项目6 土压力课件

1、土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系任务任务6-16-1朗肯土压力理论朗肯土压力理论一、理论知识一、理论知识 1.1.土压力的基本知识土压力的基本知识 在建筑工程中，挡土墙是最常用的支挡结构物。挡土在建筑工程中，挡土墙是最常用的支挡结构物。挡土墙在工业与民用建筑、水利水电工程、铁道、公路、桥梁、墙在工业与民用建筑、水利水电工程、铁道、公路、桥梁、港口及航道等各类建筑工程中广泛地应用，例如：山区和港口及航道等各类建筑工程中广泛地应用，例如：山区和丘陵地区，在土坡上、下修筑房屋时，防止土坡坍塌的挡丘陵地区，在土坡上、下修筑房屋时，防止土坡坍塌的挡土墙，支挡建筑物周围填土的挡土墙，房屋地下室

2、的外墙，土墙，支挡建筑物周围填土的挡土墙，房屋地下室的外墙，江河岸边桥的边墩，码头岸墙，堆放煤、卵石等散粒材料江河岸边桥的边墩，码头岸墙，堆放煤、卵石等散粒材料的挡墙，等等。的挡墙，等等。 土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。土压力的计土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。土压力的计算是挡土墙设计的重要依据。算是挡土墙设计的重要依据。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 挡土墙挡土墙土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技

3、术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 作用于挡土墙上的主要荷载是土压力作用于挡土墙上的主要荷载是土压力，而土压力，而土压力的大小及其分布规律将会随挡土墙可能位移的方的大小及其分布规律将会随挡土墙可能位移的方向、墙后填土的物理力学性质、墙背和填土面的向、墙后填土的物理力学性质、墙背和填土面的倾斜程度等因素的不同而有较大的差别。倾斜程度等因素的不同而有较大的差别。 土压力的计算采用土压力的计算采用朗朗肯土压力理论与库伦土压力肯土压力理论与库伦土压力理论理论土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 如果挡土墙在土压力作用下不向任何方

4、向移动如果挡土墙在土压力作用下不向任何方向移动或转动而保持原来的位置，则作用在墙背上的土或转动而保持原来的位置，则作用在墙背上的土压力称为静止土压力。压力称为静止土压力。 房屋地下室的外墙，以及其他几乎不发生位移房屋地下室的外墙，以及其他几乎不发生位移的地下墙体，其侧压力可按静止土压力计算。的地下墙体，其侧压力可按静止土压力计算。 （1 1）土压力的类型）土压力的类型静止土压力静止土压力E E0 0zpzz00土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 挡土墙在土压力作用下向前移动时，墙后挡土墙在土压力作用下向前移动时，墙后土土压力将逐渐减小。当位移达到一定量时压力将逐渐减小。当位移达到一定

5、量时 ，墙后土，墙后土体达到极限平衡状态，此时体达到极限平衡状态，此时土对墙的作用力最小，土对墙的作用力最小，称为称为主动土压力。主动土压力。主动土压力主动土压力E Ea a土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 当挡土墙在外力作用下（如拱桥的桥台受到拱当挡土墙在外力作用下（如拱桥的桥台受到拱桥的推力作用）向墙背填土方向转动或移动时，桥的推力作用）向墙背填土方向转动或移动时，墙背挤压土体，使土压力逐渐增大。当位移量达墙背挤压土体，使土压力逐渐增大。当位移量达一定值时，一定值时，墙后土体达到极限平衡状态，墙后土体达到极限平衡状态，作用在作用在挡土墙上的土压力增至最大，这就是被动土压力。挡土

6、墙上的土压力增至最大，这就是被动土压力。被动土压力被动土压力E Ep p土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 图6-1土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 （2 2）三种土压力的关系）三种土压力的关系 在墙高相同、填土条件相同时在墙高相同、填土条件相同时： EaEoEp 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（3 3）影响土压力的因素）影响土压力的因素 挡墙的位移方向和位移量挡墙的位移方向和位移量 墙背的形状、墙背的光滑程度和结构墙背的形状、墙背的光滑程度和结构 形形式式 填土的物理力学性质填土的物理力学性质 其它：填土面的坡度、填土的施工方法其它：填土面的坡度、填土的施

7、工方法 荷载情况等荷载情况等土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系2. 静止土压力静止土压力在填土表面以下深度为在填土表面以下深度为Z之处的静止土压力强度之处的静止土压力强度： e0 =K0 Z kPa静止土压力（合力）大小：静止土压力（合力）大小： E0=1/2 ( h2 K0)式中式中 E0静止土压力，静止土压力， kNm K0静止土压力系数，可通过试验确定，或根静止土压力系数，可通过试验确定，或根据据 土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角 按经验公式按经验公式K0= 1 sin（ 对正常固结粘性土按对正常固结粘性土按K0=0 .9 5 sin）计算）计算 填土的重度，填土的重度，kNm

8、3 z 土压力计算点的深度，从填土表面算起，土压力计算点的深度，从填土表面算起，m h挡土墙的高度，挡土墙的高度，m* 土的内摩擦角土的内摩擦角 不考虑不考虑水压力的影响，而水压力的影响，而要要考虑考虑 02021KhE土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 静止土压力的数值等于压力分布图（直角三角形）静止土压力的数值等于压力分布图（直角三角形）的面积大小。的面积大小。 作用力方向：水平指向墙背作用力方向：水平指向墙背 作用力位置：距离墙底作用力位置：距离墙底1/3 h1/3 h之处（通过直角三之处（通过直角三角形的形心）角形的形心） （参见图（参见图6363）土力学与地基基础魏丹丹硅湖

9、职业技术学院土建系 图图6-3 静止土压力的分布静止土压力的分布土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 朗肯土压力理论实际上是提供计算主动土压力、朗肯土压力理论实际上是提供计算主动土压力、被动土压力的公式被动土压力的公式公式适用的条件：公式适用的条件： 墙背垂直、光滑（不考虑填土与墙背材料之间墙背垂直、光滑（不考虑填土与墙背材料之间有摩擦力）、填土表面水平有摩擦力）、填土表面水平3. 3. 朗肯土压力理论朗肯土压力理论土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系主动土压力的强度计算公式主动土压力的强度计算公式式中，式中，Ka朗肯主动土压力系数，朗肯主动土压力系数， Ka=tan2(45

10、/2) c土的粘聚力，土的粘聚力，kPa当填土为无粘性土时当填土为无粘性土时Ea为：为： kN/m Ea=1/2 ( h2 Ka) （1 1）主动土压力主动土压力ea土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 数值等于土数值等于土6-5/6-66-5/6-6（b b）中的直角三角形）中的直角三角形面积大小，方向水平指向墙背，位置面积大小，方向水平指向墙背，位置: :距离距离墙底墙底h/3 h/3 处处( (通过三角形的形心通过三角形的形心) ) 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系当填土为粘性土时：当填土为粘性土时：式中，式中，Z0称为称为“临界深度临界深度” 合力的方向、位置如图合

11、力的方向、位置如图6-5/6-6（c）所示）所示Ea=土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系图图6-6 朗肯图压力分布图朗肯图压力分布图图图 6-5/6-6土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系(2)被动土压力被动土压力1.被动土压力强度计算公式被动土压力强度计算公式 ep=zKP+2cKp 1/2 kPa 式中，式中，Kp为被动土压力为被动土压力系数系数，Kp=tan2(45+ /2) 2. 朗肯朗肯被动土压力计算被动土压力计算（1）当填土为无粘性土时）当填土为无粘性土时Ep=1/2 h2Kp kN /m作用力方向水平指向墙背，距离墙底作用力方向水平指向墙背，距离墙底h/3处（通

12、过处（通过直角三角形形心）（直角三角形形心）（参见下图参见下图)pK土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 （2 2）当填土为粘性土时）当填土为粘性土时 Ep =1/2 Ep =1/2 h2Kp + 2ch Kph2Kp + 2ch Kp1/21/2 kN /m kN /m 作用力方向水平指向墙背，通过直角梯形形心作用力方向水平指向墙背，通过直角梯形形心（参见下图参见下图) )土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系图图6-7 朗肯被动土压力分布朗肯被动土压力分布 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 习题：某挡土墙高习题：某挡土墙高6 6米，墙背直立光滑，填土表米，墙背直立

13、光滑，填土表面水平。填土的重度为面水平。填土的重度为=17kN/m=17kN/m3 3，内摩擦角，内摩擦角=20=200 0，黏聚力，黏聚力c=6kPa,c=6kPa,求该墙的主动土压力求该墙的主动土压力及其作用点的位置，并绘出土压力强度分布图。及其作用点的位置，并绘出土压力强度分布图。(c c=1.0)=1.0) tan35tan350 0=0.7=0.7土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 Z0=1 hKa=1760.49=50土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系任务任务6-2 库伦土压力理论库伦土压力理论 一、一、 理论假设理论假设 1.库伦土压力理论提出的公式仅用来计算

14、无粘性土库伦土压力理论提出的公式仅用来计算无粘性土的主动土压力与被动土压力的主动土压力与被动土压力2.可以考虑墙背时倾斜的、填土面是倾斜的、填土可以考虑墙背时倾斜的、填土面是倾斜的、填土与墙背之间有摩擦力的条件与墙背之间有摩擦力的条件 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系2. 库伦主动土压力库伦主动土压力 式中，式中，Ka为库伦主动土压力系数为库伦主动土压力系数墙背的倾斜角。俯斜时取正值，墙背的倾斜角。俯斜时取正值，仰斜时取仰斜时取负值。负值。墙后填土面的倾角墙后填土面的倾角土与墙背材料之间的外摩擦角土与墙背材料之间的外摩擦角作用力位于墙背法

15、线上方，与法线成作用力位于墙背法线上方，与法线成角度。距角度。距离墙底离墙底h/3处处土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系3. 库伦被动土压力库伦被动土压力 各符号意义同前。各符号意义同前。 被动土压力合力的作用点在距离墙底被动土压力合力的作用点在距离墙底13墙墙高处，其方向与墙背法线成高处，其方向与墙背法线成角（下方）。角（下方）。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系摩擦角摩擦角的确定：的确定： 按库伦理论计算土压力时，需确定土对挡土按库伦理论计算土压力时，需确定土对挡土墙墙背的摩擦角墙墙背的摩擦角。与墙背的粗糙度和排水条件与墙背的

16、粗糙度和排水条件等因素有关，一般在（等因素有关，一般在（0 1）之间；之间； 墙背平滑、排水不良：墙背平滑、排水不良：= （013）； 墙背粗糙、排水良好：墙背粗糙、排水良好：= (312)； 墙背很粗糙、排水良好：墙背很粗糙、排水良好：= (223）； 墙背与填土间不可能滑动（如墙背做成阶梯形墙背与填土间不可能滑动（如墙背做成阶梯形）时：）时：= （231）土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系粘性土的应用粘性土的应用 从理论上说，库伦公式只适用于无粘性土填从理论上说，库伦公式只适用于无粘性土填土。但在工程实践中应用库伦公式时，对于粘性土。但在工程实践中应用库伦公式时，对于粘性土，常把

17、粘聚力视为零，而将内摩擦角增大来进土，常把粘聚力视为零，而将内摩擦角增大来进行计算。当墙不太高时，可采用行计算。当墙不太高时，可采用= 3035 ，或，或查阅有关手册。查阅有关手册。4.（略）（略）二、（另布置）二、（另布置）土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系任务任务6-3 特殊情况下的土压力计算特殊情况下的土压力计算 一些特殊的情况（例如墙后填土表面有连续均布一些特殊的情况（例如墙后填土表面有连续均布荷载、填土中存在地下水以及填土为成层土等）荷载、填土中存在地下水以及填土为成层土等）常在工程中遇到。下面介绍利用朗肯土压力的基常在工程中遇到。下面介绍利用朗肯土压力的基本公式来计算这些

18、情况下的主动土压力的方法。本公式来计算这些情况下的主动土压力的方法。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系一一. 填土面上有连续均布荷载填土面上有连续均布荷载q时时 填土面上有均布荷载填土面上有均布荷载q时，一般将均布荷载换时，一般将均布荷载换算成等效的土重，作用在填土面上，然后计算填算成等效的土重，作用在填土面上，然后计算填土面处和墙底处的土压力，从而确定墙背的土压土面处和墙底处的土压力，从而确定墙背的土压力分布情况。距离填土面力分布情况。距离填土面Z处的主动土压力强度为处的主动土压力强度为： ea=（Z+q）Ka2cKa 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏

19、丹丹硅湖职业技术学院土建系二二. 墙后成层填土墙后成层填土 当墙背由明显分层填土组成时，可按各层的当墙背由明显分层填土组成时，可按各层的土质情况，分别确定每一层土作用于墙背的土质情况，分别确定每一层土作用于墙背的土压土压力。以图为例，上层土按其指标力。以图为例，上层土按其指标1 1、1 1和和c1计算计算土压力。而第二层土的压力就可将上层土视作第土压力。而第二层土的压力就可将上层土视作第二层土上的均布荷载，用第二层土的指标二层土上的均布荷载，用第二层土的指标2 2、2 2和和c2来进行计算。其余土层同样可按第二层土来进行计算。其余土层同样可按第二层土的方法来计算。的方法来计算。 土力学与地基基

20、础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系图图6.12成层填土的土压力计算成层填土的土压力计算土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系 各填土深度处土压力强度大小（以计算主动土压填土深度处土压力强度大小（以计算主动土压力为例，填土为砂土）：力为例，填土为砂土）： e ea1a1上上=0=0 e ea1a1下下= = 1 1h h1 1KKa1a1 e e a2a2上上= = 1 1h h1 1KKa2a2 e e a2a2下下= =（ 1 1h h1 1+ + 2 2h h2 2）KKa2a2 e e a3a3上上= =（ 1 1h h1 1+ + 2 2h h2 2）KKa3a3 e e a3a3下下= =（ 1 1h h1 1+ + 2 2h h2 2+ + 3 3h h3 3）KKa3a3式中：式中：KKaiai计算层的主动计算层的主动土压力系数，土压力系数，KKaiai=tan=tan2 2(45(450 0i i/2)/2)土力