与其空隙中的自由水及其渗透性是密切相关的，而碎石土及砂土的渗透性相差非常大，粉、细砂的渗透系数ks一般为1.0m/d左右，卵石层则可高达500m/d，两者相差达数百倍，如此大的差别都统一按全水头的水压力考虑显然是不合适的。工程实践也表明：按水土分算方法计算水压力对于大多数土层来说，其作用都偏大。 所谓水土合算，其实质就是不考虑水压力的作用，认为土空隙中的水都是结合水，没有自由水，因此不形成水压力。土颗粒与其空隙中的结合水是一整体，直接用土的饱和重度计算土体的侧压力即可。显然这一方法在理论上讲仅适用于渗透系数为零的不透水层。然而，完全不透水的土层是不存在的，因此水土合算法仍然是岩土工程界的一个争论问题。持赞同观点者认为：在一些渗透性很差的粘性土层中，水压力几乎为零，再按水土分算法计算水压力会使支护结构的造价大大增加，显然是不合适的；而持反对观点者认为：粘性土虽然渗透性差，但当支护结构本身具有较好的防水性能时（如地连墙结构、有止水帷幕的排桩结构及复合土钉墙结构），只要假以时日，水压力应该能达到静水压力。完全忽视水压力的作用，可能会造成结构上的工程隐患。 这个问题再简化下，让大家知道其中奥秘主要原因，很多规范或书籍并不给大家秘方，只给结论。 （1）分算、合算取决于工况 对于施工期或短期稳定和计算，一般采用总应力法，即土水合算，来不及排水的情况，采用土的Cu（不排水剪切强度），φ=0；对于长期、远期、永久稳定性和计算问题，考虑有效应力法，即

土体主动、主动土压力概念及计算公式

[指南]土体主动、主动土压力概念及计算公式主动土压力 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。 a 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P。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，p 可用图6-2来表示。由图可知P,P,P。 poa 朗肯基本理论 朗肯土压力理论是英国学者朗肯(Rankin)1857年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于极限平衡状态的应力条件提出的。在其理论推导中,首先作出以下基本假定。 (1)挡土墙是刚性的墙背垂直; (2)挡土墙的墙后填土表面水平; (3)挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。 把土体当作半无限空间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。 如果挡土墙向填土方向移动压缩土体，ζ仍保持不变，但ζ将不断增大并超过ζ值，zxz当土墙挤压土体使ζ增大到使土体达到被动极限平衡状态时，如图

6-4的应力园O，ζx3z变为小主应力，ζ变为大主应力，即为朗肯被动土压力(p)。土体中产生的两组破裂面与xp

,45:,水平面的夹角为。 2 朗肯主动土压力的计算 根据土的极限平衡条件方程式 ,,2ζ=ζtg(45?+)+2c?tg(45?+) 1322 ,,2ζ=ζtg(45?-)-2c?tg(45?-) 3122 土体处于主动极限平衡状态时，ζ=ζ=γz，ζ=ζ=p，代入上式得 1z3xa 1)填土为粘性土时 填土为粘性土时的朗肯主动土压力计算公式为 ,,2,ap=γztg(45?-)-2c?tg(45?-)=γzK-2c (6-3) aa22 由公式(6-3)，可知，主动土压力p沿深度Z呈直线分布，如图6-5所示。a (一)Z 0 ZH-H30 HZPa-3 H γ2cHKa?Ka 图5,5粘性土主动土压力分布图 当z=H时p=γHK-2cK aaa 在图中，压力为零的深度z，可由p=0的条件代入式(6-3)求得 0a 2cz, (6-4) 0,Ka 在z深度范围内p为负值，但土与墙之间不可能产生拉应力，说明在z深度范围内，0a0 填土对挡土墙不产生土压力。墙背所受总主动土压力为P，其值为土压力分布图中的阴影部分面积，即a 1aaa0,,,,P(HK2cK)(Hz)2 (6-5) 212c2,,,，aaHK2cHK,2

常用材料

常用材料极限强度 材料名拉压 疲劳极限 弯曲 疲劳极限 扭转 疲劳极限 拉压脉动 疲劳极限 弯曲脉动 疲劳极限 扭转脉动 疲劳极限 结构钢铸铁铝合金结构钢铸铁铝合金≈0.3σb ≈0.225σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.3σb ≈0.225σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.43σb ≈0.45σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.43σb ≈0.45σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.25σb ≈0.36σb ≈(0.55～0.58)σ-1 ≈0.25σb ≈0.36σb ≈(0.55～0.58)σ-1 ≈1.42σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.5σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.5σ-1l ≈1.33σ-1 ≈1.35σ-1 -- ≈1.33σ-1 ≈1.35σ-1 -- ≈1.5τ-1 ≈1.35τ-1 -- ≈1.5τ-1 ≈1.35τ-1 -- 常用材料密度 1空气（20℃）0.00122软木0.1-0.4 3泡沫塑料0.24泥煤0.29-0.5 5工业用毛毡0.36木炭0.3-0.5 7焦炭0.36-0.538烟煤粉0.4-0.7 9木材0.4-0.7510皮革0.4-1.2 11石墨（粉）0.4512石棉线0.45-0.55 13熟石灰（粉）0.514胶合板0.56 15褐煤0.6-0.816高炉渣0.6-1 17干煤灰0.64-0.7218汽油0.66-0.75 19煤灰0.720无烟煤0.7-1.0 21锌烟尘0.7-1.522粘土（块）0.7-1.5 23煤油0.78-0.8224酒精0.8 25烟煤0.8-126橡胶夹布传动带0.8-1.2 27造型砂0.8-1.328石油（原油）0.82