土压力理论
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库伦土压力理论
库伦土压力理论是由美国地理学家约翰·库伦(John Kullen)于1937年提出的。
在这个理论中,库伦认为,土地的地表空间是有限的,而人类对地球来说却是无限的,因此会产生巨大的土地压力。
库伦土压力理论提出,土地压力主要来源于人口增长、经济发展、技术进步、城市化、社会结构变化等多种因素,这些因素会导致人们对地球资源的消耗和破坏,从而造成大量的土地浪费和环境污染。
库伦土压力理论强调,要改变这种不良状况,必须要求社会和政府采取有效的土地利用政策,提升土地利用效率,保护和改善土地质量,并有效控制土地利用。
另外,还要促进农业现代化,推动农村社会结构的变化和农业经济的繁荣发展,加强农村社会可持续发展的能力。
库伦土压力理论对土地利用的规划和管理有重要的指导意义,它可以帮助我们更深入地探索土地利用问题,分析土地利用变化的原因,并采取有效措施来改善土地利用状况。
只有把握好库伦土压力理论,才能在节约资源、保护环境、确保土地的可持续利用的同时,实现土地的有效利用,促进社会的可持续发展。
库仑土压力理论1776年法国的库伦(C.A.Coulomb)根据极限平衡的概念,并假定滑动面为平面,分析了滑动楔体的力系平衡,从而求算出挡土墙上的土压力,成为著名的库伦土压力理论。
一、基本原理库伦研究了回填砂土挡土墙的土压力,把挡土墙后的土体看成是夹在两个滑动面(一个面是墙背,另一个面在土中,如图6-12中的AB和BC面)之间的土楔。
根据土楔的静平衡条件,可以求解出挡土墙对滑动土楔的支撑反力,从而可求解出作用于墙背的总土压力。
这种计算方法又称为滑动土楔平衡法。
应该指出,应用库伦土压力理论时,要试算不同的滑动面,只有最危险滑动面AB对应的土压力才是土楔作用于墙背的Pa或Pp库伦理论的基本假设:1.墙后填土为均匀的无粘性土(c=0),填土表面倾斜(β>0);2.挡土墙是刚性的,墙背倾斜,倾角为ε;3.墙面粗糙,墙背与土本之间存在摩擦力(δ>0);4.滑动破裂面为通过墙踵的平面。
二、主动土压力计算如图所示,墙背与垂直线的夹角为ε,填土表面倾角为β,墙高为H,填土与墙背之间的摩擦角为δ,土的内摩擦角为φ,土的凝聚力c=0,假定滑动面BC通过墙踵。
滑裂面与水平面的夹角为α,取滑动土楔ABC作为隔离体进行受力分析(图6-11b)。
土楔是作用有以下三个力:1.土楔ABC自重W,由几何关系可计算土楔自重,方向向下;2.破裂滑动面BC上的反力R,大小未知,作用方向与BC面的法线的夹角等于土的内摩擦角φ,在法线的下侧;3.墙背AB对土楔体的反力P(挡土墙土压力的反力),该力大小未知,作用方向与墙面AB的法线的夹角δ,在法线的下侧。
土楔体ABC在以上三个力的作用下处于极限平衡状态,则由该三力构成的力的矢量三角形必然闭合。
已知W的大小和方向,以及R、P的方向,可给出如图所示的力三角形。
按正弦定理可求得:求其最大值(即取dP/dα=0),可得主动土压力式中Ka为库伦主动土压力系数,可按下式计算确定沿墙高度分布的主动土压力强度pa可通过对式(6-21)微分求得:由此可知,主动土压力强度沿墙高呈三角形分布,主动土压力沿墙高的分布图形如图所示。
地基土压力理论在公路工程中常遇到挡土结构物(或称挡土墙),其作用都是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力,在设计挡土墙的断面尺寸和验算其稳定性时,必须计算出作用在墙上的土压力。
土压力的大小不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关,而且与挡土墙的刚度和位移有关。
当挡土墙离开填土移动,墙后填土达到极限平衡状态(或破坏)时,作用在墙上的土压力称为主动土压力,它是土压力中的最小值。
当挡土墙向填土挤压,墙后填土达到极限平衡状态时,作用在墙上的土压力称为被动土压力,它是土压力中的最大值。
作用在挡土墙上的土压力可能是主动土压力与被动土压力之间的任一数值,这取决于墙的移动情况。
挡土墙完全没有侧向移动时的土压力,称为静止土压力。
本节将介绍土体作用在挡土结构物上土压力的计算。
一、朗肯土压力理论朗肯(Rankine)在19世纪提出的朗肯土压力理论,假设挡土墙背面竖直而且光滑。
在表面水平时的半无限无黏性土中,若整个土体发生侧向拉伸达到主动极限平衡状态时,侧向压力σx 小于竖向压力σz,土的自重应力为大主应力,侧向压力即主动土压力为小主应力;若整个土体发生侧向挤压达到朗肯被动极限平衡状态,侧向压力σx 大于竖向压力σz,土的自重应力为小主应力,侧向压力即被动土压力为大主应力,由极限平衡条件得出主、被动土压力。
贝尔(Bell)和里骚(Resal)分别将朗肯理论推广到黏性填土。
式中 Ka——朗肯主动土压力系数,;Kp——朗肯被动土压力系数,;γ——土的容重;φ——土的内摩擦角;c——土的凝聚力;z——墙顶以下深度;q——填土表面均布荷载。
主动土压力合力)/3处。
作用点位于墙底面以上(H-z作用点在梯形的形心处。
被动土压力合力作用点在梯形的形心处。
式中 H——墙高。
二、库伦土压力理论库伦18世纪提出了无黏性土的库伦土压力理论。
库伦理论确定挡土墙上的土压力,不是考虑单元土体的平衡,而是考虑整个滑体上力的平衡,求出主动和被动土压力。
如图4-24所示,当墙向前移动时,假定破坏面为AC,它与水平面的夹角为θ,则作用在沿动棱体ABC上的力有:①滑动棱体ABC的重量W;②破坏面AC上的反力R,R的方向与破坏面法线的夹角为φ;③墙背面AB对滑动棱体的反力P(大小等于土压力,方向与墙背面的法线夹角为φ)。