第七章-挡土结构物上的土压力1.ppt

挡土结构物及其土压力,Rigidwall,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：由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。,概述,一、挡土结构类型对土压力分布的影响,L型,T型,预应力,刚性加筋,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,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。,板桩变形,基坑支撑上的土压力,变形,土压力分布,一、挡土结构类型对土压力分布的影响,概述,二、墙体位移与土压力类型,（一）土压力类型,1.静止土压力,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,概述,二、墙体位移与土压力类型,（一）土压力类型,2.主动土压力,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。,Ea,3.被动土压力,Ep,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，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动土压力EP。,概述,二、墙体位移与土压力类型,（一）土压力类型,4.三种土压力之间的关系,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：,1.EaEoEp2.pa,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力的水平分量,K0h,z,K0z,h/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：,1.通过侧限条件下的试验测定2.采用经验公式K0=1-sin计算3.按相关表格提供的经验值确定,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,朗肯土压力理论,一、基本原理,半无限体,（1）墙背光滑,（2）按半无限体计算应力,（3）墙后土体满足Mohr-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,pa,pp,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,主动朗肯状态,被动朗肯状态,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-/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,1.主动土压力,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,朗肯土压力理论,二、水平填土面的朗肯土压力计算,讨论：,当c=0,无粘性土,朗肯主动土压力强度,1.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/3处,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,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,朗肯被动土压力系数,朗肯被动土压力强度,z(3),pp(1),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,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：,当c=0,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,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c0,粘性土,粘性土主动土压力强度包括两部分,1.土的自重引起的土压力zKp2.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,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,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,一.方法要点,滑面,库仑土压力理论,一.方法要点,滑面,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,三.图解法,(一)基本方法,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,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,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,二、适用范围,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d0,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,（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,（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,（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,（三）计算误差-与理论计算值比较,=0滑裂面是直线，三种理论计算Ka,Kp相同0Ka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,一、成层填土情况（以无粘性土为例）,1，1,2，2,3，3,paA,paB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,A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,几种常见情况的主动土压力计算,一、成层填土情况（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,二.填土上有荷载,1朗肯土压力理论1=gz+qpa=3=qKa+gzKa,H,Z,1,3,qKa,HKa,zKa,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,3.局部荷载-朗肯土压力理论,二.填土上有荷载