1、第三章第三章 侧压力侧压力内容提要内容提要 第一节第一节 土的侧压力土的侧压力 第二节第二节 水压力和流水压力水压力和流水压力 第三节第三节 波浪荷载波浪荷载 第四节第四节 冻胀力冻胀力 第五节第五节 冰压力冰压力 第六节第六节 撞击力撞击力第一节、土的侧压力第一节、土的侧压力 一、土侧压力的分类一、土侧压力的分类 土的侧压力土的侧压力 挡土墙后的填土因挡土墙后的填土因自重自重或或外荷载外荷载作用对墙背产生的侧作用对墙背产生的侧向压力向压力 土侧压力的大小及其分布规律土侧压力的大小及其分布规律 挡土墙可能的运动方向；墙后填土的种类；填土面的形式；墙的截挡土墙可能的运动方向；墙后填土的种类；填土
2、面的形式；墙的截面刚度；地基的变形等面刚度；地基的变形等 土压力分类土压力分类（墙的位移情况墙的位移情况及及墙后填土所处的状态墙后填土所处的状态） 静止土压力静止土压力 E E0 0 主动土压力主动土压力 E Ea a 被动土压力被动土压力 E Ep p 1 1、静止土压力静止土压力( (earth pressure at restearth pressure at rest) ) 如果挡土墙在如果挡土墙在土压力土压力作用下作用下不发生移动或转动而保持原来位置不发生移动或转动而保持原来位置，则墙，则墙后土体处于后土体处于弹性平衡状态弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为，此时墙背所受的土压力称
3、为静止土压力静止土压力 以符号以符号E E0 0表示表示2 2、主动土压力主动土压力 ( (active earth pressureactive earth pressure) ) 当挡土墙在填土产生的当挡土墙在填土产生的土压力土压力作用下作用下向墙前移动和转动向墙前移动和转动时，随着位移时，随着位移量的增大，作用于墙后的土压力逐渐减少，当位移量达某一（微量）量的增大，作用于墙后的土压力逐渐减少，当位移量达某一（微量）值时，墙后土体处于值时，墙后土体处于主动极限平衡状态主动极限平衡状态，此时作用于墙背上的土压力，此时作用于墙背上的土压力称称为主动土压力为主动土压力 以符号以符号E Ea a表
4、示表示3 3、被动土压力被动土压力( (passive earth pressurepassive earth pressure) ) 当挡土墙当挡土墙在外荷载作用在外荷载作用下下推向土体推向土体时，随着墙向后位移量的增加，土时，随着墙向后位移量的增加，土体对墙背的反力也逐渐增加，当位移量足够大，直到土体在墙的推压体对墙背的反力也逐渐增加，当位移量足够大，直到土体在墙的推压下达到下达到被动极限平衡状态被动极限平衡状态时，作用于墙背上的土压力称为时，作用于墙背上的土压力称为被动土压被动土压力力以符号以符号E Ep p表示表示4 4、挡土墙土压力演示挡土墙土压力演示 5 5、E E0 0、E Ea
5、 a、E Ep p三者的关系三者的关系（如图）（如图） 试验研究表明：试验研究表明： 在相同条件下，主动土压力在相同条件下，主动土压力E Ea a小于静止土压力小于静止土压力E E0 0 ，而静止土压力，而静止土压力E E0 0又小于被动土压力又小于被动土压力E Ep p ，即，即 E Ea a E E0 0 0.5mh0.5m时考虑波浪对构筑物的作用力）时考虑波浪对构筑物的作用力） 波浪的特性；波浪的特性；构筑物类型构筑物类型；当地的地形地貌；海底坡度等；当地的地形地貌；海底坡度等 根据经验确定根据经验确定 构筑物的分类构筑物的分类（L/L/ = =构筑物水平轴线长度构筑物水平轴线长度/ /
6、浪高波长浪高波长） P24，表，表3-1 L/ 0.2 1.0 桩柱桩柱 墩柱墩柱 直墙或斜坡直墙或斜坡2 . 0L12 . 0L1L 直墙直墙(L/(L/ 1.01.0) )上的波浪荷载计算上的波浪荷载计算 考虑三种波浪：考虑三种波浪： 立波立波 近区破碎波近区破碎波 构筑物附近半个波长范围内（构筑物附近半个波长范围内（/2/2）发生破碎的波）发生破碎的波 远区破碎波远区破碎波 距直墙半个波长以外（距直墙半个波长以外（ /2/2）发生破碎的波）发生破碎的波 内侧内侧 p/1 p1 外侧外侧 海平面海平面 h+h0 h-h0 H p/2 p2（1 1）立波的压力立波的压力-Sainflow-S
7、ainflow方法（最古老、最简单）方法（最古老、最简单） 有限水深立波的一次近似解有限水深立波的一次近似解适用范围适用范围：H(H(水深水深)/ )/ =0.135 =0.135 0.200.20；h(h(浪高浪高)/ )/ 0.0350.035波谷压强波谷压强波峰压强波峰压强0021hHhhhgHppHghp2cosh2Hhh2cosh2001hhgpHghpp2cosh22 海平面海平面 Z=h1(波高波高) pmax h1/3 H db (db 波浪破碎时的水深波浪破碎时的水深) b Pmax/2(2) (2) 远区破碎波的压力远区破碎波的压力- -距直墙半个波长以外（距直墙半个波长以
8、外（ /2/2 ）发生破碎）发生破碎破碎波对直墙的作用力破碎波对直墙的作用力相当于一股水流冲击直墙时产生的波压力相当于一股水流冲击直墙时产生的波压力h h1 1远区破碎波的波高；远区破碎波的波高；d db b波浪破碎时的水深。波浪破碎时的水深。作用于直墙上的最大压墙：作用于直墙上的最大压墙：gKp22max（P26P26，3-253-25）KK试验确定，一般取试验确定，一般取1.71.7； 波浪冲击直墙的水流速度（一般很难确定）波浪冲击直墙的水流速度（一般很难确定） 水的密度，水的密度，kg/mkg/m3 3；gg重力加速度（重力加速度（9.81m/s9.81m/s2 2）。（3 3）近区破碎
9、波的压力）近区破碎波的压力 构筑物附近半个波长范围内（构筑物附近半个波长范围内（ /2/2 ）发生破碎）发生破碎 破碎波对直墙的作用力破碎波对直墙的作用力 瞬时动水压力瞬时动水压力 近区破碎波的压力计算方法近区破碎波的压力计算方法 MinikinMinikin法法 MinikinMinikin法法 最大动水压力发生在静水面；最大动水压力发生在静水面； 近区破碎波的压强近区破碎波的压强 = = 动水压强动水压强 + + 静水压强静水压强 动水压力分布动水压力分布 呈抛物线分布，在呈抛物线分布，在 h hb b/2/2静水面范围内，最大动水压强静水面范围内，最大动水压强p pm m在静水面处。在静
10、水面处。bmhDHgHp1100 其中，其中，h hb b破碎波的波高；破碎波的波高； 对应于水深为对应于水深为D D处的波长处的波长 y pm hb/2 动压强分布动压强分布 x hb/2 静水面静水面 静压强分布静压强分布ps H D 堆石基床堆石基床 静水压强分布静水压强分布 p ps s0,5 . 020 ,215 . 0yghhyhyghpbbbbs第第 四四 节节 冻冻 胀胀 力力 一、冻土的概念一、冻土的概念 具有负温或零温度（具有负温或零温度（ 0 00 0c c），其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土体），其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土体 冻土的分类冻土的分类（按冻土存
11、在的时间）（按冻土存在的时间） 多年冻土（或永冻土）多年冻土（或永冻土） 冻结持续时间冻结持续时间3 3年的土层年的土层 约占全国总面积的约占全国总面积的21.5%21.5% 季节冻土季节冻土 每年冬季冻结，夏季全部融化的土层每年冬季冻结，夏季全部融化的土层 约占全国总面积的约占全国总面积的75%75% 瞬时冻土瞬时冻土 冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层二、冻土的性质二、冻土的性质 冻土的基本成分冻土的基本成分 固态的土颗粒固态的土颗粒 + + 冰冰 + + 液态水液态水 + + 气体、水气复杂的气体、水气复杂的多相天然复合体多相天然复合体 结构构造
12、：结构构造：非均质、各相异性的多孔介质非均质、各相异性的多孔介质三、季节冻土与结构的关系三、季节冻土与结构的关系 冬季低温时结构物冬季低温时结构物冻胀破坏冻胀破坏 开裂、断裂、严重者造成结构物倾覆等开裂、断裂、严重者造成结构物倾覆等 春季融化期间引起地基沉降，对结构产生春季融化期间引起地基沉降，对结构产生变形作用变形作用四、土的冻胀原理四、土的冻胀原理 土体冻胀三要素：土体冻胀三要素：水分水分 + + 土质土质 + + 负温度负温度 冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象） 土体冻结土体冻结不均匀膨胀不均匀膨胀向四面扩张的内应力（即冻胀力）（向四面扩张的内应力（即冻胀力）（在封
13、在封闭体系中闭体系中） 冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象） 冰夹层、冰透镜层冰夹层、冰透镜层( (聚冰现象聚冰现象) ) 冻层膨胀冻层膨胀 冻结峰面冻结峰面 （水分迁移）（水分迁移） 水分水分 土的冻胀原理土的冻胀原理 H 五、冻胀力的分类五、冻胀力的分类切向冻胀力切向冻胀力 作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力法向冻胀力法向冻胀力 nono垂直于基底冰结面和基础底面垂直于基底冰结面和基础底面水平冻胀力水平冻胀力 hoho垂直于基础或结构物侧表面垂直于基础或结构物侧表面水平冻胀力水平冻胀力 ho法向冻胀力法向冻胀力 no切向冻胀力切
14、向冻胀力 六、冻胀力的计算六、冻胀力的计算1 1、切向冻胀力切向冻胀力 -按按单位切向冻胀力单位切向冻胀力取值取值 单位切向冻胀力：单位切向冻胀力：平均单位切向冻胀力平均单位切向冻胀力 （k kp pa a） 相对平均单位冻胀力相对平均单位冻胀力T Tk k(kN/m)(kN/m) 一般按平均单位切向力计算（按一般按平均单位切向力计算（按建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范JGJ94-94JGJ94-94） 与基础接触的冻深（与基础接触的冻深（m m） 总的切向冻胀力总的切向冻胀力 T T= = U U H H 与冻土接触的基础周长（与冻土接触的基础周长（m m） 2 2、法向冻胀力法向冻胀力 n
15、ono- - 影响因素复杂，随诸因素变化而变化影响因素复杂，随诸因素变化而变化 影响因素：冻土的各种特性；影响因素：冻土的各种特性； 冻土层底下未冻土的压缩性；冻土层底下未冻土的压缩性； 作用于冻土层上的外部压力；作用于冻土层上的外部压力； 结构物抗变形能力等结构物抗变形能力等 日本：日本： nono= = E E =E =E h/H h/H （P31P31，3-363-36） hh冻胀量；冻胀量； HH冻结深度；冻结深度； EE冻土弹性模量冻土弹性模量 3 3、水平冻胀力水平冻胀力 hoho - 没有确定的计算公式，按基于现场或室内测试给出的经验值没有确定的计算公式，按基于现场或室内测试给出
16、的经验值 细粒土的最大冻胀力：细粒土的最大冻胀力： 100100 150kpa150kpa 粗粒土的最大冻胀力：粗粒土的最大冻胀力： 5050 100kpa100kpa第五节第五节 冰冰 压压 力力 一、冰压力的概念一、冰压力的概念 位于冰凌河流和水库中的结构物（如桥墩等），由于冰层的作用对位于冰凌河流和水库中的结构物（如桥墩等），由于冰层的作用对结构产生的压力结构产生的压力二、冰压力的计算二、冰压力的计算 对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用：对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用： 冰对桩或墩产生的冰压力标准值冰对桩或墩产生的冰压力标准值iktibtRmCF m桩桩或或墩墩迎
17、迎冰冰面面形形状状系系数数 尖尖角角形形的的迎迎冰冰面面角角度度 迎迎冰冰面面形形状状 系系数数 平平面面 圆圆弧弧形形 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- -冰冰温温系系数数 冰温冰温C 0 -10 及以下及以下 tC 1.0 2.0 注注(1)(1)列表冰温系数可线性内插；列表冰温系数可线性内插； (2)(2)对对海冰，冰温取结冰期最低冰温海冰，冰温取结冰期最低冰温；对；对河冰河冰, ,取解冻期最低冰温取解冻期最低冰温。 b桩桩或或墩墩迎迎冰冰面面投投影影宽宽度度 t计计算算冰冰厚厚（
18、m m） ，可可取取实实际际调调查查的的最最大大冰冰厚厚； ikR冰的抗压强度标准值（冰的抗压强度标准值（2mkN） ，可取当地冰温） ，可取当地冰温C0时的冰抗压强时的冰抗压强度；当缺乏实测资料时，对海冰可取度；当缺乏实测资料时，对海冰可取2750mkNRik；对河冰，流冰；对河冰，流冰开始时开始时2750mkNRik， 最高流冰水位时可取， 最高流冰水位时可取2450mkNRik。 冰压力的合力作用于计算结冰水位以下冰压力的合力作用于计算结冰水位以下0.30.3倍冰厚处。倍冰厚处。第六节第六节 撞击力撞击力 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台,
19、 ,设计时应考虑船舶或漂流设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用物的撞击作用 撞击作用标准值取用或计算撞击作用标准值取用或计算 当缺乏实际调查资料时，内河上船舶撞击作用标准值可按下表采用；当缺乏实际调查资料时，内河上船舶撞击作用标准值可按下表采用； 四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击作用标准值可四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击作用标准值可按下表所列数值的按下表所列数值的50%50%考虑。考虑。内内河河船船舶舶撞撞击击作作用用标标准准值值 内内河河航航道道等等级级 船船舶舶吨吨位位 D DW WT T（t t） 横横桥桥向向撞撞击击作作用用（k kN N） 顺顺桥桥
20、向向撞撞击击力力（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 当缺乏实际调查资料时，海轮撞击作用标准值可按下表采用。当缺乏实际调查资料时
21、，海轮撞击作用标准值可按下表采用。海轮撞击作用的标准值海轮撞击作用的标准值（kNkN） 船舶吨位船舶吨位 DWTDWT（t t） 30003000 50005000 75007500 1000010000 2000020000 3000030000 4000040000 5000050000 横桥向撞击作用横桥向撞击作用 1960019600 2540025400 3100031000 3580035800 5070050700 6210062100 7170071700 8020080200 顺桥向撞击作用顺桥向撞击作用 98009800 1270012700 1550015500 1790
22、017900 2535025350 3105031050 3585035850 4010040100 可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥墩的位置和外形、流水流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素做墩的位置和外形、流水流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素做桥墩设施的设计桥墩设施的设计。当设有与墩台分开的。当设有与墩台分开的防撞击的防护结构防撞击的防护结构时，桥墩可不计船时，桥墩可不计船舶的撞击作用。舶的撞击作用。 漂流物横桥向撞击力标准值漂流物横桥向撞击力标准值 TVgWF W漂漂流流物物重重
23、力力（k kN N）, ,河河流流中中漂漂流流物物情情况况，按按实实际际调调查查确确定定 V水水流流速速度度（m m/ /s s） T撞撞击击时时间间（s s） ，应应根根据据实实际际资资料料估估计计，在在无无实实际际资资料料时时，可可用用 1 1s s; ; g重重力力加加速速度度，281. 9smg 撞击作用点撞击作用点 内河船舶的撞击作用点，假定为内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线计算通航水位线以上以上2m2m的桥墩宽度或长的桥墩宽度或长度的中点。度的中点。 海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。 漂流物的撞击作用点假定在漂流物的撞击作用点假定在
24、计算通航水位线计算通航水位线上桥墩宽度的中点上桥墩宽度的中点 桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用 汽车撞击力标准值在车辆行使方向取汽车撞击力标准值在车辆行使方向取1000kN1000kN，在车辆垂直方向取，在车辆垂直方向取500kN500kN，两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1.2m1.2m处，直接处，直接分布于撞击涉及的构件上。分布于撞击涉及的构件上。 对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击力标准值予以折减
25、，但折减后汽车撞击力标准值不应低于上述规定取值力标准值予以折减，但折减后汽车撞击力标准值不应低于上述规定取值的的1/61/6。知识点知识点（19941994年年2 2月月2121日水利部水管日水利部水管19941061994106号通知）号通知） 河道的等级划分，主要依据河道的等级划分，主要依据河道的自然规模河道的自然规模及其及其对社会、经济发展对社会、经济发展影响的重要程度影响的重要程度等因素确定。等因素确定。 河道划分为五个等级，即一级河道、二级河道、三级河道、四级河河道划分为五个等级，即一级河道、二级河道、三级河道、四级河道、五级河道。道、五级河道。 河道等级划分程序：一、二、三级河道由
26、水利部认定；四、五级河河道等级划分程序：一、二、三级河道由水利部认定；四、五级河道由省、自治区、直辖市水利（水电）厅（局）认定。道由省、自治区、直辖市水利（水电）厅（局）认定。河道分级指标表河道分级指标表 分级指标分级指标 影响范围影响范围 级级 别别 流域面积流域面积 ( (万万 km2)km2) (1)(1) 耕地耕地( (万亩万亩) ) (2)(2) 人口人口( (万人万人) ) (3)(3) 城市城市 (4)(4) 交通及厂矿企业交通及厂矿企业 (5)(5) 可能开发水力资源可能开发水力资源 ( (万万 kW)kW) 一一 5.05.0 500500 500500 特大特大 特别重要特
27、别重要 500500 二二 1 15 5 100100500500 100100500500 大大 重要重要 100100500500 三三 0.10.11 1 3030100100 3030100100 中等中等 中等中等 1010100100 四四 0.010.010.10.1 3030 3030 小小 一般一般 1 1 五五 0.010.01 注：注：1.1.影响范围中影响范围中耕地及人口，指一事实上标准洪水可能淹没范围；城市、交通及工矿企业指洪水淹没严重或耕地及人口，指一事实上标准洪水可能淹没范围；城市、交通及工矿企业指洪水淹没严重或供水中断对生活、生产产生严重影响的。供水中断对生活、
28、生产产生严重影响的。 2.2.特大城市指市区非农业人口大于特大城市指市区非农业人口大于 100100 万；大城市人口万；大城市人口 5050100100 万；中等城市人口万；中等城市人口 20205050 万；小城镇人口万；小城镇人口10102020 万。万。 特别重要的交通及工矿企业是指国家的主要交通枢纽和国民经济关系重大的工矿企业。特别重要的交通及工矿企业是指国家的主要交通枢纽和国民经济关系重大的工矿企业。 在河道分级指标表中满足（在河道分级指标表中满足（1 1）和（）和（2 2）项或（）项或（1 1）和（）和（3 3）项者，可）项者，可划分为相应等级；不满足上述条件，但满足（划分为相应等级；不满足上述条件，但满足（4 4）、（）、（5 5）、（）、（6 6）项之一，）项之一，且（且（1 1）、（）、（2 2）或（）或（1 1）、（）、（3 3）项不低于下一个等级指标者，可划为相）项不低于下一个等级指标者，可划为相应等级。应等级。
