庫倫土壓力理論(庫倫主動土壓力解釋)

1. 庫倫土壓力理論

1. 庫倫土壓力理論

朗肯土壓力理論是根據半空間的應力狀態和土單元體的極限平衡條件而得出的土壓力古典理論之一。而庫倫土壓力理論是以整個滑動土體上力系的平衡條件來求解主動土壓力,被動土壓力計算的理論公式

朗肯土壓力的使用范圍:假設墻背光滑,直立,填土面水平。

庫倫土壓力的使用范圍:墻后填土是理想的散粒體,滑動破壞面為一平面,滑動土楔體視為剛體。

2. 庫倫主動土壓力解釋

2. 庫倫主動土壓力解釋

傾倒破壞是反傾邊坡的一種常見破壞模式,其中次生傾倒是反傾巖質邊坡傾倒破壞的主要誘因。

建立了反傾巖層在坡后土體作用下次生傾倒破壞的地質力學模型,基于室內物理模擬試驗,分析了反傾巖層上覆土壓力分布規律、巖層的破壞模式和整體破壞面的形狀與位置。

根據庫侖主動土壓力理論得到下臥巖層表面各點法向壓力的理論值與實測值基本相符,土體中存在土拱效應導致兩者存在差異,隨著上覆土體厚度及堆載作用的加大,土拱效應越明顯。

各巖層可能的破壞模式包括彎拉破壞、彎滑破壞和滑動破壞。

下臥反傾巖層的整體破壞面是一通過坡腳的近似平面,整體破壞面與巖層層面法線方向呈0°~25°的夾角。

基于疊合懸臂梁模型,引入巖層橫截面上節理面的黏聚力和巖石抗拉強度隨巖層嵌入深度的折減系數,改進了反傾巖層的極限平衡分析方法,推導了坡體任意巖層下推力的理論公式,定義了任意巖層變形破壞的安全系數和邊坡整體傾倒破壞的綜合安全系數。

提出了下臥反傾巖層潛在整體破壞面的理論計算方法,并確定了影響潛在整體破壞面位置的敏感因素。

3. 庫倫土壓力理論適合擋土墻

朗肯土壓力理論基本假定:擋土墻結構,墻背豎直、光滑,其后填土表面水平并無限延伸。

庫倫土壓力理論基本假設:擋土墻和滑動土契體視為剛體,墻后填土為無粘性砂土,當墻身向前或向后偏移時,墻后滑動土契體是沿著墻背和一個通過墻踵的平面發生滑動。

如果墻背傾斜,具有傾角α;墻背粗糙,與填土摩擦角為β;墻后填土面有傾角δ。

當α=β=δ=0時,兩者理論計算的土壓力結果一致,郎肯是庫倫的特例。

而庫倫土壓力理論是可以解決墻背傾斜,填土表面傾斜的一般土壓力問題

4. 土力學庫倫土壓力

土力學(Soil mechanics)是研究土體在力的作用下的應力-應變或應力-應變-時間關系和強度的應用學科,是工程力學的一個分支。

為工程地質學研究土體中可能發生的地質作用提供定量研究的理論基礎和方法。主要用于土木、交通、水利等工程。土力學是應用工程力學方法來研究土的力學性質的一門學科。土力學的研究對象是與人類活動密切相關的土和土體,包括人工土體和自然土體,以及與土的力學性能密切相關的地下水。奧地利工程師卡爾·太沙基(1883-1963)首先采用科學的方法研究土力學,被譽為現代土力學之父。土力學被廣泛應用在地基、擋土墻、土工建筑物、堤壩等設計中,是土木工程、巖土工程、工程地質等工程學科的重要分枝。土力學的發展大致可分為三個階段:遠在古代,由于生產和生活上的需要,人們已懂得利用土來進行工程建設。例如中國很早就修建了萬里長城、大運河、靈渠和大型宮殿等偉大建筑物;古埃及和巴比倫也修建了不少農田水利工程;古羅馬的橋梁工程和腓尼基的海港工程也都具有重要意義。由于社會生產發展水平和技術條件的限制,發展極慢。直到18世紀中葉,這門學科仍停留在感性認識階段。這是本學科發展的第一階段。第二階段開始于產業革命時期。大型建筑物的興建和有關學科的發展,為研究地基與基礎問題提供了條件,人們開始從已得的感性認識來尋求理性的解釋。不少學者從工程觀點來進行土的力學問題的理論和試驗研究。法國科學家C.-A.de庫侖發表了著名的土的抗剪強度和土壓力理論(1773),英國W.J.M.蘭金也發表了土壓力理論這兩種土壓力理論至今還被廣泛應用。18世紀中期以前﹐人類的建筑工程實踐主要是根據建筑者的經驗進行的。18世紀中葉至20世紀初期﹐工程建筑事業迅猛發展﹐許多學者相繼總結前人和自己實踐經驗﹐發表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。例如法國的 C.-A. de庫侖發表了土壓力滑動楔體理論(1773)和土的抗剪強度準則(1776)﹔法國的H.P.G.達西在研究水在砂土中滲透的基礎上提出了著名線性滲透定律(1856)﹔英國的W.J.M.蘭金分析半無限空間土體在自重作用下達到極限平衡狀態時的應力條件﹐提出了另一著名的土壓力理論﹐與庫侖理論一起構成了古典土壓力理論﹔法國的J.V.博西內斯克(1885)提出的半無限彈性體中應力分布的計算公式﹐成為地基土體中應力分布的重要計算方法﹔德國的O.莫爾(1900)提出了至今仍廣泛應用的土的強度理論﹔19世紀末至20世紀初期瑞典的A.M.阿特貝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指數的分類﹐至今仍在實踐中廣泛應用。19世紀中葉到20世紀初期,隨著生產的發展,基礎工程有了很大進步,樁基和深基礎的理論和施工方法也大有發展。人們在工程實踐中積累了大量有關土的實際觀測和模型試驗的資料,并對土的強度、土的變形和土滲透性等專門課題作了某些理論探討。從20世紀初以來是本學科發展的第三階段。巨大工程的興建、地基勘探、土工試驗和現場觀測技術的發展,促使人們開展理論研究并系統地總結實驗成果。于是,土力學逐步形成了一門獨立學科。奧地利學者K. 泰爾扎吉(又譯太沙基)于1925年出版第一本土力學專著《土力學》,是土力學作為一個完整﹑獨立學科已經形成的重要標志﹐在此專著中﹐他提出了著名的有效壓力理論。蘇聯學者H. M. 格爾謝瓦諾夫于1931年出版《土體動力學原理》。后來陸續出版了一些著作。但是,以古典彈性力學和塑性力學為基礎的土力學不能滿足實踐要求,有些學者便把相鄰學科的新概念引入土力學,如50年代E. C. W. A. 蓋茲和中國陳宗基將流變學基本概念引進土力學,隨著生產的發展,大批土力學專著紛紛問世,現代物理學、物理化學和膠體化學、流變學、塑性力學等基礎科學的發展和電子計算機的應用,更為土力學開辟了許多新的研究途徑。土體是一種地質體。這就決定了這一學科的研究工作必須采用在地質學研究基礎上的實驗研究和力學分析方法。土力學的研究內容分為基礎理論和工程應用兩個方面: 基礎理論研究主要是研究土在靜載荷和動載荷作用下的力學性質,并結合大型工程進行數值分析和理論探討。在靜載荷下主要研究:①土的變形特性。通常利用固結儀、三軸壓縮儀研究土的固結和次時間效應,以確定相應的參量;②土的強度。通常利用直剪儀、三軸壓縮儀、單剪儀等測定土的應力-應變關系,確定抗剪強度指標,研究和建立強度準則和強度理論;③土滲透性。通常利用滲透儀,研究土孔隙中流體(水或空氣)的流動規律,并確定其滲透系數等。在動力載荷作用下,主要研究土動力性質。通常利用動力三軸儀研究土在動力條件下的應力-應變關系(包括阻尼、動力強度等與頻率的關系),應力波在土中的傳播規律以及砂土液化規律等。另外,通過試驗主要研究土流變性能,建立應力-應變時間關系,長期強度和相應的極限平衡理論。具體包括以下方面﹕研究土的滲透性和滲流;研究土體的應力-應變和應力-應變-時間的本構關系﹐以及強度準則和理論﹔研究在均布荷載或偏心荷載以及在各種形式基礎的作用下﹐基礎與地基土體接觸面上的和地基土體中的應力分布﹐地基的壓縮變形及其與時間的關系﹐以及地基的承載能力和穩定性等。工程應用研究主要是通過現場試驗和長期觀測,研究解決土工建筑物、地基、地下隧道和防護抗震工程等的穩定性及其處理措施以及土體作用于擋土結構物上的側壓力,即土壓力的大小和分布規律等工程實際問題;根據極限平衡原理用穩定性系數評價天然土坡的穩定性和進行人工土坡的設計﹔計算在自重和建筑物附加荷載作用下土體的側向壓力﹐為設計擋土結構物提供依據﹔改進和研制為進行上述研究所必需的技術﹑方法和儀器設備。由于土的性質是極其復雜的,因而理論的發展是艱難的。關于土的理論,經過不少學者的艱辛研究和探討,已取得不少成果,但進一步的發展還遠沒有結束。我認為,土力學的發展少不了三樣法寶:理論、試驗、計算機。作為當今科技的驅動器,計算機是不可或缺的,發展數值分析是土力學的一個研究方向。數學是一切自然學科的基石,數學的發展必將促進土力學的發展,作為一個工程師,扎實的數學功底是其巨大的優勢。天然土是復雜的,不可能按某種配方將其制作出來,因此數值模擬和理論分析不能解決所有問題,試驗對土力學的發展是必不可少的,是相當重要的,經不起實驗檢驗的理論,即使再完美也是沒有任何實際工程意義的。只有合理利用這三樣法寶,土力學才能走得更遠。高大建筑物﹑核電站以及近海石油探采平臺等世界性地興建﹐不斷對土力學提出更高的要求。裂隙對土體力學性能的控制性﹑非線性應力-應變的本構關系以及新的測試技術和設備等方面的研究將會有新的進展。

5. 庫倫土壓力理論的假定

庫倫土壓力計算公式為:

  E=(Atgθ-B)cos(θ+θ1)/sin(θ+θ2)

  式中:A=γH(H+2h0)/2

  B=(Ch0-H(H+αho)tgα/2)γ

  θ1=ψ

  θ2=α+δ+ψ

  γ——填料容重;

  H——墻高;

  h0——墻背填土表面活載折算土柱高度,

  h0=q/γ土;

  θ——破裂面與垂直線夾角;

  ψ——填料內摩擦角;

  α——墻背與垂直面夾角;

  δ——墻背與墻后填料摩擦角,取δ=ψ/2;

  C——墻背頂點至墻背填土表面活載分布邊緣的距離.

6. 庫倫土壓力理論的計算公式是根據滑動土體各點

朗肯土壓力理論的基本假設是墻背直立、光滑,墻后填土面水平。

庫侖土壓力理論的基本假設是1、墻后填土為均勻砂性土;2、華東破裂面通過墻角的兩組平面;3、滑動土體為楔形的剛性體

7. 庫倫土壓力理論基本假設

庫侖土壓力理論是根據墻后土體處于極限平衡狀態并形成一滑動楔體時,從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論。

其基本假設如下:(1)墻后的填土是理想的散顆粒體(黏聚力c=0)。(2)滑動破壞面為一平面。一般擋土墻的計算均屬于平面問題,故在下述討論中均沿墻的長度方向取1m進行分析,當墻向前移動或轉動而使墻后土體沿某一破壞面BC破壞時,土楔ABC向下滑動而處于主動極限平衡狀態。此時,作用于土楔ABC上的力有:(1)土楔體的自重W=△ABCγ,γ為填土的重度,只要破壞面BC的位置一確定,W的大小就是已知值,其方向向下。(2)破壞面BC上的反力R,其大小是未知的,但其方向則是已知的。反力R與破壞面BC的法線N1之間的夾角等于土的內摩擦角φ,并位于N1的下側。(3)墻背對土楔體的反力E,與它大小相等、方向相反的作用力就是墻背上的土壓力。反力E的方向必與墻背的法線N2成δ角,δ角為墻背與填土之間的摩擦角,稱為外摩擦角。當土楔下滑時,墻對土楔的阻力是向上的,故反力E必在N2的下側。土楔體在以上三力作用下處于靜力平衡狀態。

8. 庫倫土壓力理論可以于計算墻背傾斜和填土傾斜的情況嗎

采用庫侖土壓力理論,擋土墻的主動土壓力是由墻后填土在極限平衡狀態下出現的滑動楔體產生的假設,建立關于擋土墻上土壓力強度的一階微分方程,并求得精確解,分別給出了墻體水平變位、墻體繞地基轉動、墻體繞墻頂轉動三種變位模式下,土壓力強度、土壓力合力和土壓力合力作用點的理論公式,并與庫侖土壓力公式和有關實驗結果進行了比較分析。

結果表明,三種墻體變位模式下的土壓力合力等于庫侖土壓力公式計算結果,但土壓力合力作用點有顯著差別。結合工程設計,對擋土墻主動土壓力的大小和分布,以及作用點的取值等問題進行了討論,并提出建議。

9. 簡述庫倫土壓力理論

朗肯土壓力理論從一點的應力狀態出發,先求出壓力強度,再求出總壓力,屬于極限應力法;而對于庫倫土壓力理論,是從整個滑動楔體的靜力平衡出發,直接求出總圖的壓力。兩者出發點的不同在于朗肯從微觀出發,庫倫從宏觀出發。

朗肯土壓力理論是根據勻質的半無限土體的應力狀態和土處于極限平衡狀態的應力條件推導的;庫倫土壓力理論是根據墻后所形成的滑動契體靜力平衡條件(土契體自重G,破裂面上的反力R,墻背對土契體的反力E)建立的土壓力計算方法。而且,兩者都利用了莫爾-庫倫強度理論。

庫侖土壓力理論是根據墻后土體處于極限平衡狀態時的力系平衡條件,并且形成一滑動體楔體時,從楔體的靜態平衡條件得出的土壓力計算理論。其基本假設是:墻后的填土是理想的散粒體(粘聚力c=0);滑動破壞面為一平面。

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