库伦土压力理论(库伦主动土压力解释)

1. 库伦土压力理论

1. 库伦土压力理论

朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土单元体的极限平衡条件而得出的土压力古典理论之一。而库伦土压力理论是以整个滑动土体上力系的平衡条件来求解主动土压力,被动土压力计算的理论公式

朗肯土压力的使用范围:假设墙背光滑,直立,填土面水平。

库伦土压力的使用范围:墙后填土是理想的散粒体,滑动破坏面为一平面,滑动土楔体视为刚体。

2. 库伦主动土压力解释

2. 库伦主动土压力解释

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。

建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。

根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。

各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。

下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°~25°的夹角。

基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。

提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。

3. 库伦土压力理论适合挡土墙

朗肯土压力理论基本假定:挡土墙结构,墙背竖直、光滑,其后填土表面水平并无限延伸。

库伦土压力理论基本假设:挡土墙和滑动土契体视为刚体,墙后填土为无粘性砂土,当墙身向前或向后偏移时,墙后滑动土契体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动。

如果墙背倾斜,具有倾角α;墙背粗糙,与填土摩擦角为β;墙后填土面有倾角δ。

当α=β=δ=0时,两者理论计算的土压力结果一致,郎肯是库伦的特例。

而库伦土压力理论是可以解决墙背倾斜,填土表面倾斜的一般土压力问题

4. 土力学库伦土压力

土力学(Soil mechanics)是研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科,是工程力学的一个分支。

为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论基础和方法。主要用于土木、交通、水利等工程。土力学是应用工程力学方法来研究土的力学性质的一门学科。土力学的研究对象是与人类活动密切相关的土和土体,包括人工土体和自然土体,以及与土的力学性能密切相关的地下水。奥地利工程师卡尔·太沙基(1883-1963)首先采用科学的方法研究土力学,被誉为现代土力学之父。土力学被广泛应用在地基、挡土墙、土工建筑物、堤坝等设计中,是土木工程、岩土工程、工程地质等工程学科的重要分枝。土力学的发展大致可分为三个阶段:远在古代,由于生产和生活上的需要,人们已懂得利用土来进行工程建设。例如中国很早就修建了万里长城、大运河、灵渠和大型宫殿等伟大建筑物;古埃及和巴比伦也修建了不少农田水利工程;古罗马的桥梁工程和腓尼基的海港工程也都具有重要意义。由于社会生产发展水平和技术条件的限制,发展极慢。直到18世纪中叶,这门学科仍停留在感性认识阶段。这是本学科发展的第一阶段。第二阶段开始于产业革命时期。大型建筑物的兴建和有关学科的发展,为研究地基与基础问题提供了条件,人们开始从已得的感性认识来寻求理性的解释。不少学者从工程观点来进行土的力学问题的理论和试验研究。法国科学家C.-A.de库仑发表了著名的土的抗剪强度和土压力理论(1773),英国W.J.M.兰金也发表了土压力理论这两种土压力理论至今还被广泛应用。18世纪中期以前﹐人类的建筑工程实践主要是根据建筑者的经验进行的。18世纪中叶至20世纪初期﹐工程建筑事业迅猛发展﹐许多学者相继总结前人和自己实践经验﹐发表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。例如法国的 C.-A. de库仑发表了土压力滑动楔体理论(1773)和土的抗剪强度准则(1776)﹔法国的H.P.G.达西在研究水在砂土中渗透的基础上提出了著名线性渗透定律(1856)﹔英国的W.J.M.兰金分析半无限空间土体在自重作用下达到极限平衡状态时的应力条件﹐提出了另一著名的土压力理论﹐与库仑理论一起构成了古典土压力理论﹔法国的J.V.博西内斯克(1885)提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式﹐成为地基土体中应力分布的重要计算方法﹔德国的O.莫尔(1900)提出了至今仍广泛应用的土的强度理论﹔19世纪末至20世纪初期瑞典的A.M.阿特贝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指数的分类﹐至今仍在实践中广泛应用。19世纪中叶到20世纪初期,随着生产的发展,基础工程有了很大进步,桩基和深基础的理论和施工方法也大有发展。人们在工程实践中积累了大量有关土的实际观测和模型试验的资料,并对土的强度、土的变形和土渗透性等专门课题作了某些理论探讨。从20世纪初以来是本学科发展的第三阶段。巨大工程的兴建、地基勘探、土工试验和现场观测技术的发展,促使人们开展理论研究并系统地总结实验成果。于是,土力学逐步形成了一门独立学科。奥地利学者K. 泰尔扎吉(又译太沙基)于1925年出版第一本土力学专著《土力学》,是土力学作为一个完整﹑独立学科已经形成的重要标志﹐在此专著中﹐他提出了著名的有效压力理论。苏联学者H. M. 格尔谢瓦诺夫于1931年出版《土体动力学原理》。后来陆续出版了一些著作。但是,以古典弹性力学和塑性力学为基础的土力学不能满足实践要求,有些学者便把相邻学科的新概念引入土力学,如50年代E. C. W. A. 盖兹和中国陈宗基将流变学基本概念引进土力学,随着生产的发展,大批土力学专著纷纷问世,现代物理学、物理化学和胶体化学、流变学、塑性力学等基础科学的发展和电子计算机的应用,更为土力学开辟了许多新的研究途径。土体是一种地质体。这就决定了这一学科的研究工作必须采用在地质学研究基础上的实验研究和力学分析方法。土力学的研究内容分为基础理论和工程应用两个方面: 基础理论研究主要是研究土在静载荷和动载荷作用下的力学性质,并结合大型工程进行数值分析和理论探讨。在静载荷下主要研究:①土的变形特性。通常利用固结仪、三轴压缩仪研究土的固结和次时间效应,以确定相应的参量;②土的强度。通常利用直剪仪、三轴压缩仪、单剪仪等测定土的应力-应变关系,确定抗剪强度指标,研究和建立强度准则和强度理论;③土渗透性。通常利用渗透仪,研究土孔隙中流体(水或空气)的流动规律,并确定其渗透系数等。在动力载荷作用下,主要研究土动力性质。通常利用动力三轴仪研究土在动力条件下的应力-应变关系(包括阻尼、动力强度等与频率的关系),应力波在土中的传播规律以及砂土液化规律等。另外,通过试验主要研究土流变性能,建立应力-应变时间关系,长期强度和相应的极限平衡理论。具体包括以下方面﹕研究土的渗透性和渗流;研究土体的应力-应变和应力-应变-时间的本构关系﹐以及强度准则和理论﹔研究在均布荷载或偏心荷载以及在各种形式基础的作用下﹐基础与地基土体接触面上的和地基土体中的应力分布﹐地基的压缩变形及其与时间的关系﹐以及地基的承载能力和稳定性等。工程应用研究主要是通过现场试验和长期观测,研究解决土工建筑物、地基、地下隧道和防护抗震工程等的稳定性及其处理措施以及土体作用于挡土结构物上的侧压力,即土压力的大小和分布规律等工程实际问题;根据极限平衡原理用稳定性系数评价天然土坡的稳定性和进行人工土坡的设计﹔计算在自重和建筑物附加荷载作用下土体的侧向压力﹐为设计挡土结构物提供依据﹔改进和研制为进行上述研究所必需的技术﹑方法和仪器设备。由于土的性质是极其复杂的,因而理论的发展是艰难的。关于土的理论,经过不少学者的艰辛研究和探讨,已取得不少成果,但进一步的发展还远没有结束。我认为,土力学的发展少不了三样法宝:理论、试验、计算机。作为当今科技的驱动器,计算机是不可或缺的,发展数值分析是土力学的一个研究方向。数学是一切自然学科的基石,数学的发展必将促进土力学的发展,作为一个工程师,扎实的数学功底是其巨大的优势。天然土是复杂的,不可能按某种配方将其制作出来,因此数值模拟和理论分析不能解决所有问题,试验对土力学的发展是必不可少的,是相当重要的,经不起实验检验的理论,即使再完美也是没有任何实际工程意义的。只有合理利用这三样法宝,土力学才能走得更远。高大建筑物﹑核电站以及近海石油探采平台等世界性地兴建﹐不断对土力学提出更高的要求。裂隙对土体力学性能的控制性﹑非线性应力-应变的本构关系以及新的测试技术和设备等方面的研究将会有新的进展。

5. 库伦土压力理论的假定

库伦土压力计算公式为:

  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——墙高;

  h0——墙背填土表面活载折算土柱高度,

  h0=q/γ土;

  θ——破裂面与垂直线夹角;

  ψ——填料内摩擦角;

  α——墙背与垂直面夹角;

  δ——墙背与墙后填料摩擦角,取δ=ψ/2;

  C——墙背顶点至墙背填土表面活载分布边缘的距离.

6. 库伦土压力理论的计算公式是根据滑动土体各点

朗肯土压力理论的基本假设是墙背直立、光滑,墙后填土面水平。

库仑土压力理论的基本假设是1、墙后填土为均匀砂性土;2、华东破裂面通过墙角的两组平面;3、滑动土体为楔形的刚性体

7. 库伦土压力理论基本假设

库仑土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时,从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。

其基本假设如下:(1)墙后的填土是理想的散颗粒体(黏聚力c=0)。(2)滑动破坏面为一平面。一般挡土墙的计算均属于平面问题,故在下述讨论中均沿墙的长度方向取1m进行分析,当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面BC破坏时,土楔ABC向下滑动而处于主动极限平衡状态。此时,作用于土楔ABC上的力有:(1)土楔体的自重W=△ABCγ,γ为填土的重度,只要破坏面BC的位置一确定,W的大小就是已知值,其方向向下。(2)破坏面BC上的反力R,其大小是未知的,但其方向则是已知的。反力R与破坏面BC的法线N1之间的夹角等于土的内摩擦角φ,并位于N1的下侧。(3)墙背对土楔体的反力E,与它大小相等、方向相反的作用力就是墙背上的土压力。反力E的方向必与墙背的法线N2成δ角,δ角为墙背与填土之间的摩擦角,称为外摩擦角。当土楔下滑时,墙对土楔的阻力是向上的,故反力E必在N2的下侧。土楔体在以上三力作用下处于静力平衡状态。

8. 库伦土压力理论可以于计算墙背倾斜和填土倾斜的情况吗

采用库仑土压力理论,挡土墙的主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生的假设,建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,并求得精确解,分别给出了墙体水平变位、墙体绕地基转动、墙体绕墙顶转动三种变位模式下,土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式,并与库仑土压力公式和有关实验结果进行了比较分析。

结果表明,三种墙体变位模式下的土压力合力等于库仑土压力公式计算结果,但土压力合力作用点有显著差别。结合工程设计,对挡土墙主动土压力的大小和分布,以及作用点的取值等问题进行了讨论,并提出建议。

9. 简述库伦土压力理论

朗肯土压力理论从一点的应力状态出发,先求出压力强度,再求出总压力,属于极限应力法;而对于库伦土压力理论,是从整个滑动楔体的静力平衡出发,直接求出总图的压力。两者出发点的不同在于朗肯从微观出发,库伦从宏观出发。

朗肯土压力理论是根据匀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推导的;库伦土压力理论是根据墙后所形成的滑动契体静力平衡条件(土契体自重G,破裂面上的反力R,墙背对土契体的反力E)建立的土压力计算方法。而且,两者都利用了莫尔-库伦强度理论。

库仑土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态时的力系平衡条件,并且形成一滑动体楔体时,从楔体的静态平衡条件得出的土压力计算理论。其基本假设是:墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c=0);滑动破坏面为一平面。

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