土力学中的土压力.pptx
8.1 8.1 土压力概土压力概述述土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力E填土面码头桥台E隧道侧墙EE第1页/共41页一、一、土压力类型土压力类型被动土压力主动土压力静止土压力土压力n n挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Eo第2页/共41页n n在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力滑裂面Ean Ep滑裂面n在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力第3页/共41页n -+-EoapEaEoEpn对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：n1.Ea Eo Epn2.p a第4页/共41页二、静止土压力计算二、静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量 K0h hzK0zzh/3静止土压力系数静止土压力强度 静止土压力系数测定方法：n1.通过侧限条件下的试验测定 nK0=1-sin 计算 静止土压力分布 土压力作用点三角形分布 作用点距墙底h/3 第5页/共41页8.2 8.2 朗肯土压力理朗肯土压力理论论一、朗肯土压力基本理论一、朗肯土压力基本理论n1.挡土墙背垂直、光滑 n2.填土表面水平 z=zxK0zzf=0paKazppKpz增加减小45o-/245o/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向第6页/共41页pappfzK0zf=c+tan 土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o/2处于被动朗肯状态，3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o/2第7页/共41页二、主动土压力二、主动土压力45o/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o/2，水平应力降低到最低极限值z(1)pa(3)极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力强度z第8页/共41页h/3EahKa当c=0,无粘性土朗肯主动土压力强度hnz成正比，沿墙高呈三角形分布n2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处第9页/共41页2cKaEa(h-z0)/3当c0,粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分n1.土的自重引起的土压力zKan2.粘聚力c引起的负侧压力2cKa说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z0n1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）n2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）n3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处z0hKa-2cKa第10页/共41页三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力强度z(3)pp(1)45o/2hz挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到p，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角45o/2，水平应力增大到最大极限值第11页/共41页当c=0,无粘性土朗肯被动土压力强度nz成正比，沿墙高呈三角形分布n2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处hhKph/3Ep第12页/共41页当c0,粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分n1.土的自重引起的土压力zKpn2.粘聚力c引起的侧压力2cKp说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑n2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积土压力合力hEp2cKphKp 2cKphp第13页/共41页四、例题分析四、例题分析【例】有一挡土墙，高有一挡土墙，高6 6米，墙背直立、光滑，墙后填米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示如下图所示 ，求主动土压力及其作用点，并绘出主动求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o第14页/共41页【解答】解答】主动土压力系数墙底处土压力强度临界深度主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离2cKaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2cKa第15页/共41页五、几种常见情况下土压力计五、几种常见情况下土压力计算算n（以无粘性土为例）zqh填土表面深度z处竖向应力为(q+z)AB相应主动土压力强度A点土压力强度B点土压力强度若填土为粘性土，c0临界深度z0z0 0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力z0 0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算zq第16页/共41页n（以无粘性土为例）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处第17页/共41页n（以无粘性土为例）ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下水位以下土层用浮重度计算A点B点C点土压力强度水压力强度B点C点作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处h1h2h第18页/共41页六、例题分析六、例题分析【例】挡土墙高挡土墙高5 5m m，墙背直立、光滑，墙后填土面水墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图并绘出土压力分布图 h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1=2mh2=3mABCKa1Ka2第19页/共41页【解答】解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点B点上界面B点下界面C点主动土压力合力第20页/共41页8.3 8.3 库仑土压力理库仑土压力理论论一一、库仑土压力基本假定、库仑土压力基本假定n1.墙后的填土是理想散粒体 n2.滑动破坏面为通过墙踵的平面 n3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形n二、库仑土压力GhCABq墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面BC破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态土楔受力情况：nE,大小未知，方向与墙背法线夹角为ERnG=ABC,方向竖直向下n2.破坏面为BC上的反力R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为 第21页/共41页土楔在三力作用下，静力平衡GhACBqER滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力E，E是q的函数，E的最大值Emax，即为墙背的主动土压力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑动面库仑主动土压力系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定第22页/共41页主动土压力与墙高的平方成正比主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线成，与水平面成（）hhKahACBEah/3说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向主动土压力第23页/共41页三、例题分析三、例题分析【例】m m，墙背俯斜，填土为砂土，墙背俯斜，填土为砂土，3，=30=30o o，填土，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力论求主动土压力Ea及作用点及作用点=10o=15o=20o4.5mAB=10oEah/3【解答】由=10o，=15o，=30o，=20o查表得到土压力作用点在距墙底h/处第24页/共41页8.4 8.4 土压力计算方法讨土压力计算方法讨论论一、一、朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题n朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件建立的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小n库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件建立的，采用破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）n二、三种土压力在实际工程中的应用n挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近似按照静止土压力计算岩基E0第25页/共41页n挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高的0.1%0.3%,填土就可能发生主动破坏。Ea30%Epn挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的2%5%,工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，通常取其30第26页/共41页三、挡土墙位移对土压力分布的影响三、挡土墙位移对土压力分布的影响n挡土墙下端不动，上端外移，墙背压力按直线分布，总压力作用点位于墙底以上H/3n挡土墙上端不动，下端外移，墙背填土不可能发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约H/2n挡土墙上端和下端均外移，位移大小未达到主动破坏时位移时，压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约H/2,当位移超过某一值，填土发生主动破坏时，压力为直线分布，总压力作用点降至墙高1/3处H/3H/2H/3第27页/共41页四、不同情况下挡土墙土压力计算四、不同情况下挡土墙土压力计算n n局部均布荷载只沿虚线间土体向下传递，由q引起的侧压力增加范围局限于CD墙段n n填土面不规则情况，采用作图法求解，假定一系列滑动面，采用静力平衡求出土压力中最大值第28页/共41页8.5 8.5 挡土墙设计挡土墙设计一、挡土墙类型一、挡土墙类型块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋第29页/共41页针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持n4.锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持墙趾墙踵扶壁墙板锚定板基岩锚杆第30页/共41页第31页/共41页第32页/共41页第33页/共41页第34页/共41页第35页/共41页二、挡土墙计算二、挡土墙计算n1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定挡土墙计算内容抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0 xfbz第36页/共41页抗滑稳定验算抗滑稳定条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动三、重力式挡土墙的体型与构造三、重力式挡土墙的体型与构造m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定第37页/共41页m，m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/21/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶E1仰斜E2直立E3俯斜三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系E1E2E3逆坡墙趾台阶第38页/共41页挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟第39页/共41页三、桩撑挡土结构三、桩撑挡土结构采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广支护桩第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页
