1、第三章第三章 側壓力側壓力內容提要內容提要 第一節第一節 土的側壓力土的側壓力 第二節第二節 水壓力和流水壓力水壓力和流水壓力 第三節第三節 波浪荷載波浪荷載 第四節第四節 凍脹力凍脹力 第五節第五節 冰壓力冰壓力 第六節第六節 撞擊力撞擊力第一節、土的側壓力第一節、土的側壓力 一、土側壓力的分類一、土側壓力的分類 土的側壓力土的側壓力 擋土墻后的填土因擋土墻后的填土因自重自重或或外荷載外荷載作用對墻背產生的側作用對墻背產生的側向壓力向壓力 土側壓力的大小及其分布規律土側壓力的大小及其分布規律 擋土墻可能的運動方向；墻后填土的種類；填土面的形式；墻的截擋土墻可能的運動方向；墻后填土的種類；填土

2、面的形式；墻的截面剛度；地基的變形等面剛度；地基的變形等 土壓力分類土壓力分類（墻的位移情況墻的位移情況及及墻后填土所處的狀態墻后填土所處的狀態） 靜止土壓力靜止土壓力 E E0 0 主動土壓力主動土壓力 E Ea a 被動土壓力被動土壓力 E Ep p 1 1、靜止土壓力靜止土壓力( (earth pressure at restearth pressure at rest) ) 如果擋土墻在如果擋土墻在土壓力土壓力作用下作用下不發生移動或轉動而保持原來位置不發生移動或轉動而保持原來位置，則墻，則墻后土體處于后土體處于彈性平衡狀態彈性平衡狀態，此時墻背所受的土壓力稱為，此時墻背所受的土壓力稱

3、為靜止土壓力靜止土壓力 以符號以符號E E0 0表示表示2 2、主動土壓力主動土壓力 ( (active earth pressureactive earth pressure) ) 當擋土墻在填土產生的當擋土墻在填土產生的土壓力土壓力作用下作用下向墻前移動和轉動向墻前移動和轉動時，隨著位移時，隨著位移量的增大，作用于墻后的土壓力逐漸減少，當位移量達某一（微量）量的增大，作用于墻后的土壓力逐漸減少，當位移量達某一（微量）值時，墻后土體處于值時，墻后土體處于主動極限平衡狀態主動極限平衡狀態，此時作用于墻背上的土壓力，此時作用于墻背上的土壓力稱稱為主動土壓力為主動土壓力 以符號以符號E Ea a表

4、示表示3 3、被動土壓力被動土壓力( (passive earth pressurepassive earth pressure) ) 當擋土墻當擋土墻在外荷載作用在外荷載作用下下推向土體推向土體時，隨著墻向后位移量的增加，土時，隨著墻向后位移量的增加，土體對墻背的反力也逐漸增加，當位移量足夠大，直到土體在墻的推壓體對墻背的反力也逐漸增加，當位移量足夠大，直到土體在墻的推壓下達到下達到被動極限平衡狀態被動極限平衡狀態時，作用于墻背上的土壓力稱為時，作用于墻背上的土壓力稱為被動土壓被動土壓力力以符號以符號E Ep p表示表示4 4、擋土墻土壓力演示擋土墻土壓力演示 5 5、E E0 0、E Ea

5、 a、E Ep p三者的關系三者的關系（如圖如圖） 試驗研究表明：試驗研究表明： 在相同條件下，主動土壓力在相同條件下，主動土壓力E Ea a小于靜止土壓力小于靜止土壓力E E0 0 ，而靜止土壓力，而靜止土壓力E E0 0又小于被動土壓力又小于被動土壓力E Ep p ，即，即 E Ea a E E0 0 0.5mh0.5m時考慮波浪對構筑物的作用力）時考慮波浪對構筑物的作用力） 波浪的特性；波浪的特性；構筑物類型構筑物類型；當地的地形地貌；海底坡度等；當地的地形地貌；海底坡度等 根據經驗確定根據經驗確定 構筑物的分類構筑物的分類（L/L/ = =構筑物水平軸線長度構筑物水平軸線長度/ /浪高

6、波長浪高波長） P24，表，表3-1 L/ 0.2 1.0 樁柱樁柱 墩柱墩柱 直墻或斜坡直墻或斜坡2 . 0L12 . 0L1L 直墻直墻( (L/L/ 1.01.0) )上的波浪荷載計算上的波浪荷載計算 考慮三種波浪：考慮三種波浪： 立波立波 近區破碎波近區破碎波 構筑物附近半個波長范圍內（構筑物附近半個波長范圍內（/2/2）發生破碎的波）發生破碎的波 遠區破碎波遠區破碎波 距直墻半個波長以外（距直墻半個波長以外（ /2/2）發生破碎的波）發生破碎的波 內側內側 p/1 p1 外側外側 海平面海平面 h+h0 h-h0 H p/2 p2（1 1）立波的壓力立波的壓力-SainflowSai

7、nflow方法（最古老、最簡單）方法（最古老、最簡單） 有限水深立波的一次近似解有限水深立波的一次近似解適用范圍適用范圍：H(H(水深水深)/ )/ =0.135 =0.135 0.200.20；h(h(浪高浪高)/ )/ 0.0350.035波谷壓強波谷壓強波峰壓強波峰壓強0021hHhhhgHppHghp2cosh2Hhh2cosh2001hhgpHghpp2cosh22 海平面海平面 Z=h1(波高波高) pmax h1/3 H db (db 波浪破碎時的水深波浪破碎時的水深) b Pmax/2(2) (2) 遠區破碎波的壓力遠區破碎波的壓力- -距直墻半個波長以外（距直墻半個波長以外（

8、 /2/2 ）發生破碎）發生破碎破碎波對直墻的作用力破碎波對直墻的作用力相當于一股水流沖擊直墻時產生的波壓力相當于一股水流沖擊直墻時產生的波壓力h h1 1遠區破碎波的波高；遠區破碎波的波高；d db b波浪破碎時的水深。波浪破碎時的水深。作用于直墻上的最大壓墻：作用于直墻上的最大壓墻：gKp22max（P26P26，3-253-25）K K試驗確定，一般取試驗確定，一般取1.71.7； 波浪沖擊直墻的水流速度（一般很難確定）波浪沖擊直墻的水流速度（一般很難確定） 水的密度，水的密度，kg/mkg/m3 3；g g重力加速度（重力加速度（9.819.81m/sm/s2 2）。（3 3）近區破碎

9、波的壓力）近區破碎波的壓力 構筑物附近半個波長范圍內（構筑物附近半個波長范圍內（ /2/2 ）發生破碎）發生破碎 破碎波對直墻的作用力破碎波對直墻的作用力 瞬時動水壓力瞬時動水壓力 近區破碎波的壓力計算方法近區破碎波的壓力計算方法 MinikinMinikin法法 MinikinMinikin法法 最大動水壓力發生在靜水面；最大動水壓力發生在靜水面； 近區破碎波的壓強近區破碎波的壓強 = = 動水壓強動水壓強 + + 靜水壓強靜水壓強 動水壓力分布動水壓力分布 呈拋物線分布，在呈拋物線分布，在 h hb b/2/2靜水面范圍內，最大動水壓強靜水面范圍內，最大動水壓強p pm m在靜水面處。在靜

10、水面處。bmhDHgHp1100 其中，其中，h hb b破碎波的波高；破碎波的波高； 對應于水深為對應于水深為D D處的波長處的波長 y pm hb/2 動壓強分布動壓強分布 x hb/2 靜水面靜水面 靜壓強分布靜壓強分布ps H D 堆石基床堆石基床 靜水壓強分布靜水壓強分布 p ps s0,5 . 020 ,215 . 0yghhyhyghpbbbbs第第 四四 節節 凍凍 脹脹 力力 一、凍土的概念一、凍土的概念 具有負溫或零溫度（具有負溫或零溫度（ 0 00 0c c），其中含有冰，且膠結著松散固體顆粒的土體），其中含有冰，且膠結著松散固體顆粒的土體 凍土的分類凍土的分類（按凍土存

11、在的時間）（按凍土存在的時間） 多年凍土（或永凍土）多年凍土（或永凍土） 凍結持續時間凍結持續時間3 3年的土層年的土層 約占全國總面積的約占全國總面積的21.5%21.5% 季節凍土季節凍土 每年冬季凍結，夏季全部融化的土層每年冬季凍結，夏季全部融化的土層 約占全國總面積的約占全國總面積的75%75% 瞬時凍土瞬時凍土 冬季凍結狀態僅持續幾個小時至數日的土層冬季凍結狀態僅持續幾個小時至數日的土層二、凍土的性質二、凍土的性質 凍土的基本成分凍土的基本成分 固態的土顆粒固態的土顆粒 + + 冰冰 + + 液態水液態水 + + 氣體、水氣復雜的氣體、水氣復雜的多相天然復合體多相天然復合體 結構構造

12、：結構構造：非均質、各相異性的多孔介質非均質、各相異性的多孔介質三、季節凍土與結構的關系三、季節凍土與結構的關系 冬季低溫時結構物冬季低溫時結構物凍脹破壞凍脹破壞 開裂、斷裂、嚴重者造成結構物傾覆等開裂、斷裂、嚴重者造成結構物傾覆等 春季融化期間引起地基沉降，對結構產生春季融化期間引起地基沉降，對結構產生變形作用變形作用四、土的凍脹原理四、土的凍脹原理 土體凍脹三要素：土體凍脹三要素：水分水分 + + 土質土質 + + 負溫度負溫度 冰夾層、冰透鏡層（聚冰現象）冰夾層、冰透鏡層（聚冰現象） 土體凍結土體凍結不均勻膨脹不均勻膨脹向四面擴張的內應力（即凍脹力）（向四面擴張的內應力（即凍脹力）（在封

13、在封閉體系中閉體系中） 冰夾層、冰透鏡層（聚冰現象）冰夾層、冰透鏡層（聚冰現象） 冰夾層、冰透鏡層冰夾層、冰透鏡層( (聚冰現象聚冰現象) ) 凍層膨脹凍層膨脹 凍結峰面凍結峰面 （水分遷移）（水分遷移） 水分水分 土的凍脹原理土的凍脹原理 H 五、凍脹力的分類五、凍脹力的分類切向凍脹力切向凍脹力 作用于結構物基礎側面使基礎產生向上拔力作用于結構物基礎側面使基礎產生向上拔力法向凍脹力法向凍脹力 nono垂直于基底冰結面和基礎底面垂直于基底冰結面和基礎底面水平凍脹力水平凍脹力 hoho垂直于基礎或結構物側表面垂直于基礎或結構物側表面水平凍脹力水平凍脹力 ho法向凍脹力法向凍脹力 no切向凍脹力切

14、向凍脹力 六、凍脹力的計算六、凍脹力的計算1 1、切向凍脹力切向凍脹力 -按按單位切向凍脹力單位切向凍脹力取值取值 單位切向凍脹力：單位切向凍脹力：平均單位切向凍脹力平均單位切向凍脹力 （k kp pa a） 相對平均單位凍脹力相對平均單位凍脹力T Tk k(kN(kN/m)/m) 一般按平均單位切向力計算（按一般按平均單位切向力計算（按建筑樁基技術規范建筑樁基技術規范JGJ94-94JGJ94-94） 與基礎接觸的凍深（與基礎接觸的凍深（m m） 總的切向凍脹力總的切向凍脹力 T T= = U U H H 與凍土接觸的基礎周長（與凍土接觸的基礎周長（m m） 2 2、法向凍脹力法向凍脹力 n

15、ono- - 影響因素復雜，隨諸因素變化而變化影響因素復雜，隨諸因素變化而變化 影響因素：凍土的各種特性；影響因素：凍土的各種特性； 凍土層底下未凍土的壓縮性；凍土層底下未凍土的壓縮性； 作用于凍土層上的外部壓力；作用于凍土層上的外部壓力； 結構物抗變形能力等結構物抗變形能力等 日本：日本： nono= = E E =E =E h/H h/H （P31P31，3-363-36） h h凍脹量；凍脹量； H H凍結深度；凍結深度； E E凍土彈性模量凍土彈性模量 3 3、水平凍脹力水平凍脹力 hoho - 沒有確定的計算公式，按基于現場或室內測試給出的經驗值沒有確定的計算公式，按基于現場或室內測

16、試給出的經驗值 細粒土的最大凍脹力：細粒土的最大凍脹力： 100100 150150kpakpa 粗粒土的最大凍脹力：粗粒土的最大凍脹力： 5050 100100kpakpa第五節第五節 冰冰 壓壓 力力 一、冰壓力的概念一、冰壓力的概念 位于冰凌河流和水庫中的結構物（如橋墩等），由于冰層的作用對位于冰凌河流和水庫中的結構物（如橋墩等），由于冰層的作用對結構產生的壓力結構產生的壓力二、冰壓力的計算二、冰壓力的計算 對具有豎向前棱的橋墩，冰壓力可按下述規定取用：對具有豎向前棱的橋墩，冰壓力可按下述規定取用： 冰對樁或墩產生的冰壓力標準值冰對樁或墩產生的冰壓力標準值iktibtRmCF m樁樁或或

17、墩墩迎迎冰冰面面形形狀狀系系數數 尖尖角角形形的的迎迎冰冰面面角角度度 迎迎冰冰面面形形狀狀 系系數數 平平面面 圓圓弧弧形形 45 度度 60 度度 75 度度 90 度度 120 度度 m 1.0 0.90 0.54 0.59 0.64 0.69 0.77 tC- -冰溫系數冰溫系數 冰溫冰溫C 0 -10 及以下及以下 tC 1.0 2.0 注注(1)(1)列表冰溫系數可線性內插；列表冰溫系數可線性內插； (2)(2)對對海冰，冰溫取結冰期最低冰溫海冰，冰溫取結冰期最低冰溫；對；對河冰河冰, ,取解凍期最低冰溫取解凍期最低冰溫。 b樁或墩迎冰面投影寬度樁或墩迎冰面投影寬度 t計算冰厚（計

18、算冰厚（m m） ，可取實際調查的最大冰厚；） ，可取實際調查的最大冰厚； ikR冰的抗壓強度標準值（冰的抗壓強度標準值（2mkN） ，可取當地冰溫） ，可取當地冰溫C0時的冰抗壓強時的冰抗壓強度；當缺乏實測資料時，對海冰可取度；當缺乏實測資料時，對海冰可取2750mkNRik；對河冰，流冰；對河冰，流冰開始時開始時2750mkNRik， 最高流冰水位時可取， 最高流冰水位時可取2450mkNRik。 冰壓力的合力作用于計算結冰水位以下冰壓力的合力作用于計算結冰水位以下0.30.3倍冰厚處。倍冰厚處。第六節第六節 撞擊力撞擊力 位于通航河流或有漂流物的河流中的橋梁墩臺位于通航河流或有漂流物的河

19、流中的橋梁墩臺, ,設計時應考慮船舶或漂流設計時應考慮船舶或漂流物的撞擊作用物的撞擊作用 撞擊作用標準值取用或計算撞擊作用標準值取用或計算 當缺乏實際調查資料時，內河上船舶撞擊作用標準值可按下表采用；當缺乏實際調查資料時，內河上船舶撞擊作用標準值可按下表采用； 四、五、六、七級航道內的鋼筋混凝土樁墩，順橋向撞擊作用標準值可四、五、六、七級航道內的鋼筋混凝土樁墩，順橋向撞擊作用標準值可按下表所列數值的按下表所列數值的50%50%考慮。考慮。內內河河船船舶舶撞撞擊擊作作用用標標準準值值 內內河河航航道道等等級級 船船舶舶噸噸位位 D DW WT T（t t） 橫橫橋橋向向撞撞擊擊作作用用（k kN

20、 N） 順順橋橋向向撞撞擊擊力力（k kN N） 一一 3 30 00 00 0 1 14 40 00 0 1 11 10 00 0 二二 2 20 00 00 0 1 11 10 00 0 9 90 00 0 三三 1 10 00 00 0 8 80 00 0 6 65 50 0 四四 5 50 00 0 5 55 50 0 4 45 50 0 五五 3 30 00 0 4 40 00 0 3 35 50 0 六六 1 10 00 0 2 25 50 0 2 20 00 0 七七 5 50 0 1 15 50 0 1 12 25 5 當缺乏實際調查資料時，海輪撞擊作用標準值可按下表采用。當缺

21、乏實際調查資料時，海輪撞擊作用標準值可按下表采用。海輪撞擊作用的標準值海輪撞擊作用的標準值（kNkN） 船舶噸位船舶噸位 DWTDWT（t t） 30003000 50005000 75007500 1000010000 2000020000 3000030000 4000040000 5000050000 橫橋向撞擊作用橫橋向撞擊作用 1960019600 2540025400 3100031000 3580035800 5070050700 6210062100 7170071700 8020080200 順橋向撞擊作用順橋向撞擊作用 98009800 1270012700 1550015

22、500 1790017900 2535025350 3105031050 3585035850 4010040100 可能遭受大型船舶撞擊作用的橋墩，應根據橋墩的自身抗撞擊能力、橋可能遭受大型船舶撞擊作用的橋墩，應根據橋墩的自身抗撞擊能力、橋墩的位置和外形、流水流速、水位變化、通航船舶類型和碰撞速度等因素做墩的位置和外形、流水流速、水位變化、通航船舶類型和碰撞速度等因素做橋墩設施的設計橋墩設施的設計。當設有與墩臺分開的。當設有與墩臺分開的防撞擊的防護結構防撞擊的防護結構時，橋墩可不計船時，橋墩可不計船舶的撞擊作用。舶的撞擊作用。 漂流物橫橋向撞擊力標準值漂流物橫橋向撞擊力標準值 TVgWF W

23、漂流物重力（漂流物重力（kNkN）, ,河流中漂流物情況，按實際調查確定河流中漂流物情況，按實際調查確定 V水流速度（水流速度（m/sm/s） T撞擊時間（撞擊時間（s s） ，應根據實際資料估計，在無實際資料時，可用） ，應根據實際資料估計，在無實際資料時，可用 1s;1s; g重力加速度，重力加速度，281. 9smg 撞擊作用點撞擊作用點 內河船舶的撞擊作用點，假定為內河船舶的撞擊作用點，假定為計算通航水位線計算通航水位線以上以上2m2m的橋墩寬度或長的橋墩寬度或長度的中點。度的中點。 海輪船舶撞擊作用點需視實際情況而定。海輪船舶撞擊作用點需視實際情況而定。 漂流物的撞擊作用點假定在漂流

24、物的撞擊作用點假定在計算通航水位線計算通航水位線上橋墩寬度的中點上橋墩寬度的中點 橋梁結構必要時可考慮汽車的撞擊作用橋梁結構必要時可考慮汽車的撞擊作用 汽車撞擊力標準值在車輛行使方向取汽車撞擊力標準值在車輛行使方向取10001000kNkN，在車輛垂直方向取，在車輛垂直方向取500500kNkN，兩個方向的撞擊力不同時考慮，撞擊力作用于行車道以上兩個方向的撞擊力不同時考慮，撞擊力作用于行車道以上1.2m1.2m處，直接處，直接分布于撞擊涉及的構件上。分布于撞擊涉及的構件上。 對于設有防撞設施的結構構件，可視防撞設施的防撞能力，對汽車撞擊對于設有防撞設施的結構構件，可視防撞設施的防撞能力，對汽車

25、撞擊力標準值予以折減，但折減后汽車撞擊力標準值不應低于上述規定取值力標準值予以折減，但折減后汽車撞擊力標準值不應低于上述規定取值的的1/61/6。知識點知識點（19941994年年2 2月月2121日水利部水管日水利部水管19941061994106號通知）號通知） 河道的等級劃分，主要依據河道的等級劃分，主要依據河道的自然規模河道的自然規模及其及其對社會、經濟發展對社會、經濟發展影響的重要程度影響的重要程度等因素確定。等因素確定。 河道劃分為五個等級，即一級河道、二級河道、三級河道、四級河河道劃分為五個等級，即一級河道、二級河道、三級河道、四級河道、五級河道。道、五級河道。 河道等級劃分程序：一、二、三級河道由水利部認定；四、五級河河道等級劃分程序：一、二、三級河道由水利部認定；四、五級河道由省、自治區、直轄市水利（水電）廳（局）認定。道由省、自治區、直轄市水利（水電）廳（局）認定。河道分級指標表河道分級指標表 分級指標分級指標 影響范圍影響范圍 級級 別別 流域面積流域面積 ( (萬萬 km2)km2) (1)(1) 耕地耕地( (萬畝萬畝)