1、王志斌,湖南科技大学城市地下工程系,深 基 坑 工 程,2011年8月,第二章 作用于支护结构的荷载,一、荷载分类,1.荷载分类,2.作用于支护结构上的荷载,3.基坑设计基本要求,（1）承载能力极限状态：支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构和周边环境破坏。 （2）正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍地下结构施工，或者影响周边环境的正常使用功能。支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算，一级基坑和对变形有限定的二级基坑，还要进行支护结构和周边环境的变形计算。,二、土压力,建筑物,填土,挡土墙,地下室,地下室外墙,桥台,道路,挡土墙,主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是支
2、护结构存在位移； 当支护结构没有位移时，则土对支护结构的压力为静止土压力。 土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系；悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动土压力，即计算结果偏大。 土的内聚力C、内摩擦角值可根据下列规定适当调整：在井点降低地下水范围内，当地面有排水和防渗措施时，值可提高20%；在井点降水土体固结的条件下，可考虑土与支护结构间侧摩阻力影响，将土的内聚力c提高20%。,1.静止土压力,z,地下室外墙,静止土压力强度（kN/m2),（经验公式）,静止土压力合力大小,H,P0,(kN/m),H/3,三角形形心处，距底面 H/3处,或查表,K0
3、 静止土压力系数,作用点位置,2.主动土压力（无粘性土）,z,H,Pa,H/3,墙体移动方向（离开土体）,Ka主动土压力系数，KaK0,三角形形心处，距底面 H/3处,方向,水平,作用点位置,主动土压力合力大小,3.被动土压力（无粘性土）,z,H,Pp,H/3,墙体移动方向（挤压土体）,Kp被动土压力系数。KaK0Kp,三角形形心处，距底面 H/3处,方向,水平,作用点位置,被动土压力合力大小,4.主动土压力、被动土压力、静止土压力关系,土压力P,位移,Pa,P0,Pp,PaP0Pp,5.朗肯土压力理论,假设：,墙背垂直、光滑、 墙后填土水平。,主动土压力强度,主动土压力系数,被动土压力强度,
4、被动土压力系数,极限平衡条件,（1）主动土压力,H,p0,A,B,A点,B点,如果 p0 = 0,A点,B点,位于,如果 C = 0(无粘性土）,A点,B点,Pa,Pa,土压力合力Pa,压力图形面积,（三角形或梯形）,P0 = 0时,均质土,成层土,P0,B,C,H1,H2,A,主动土压力合力？,墙后填土有地下水,B,C,H1,H2,A,z0,土压力合力,压力图形面积,水压力合力,排水口,已知条件如图,求：作用在墙上的主动土压力Pa,例 题,解：,主动土压力合力Pa,作用点：,方 向：水平,例 题,（2）被动土压力,H,p0,A,B,A点,B点,如果 p0= 0,A点,B点,如果C = 0(无
5、粘性土）,A点,B点,Pp,Pp,土压力合力Pp,土压力方向,水平,土压力作用点,土压力分布图形形心,压力图形面积 （三角形或梯形）,6.库伦土压力,（1）思路：,（2）假定,把墙后达到极限平衡 的滑动土楔体视为刚体， 从滑动土楔体的静力平衡 条件得出土压力理论。,（1）填土无粘性(C=0),（2）滑动面为一通过墙踵的平面,（3）主动土压力Pa,（属平面应变问题，取1m长分析）,A,B,C,破坏面与水平面的夹角,W,P,墙土间摩擦角，也称为外摩擦角,土的内摩擦角,填土坡角,W,土楔体自重 W，大小、方向已知,R,R,破坏面BC上的反力 R，大小未知，方向已知,P,土压力 P，大小未知，方向已知
6、,墙背倾角,W,R,P,由正弦定理,A,B,C,W,P,R,D,H,由正弦定理,W,R,P,A,B,C,W,P,R,D,即,其中,是假设的滑动面与水平面的夹角,H,求极值，令,求出破坏角,代入上式,得,即,土压力强度,（沿墙高）三角形分布,（2）被动土压力Pp,A,B,C,W,P,R,A,B,C,W,P,R,W,P,R,得,若,与朗肯公式相同,朗肯土压力理论：,根据半无限弹性体的极限平衡条件求出土压力,因此，假定墙背垂直、光滑、墙后填土水平,因不计墙土间摩阻力，求得的Pa偏大，这在挡土 墙设计中是偏于安全的，求得的Pp偏小，这在桥台设计中也是偏于安全的。,库仑土压力理论：,根据墙后土楔体的极限
7、平衡条件求出土压力,因此，墙背可以不垂直、不光滑、墙后填土不水平,但因假定破坏面是平面，与实际的曲面有出入。,通常，计算主动土压力误差在210%，满足工程所需的精度要求；但被动土压力计算结果误差较大。,并且，上面的公式只适用于无粘性土。,三、特殊情况下土压力的计算,1、地面局部荷载 （1）集中荷载 按布辛奈斯克解：,Spangler修正解：,（2）线荷载 按布辛奈斯克解：,实测修正解：,近似解：,（3）条形荷载 按太沙基公式修正解：,朗肯近似解：,地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn,（1）地面满布均布荷载q0时，任何土层底面处： （2）离开挡土结构距离为a时,(3)作用在面积为 与挡土结构平行）的地面荷载，离开挡土结构距离时。,四、水压力,水压力，主要根据土质情况确定如何考虑水压力的问题 。 对于粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生的侧向压力可采用水土合算的方法，即侧压力为相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力系数。 对于砂性土，采用水土分算，即侧压力为相应深度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压力之和。,对比,砂土简化计算，将水压力与土压力分别计算，并把水看作是：主动压力=静止压力=被动压力=,悬臂支护桩土压力分布,芝加哥深基坑土压力实测图 柏林地道工程土压力实测图,
