第七章 挡土结构物上土压力1.ppt

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1、重庆大学资源与环境科学学院重庆大学资源与环境科学学院重庆大学资源与环境科学学院重庆大学资源与环境科学学院二二二二 一一一一 年年年年第七章第七章 挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力挡土结构物及其土压力 Rigid wall概述一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。1刚性挡土墙2柔性挡土墙3临时支撑挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力：由于土体自重、土上荷载或结由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承

2、受的来自墙后填构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。土的侧向压力。概述一、挡土结构类型对土压力分布的影响 L L型型T T型型 预应力预应力 刚性加筋刚性加筋扶壁扶壁刚性挡土墙：指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。概述一、挡土结构类型对土压力分布的影响 E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙E概述概述概述概述概述柔性挡土墙：当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。锚杆锚杆板桩板桩板桩板桩变形变形基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力变形变形土压力分布土压力分布板桩板桩上土压力上土压力 实测实测 计算计算一、挡土结构类型对土压力分布的影响 概述二、墙体位移与土压

3、力类型（一）（一）土压力土压力类型类型被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力1.1.静止土压力静止土压力 挡挡墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力E0。Eo o概述二、墙体位移与土压力类型（一）（一）土压力土压力类型类型2.2.主动土压力主动土压力 挡土墙在填土压力作用下，向着背离挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。

4、此时的土压力称为主动土压力。滑裂面滑裂面Ea3.3.被动土压力被动土压力 Ep滑裂面滑裂面挡土墙在外力作用下向着土体的方挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力动土压力E EP P。概述二、墙体位移与土压力类型（一）（一）土压力土压力类型类型4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 +-EoapEaEo oEp 对同一挡土墙，在填土的物对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下理力学性质相同的条件下有有以下规律

5、：以下规律：1.Ea Eo Ep2.p a概述二、研究土压力的目的 1设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧墙，桥台和贮仓等；2地下构筑物和基础的施工、地基处理方面；3地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领域。静止土压力的计算 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力的水平分量 K0h hzK0zzh/3静止土压力系静止土压力系数数静止土压力强度静止土压力强度 静止土压力系数测静止土压力系数测定方法：定方法：1.1.通过侧限条件下通过侧限条件下的试验测定的试验测定 2.2.采用经验公式采用经验公式K0=1-1-sin 计算

6、计算 3.3.按相关表格提供按相关表格提供的经验值确定的经验值确定静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/3 3 朗肯土压力理论 一、基本原理 半无限体墙背光滑（1）墙背光滑（2）按半无限体计算应力（3）墙后土体满足Mohr-CoulombMohr-Coulomb准则处于极限平衡状态假设条件朗肯土压力理论 一、基本原理 p pap pp f zK0z f=c+tan 土体处于弹土体处于弹性平衡状态性平衡状态主动极限平主动极限平衡状态衡状态被动极限平被动极限平衡状态衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗肯

7、状态肯状态被动朗被动朗肯状态肯状态水平方向均匀伸展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-/24545o o-/2/24545o o/2/2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分析方法朗肯土压力理论 二、水平填土面的朗肯土压力计算 n1.1.主动土压力主动土压力4545o o/2/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开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，土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到水平应力逐渐减小，位移增大到a a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体

8、出现一组滑裂面，它与大墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角主应力面夹角4545o o/2/2，水平应力，水平应力降低到最低极限值降低到最低极限值z(1 1)pa a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压朗肯主动土压力强度力强度z z朗肯土压力理论 二、水平填土面的朗肯土压力计算 h/3EahKa讨论：讨论：当当c c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯主动土压力强度朗肯主动土压力强度h1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3h/3处朗肯土压力理论 二、水平填土面的

9、朗肯土压力计算 2.被动土压力朗肯土压力理论 二、水平填土面的朗肯土压力计算 2.被动土压力极限平衡条件极限平衡条件朗肯被动土压力朗肯被动土压力系数系数朗肯被动土压朗肯被动土压力强度力强度z(3 3)pp p(1 1)4545o o/2/2hz z挡土墙在外力作用下，挤压挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到逐渐增大，位移增大到p p，墙后土体处于朗肯被动状，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角裂面，它与小主应力面夹角4545o o/2

10、/2，水平应力增大到，水平应力增大到最大极限值最大极限值朗肯土压力理论 二、水平填土面的朗肯土压力计算 2.被动土压力讨论：讨论：当当c c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯被动土压力强度1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处hhKph/3Ep朗肯土压力理论 二、水平填土面的朗肯土压力计算 2.被动土压力当当c c0 0,粘性土粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力 zKp2.2.粘聚力粘聚力c c引起的侧压力引起

11、的侧压力2cKp说明：说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑侧压力是一种正压力，在计算中应考虑1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphp库仑土压力理论库仑土压力理论 一.方法要点 1.墙背倾斜，具有倾角 ；2.墙后填土为砂土，表面倾角为角 ；3.墙背粗糙有摩擦力，墙与土间的摩擦角为 ，且（）4.平面滑裂面假设；5.刚体滑动假设：6.楔体ABC整体处于极限平衡条件。假设条件楔体受力分析库仑土压力理论库仑土压力理论 一.方法要点 滑 面库仑土压力理论库仑土压力理论 一.方法

12、要点 滑 面库仑土压力理论库仑土压力理论 二.数解法 由主动最大、被动最小原理确定滑面位置及土压力其中:Ka,Kp为库仑土压力系数库仑土压力理论库仑土压力理论 三.图解法(一)基本方法 库仑土压力理论库仑土压力理论 三.图解法 在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，Ri方向与ACi方向一致(二)库尔曼图解法 库仑土压力理论库仑土压力理论 三.图解法(三)粘性填土的土压力 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较1.相同点：朗肯与库仑土压力理论均属于极限状态，计算出的土压力都是墙后土体处于极限平衡状态下的主动与被动土压力Ea和Ep。2.不同点：（1）研究出发点不同：朗肯理论是从研究土中一点

13、的极限平衡应力状态出发，首先求出的是Pa或Pp及其分布形式，然后计算Ea或Ep极限应力法。库仑理论则是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡状态，用静力平衡条件，首先求出Ea或Ep,需要时再计算出Pa或Pp及其分布形式滑动楔体法。（2）研究途径不同：朗肯理论再理论上比较严密，但应用不广，只能 得到简单边界条件的解答。库仑理论时一种简化理论，但能适用于较为复杂的各种实际边界条件应用广。一 分析方法的异同 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较二、适用范围 朗肯库仑1墙背光滑垂直墙背光滑垂直填土水平填土水平墙背、填土无限制墙背、填土无限制粘性土一般用图解法粘性土一般用图解法2坦墙坦

14、墙坦墙坦墙3墙背垂直墙背垂直填土倾斜填土倾斜 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较（三）计算误差-朗肯土压力理论墙背垂直实际 d 0郎肯主动土压力偏大郎肯被动土压力偏小 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较（三）计算误差-库伦土压力理论由于实际滑裂面不一定是平面主动土压力偏小不一定是最大值被动土压力偏大不一定是最小值 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较（三）计算误差-与理论计算值比较 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较（三）计算误差-与理论计算值比较 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较（三）计算误差-与理论计算值比较=0 滑裂面

15、是直线，三种理论计算Ka,Kp相同0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全 库仑偏小一些（可忽略)；Kp朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍;在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 一、成层填土情况一、成层填土情况（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABCD 1 1，1 1 2 2，2 2 3 3，3 3paAaApaBaB上上paBaB下下paCaC下下paCaC上上paDaD挡土墙后有几层不同类的土层，先挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以求竖向自重应力，然后乘以该土层该土层的主动土压力系数，得到相应的主的主动土压

16、力系数，得到相应的主动土压力强度动土压力强度h1h2h3A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点上界面点上界面C点下界面点下界面D点点说明：说明：合力大小为分布图形合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图的面积，作用点位于分布图形的形心处形的形心处几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 一、成层填土情况一、成层填土情况（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）对于多层填土，当填土面水平时，且 可用Rankine(朗肯)理论来分析主动土压力，任取深度z处的单元土体，则 即：几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 二.填土上有荷载1 朗肯土压力理论 1=z+q

17、pa=3=qKa+zKaHZ13qKaHKazKa几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 2.库仑土压力理论二.填土上有荷载三角形相似几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 3.局部荷载-朗肯土压力理论 二.填土上有荷载几种常见情况的主动土压力计算几种常见情况的主动土压力计算 三三.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有上的土侧压力有土压力土压力和和水压力水压力两两部分，可分作两层计算，一般假设部分，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地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用浮重度地下水位以下土层用浮重度计算计算A点点B点点C点点土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点C点点作用在墙背的总压力为作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形作用点在合力分布图形的形心处的形心处h1h2h