土力学第六章土压力计算讲义课件T71

第六章土压力计算第一节概述第二节静止土压力计算第三节朗肯土压力理论第四节库仑土压力理论第五节土压力计算中的几个应用问题的讨论第一节概述什么是挡土结构物（Retainingstructure）什么是土压力(Earthpressure)影响土压力的因素挡土结构物类型对土压力分布的影响挡土结构物及其土压力Rigidwall一、挡土结构物（挡土墙）用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性的一种结构物。

概述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，使挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。

概述挡土墙类型（按刚度及位移方式）:刚性挡土墙柔性挡土墙

概述刚性挡土墙L型T型预应力刚性加筋扶壁圬工式悬臂混凝土挡土墙及复合排水管完工完工柔性支护结结构概述锚杆板桩板桩变形基坑支撑上的土压力力支撑包括横横板、立柱柱、横撑变形土压力分布布板桩上土压力实测计算上海市外环环过江隧道道基坑支撑撑临时支撑无法打锚杆杆，相邻建建筑物的基基础较深,有地下管线线内支撑概述锚杆式挡土墙墙墙高H=27m铁路路基其他结构形形式加筋挡土墙墙本章重点刚性墙土压压力的计算算——土压力计算算的基础土压力的类类型两种土压力力计算理论论——基本假定、、计算公式式朗肯土压力力理论库仑土压力力理论土压力的大大小、方向向、分布及及合力作用用点墙体位移的的方向和相相对位移量量决定着所所产生的土压力的性性质和土压力的大大小。二、墙体位移和和土压力性性质3.被动土压力力（Passiveearthpressure)概述1.静止土压力力（Earthpressureatrest)2.主动土压力力（Activeearthpressure)当d=D/H=0时（如地地下室）E=E01.静止土压力力2.主动土压力力墙体外移，土压力逐逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡状状态时所对应的的土压力(最小)3.被动土压力力墙体内移，土压力逐渐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡状状态时所对应的的土压力(最大)试验表明：：挡土墙所受受到的土压压力类型，，首先取决决于墙体是是否发生位位移以及位位移方向；；(2)挡土墙所受受土压力的的大小随位位移量而变变化，并不不是一个常常数；(3)主动和被动动土压力是是特定条件下下的土压力，，仅当墙有有足够大位位移或转动动时才能产产生。总结：三种种土压力的的大小关系系Ea<E0<Ep第二节静静止土压压力计算hvhvh=0zzzH(a)(b)静止土压力力强度（0）：按半空间直直线变形体体在土的自自重作用下下无侧向变形形时的水平侧侧向应力h来计算。下图表示半半无限土体体中深度为为z处土单元的的应力状态态：设想用一挡挡土墙代替替单元体左左侧的土体体，挡土墙墙墙背光滑滑，则墙后后土体的应应力状态并并没有变化化，仍处于于侧限应力力状态。竖向应力为为自重应力力：z=z水平向应应力为原原来土体体内部应应力变成成土对墙墙的应力力，即为为静止土土压力强强度0：0=h=K0zK0——静止土压压力系数数。一般般设为常常数。K0=1-sinφ’（式中φ’为土的内内摩擦角角）K0HH3E0(c)z0f=c+tg(d)h=0zzH(b)静止土压压力沿墙墙高呈三三角形分分布，作作用于墙墙背面单单位长度度上的总静止土土压力（（E0）：E0的作用点点位于墙墙底面往往上1/3H处，单位位[kN/m]。（d）图是处在在静止土土压力状状态下的的土单元元的应力力摩尔圆圆，可以以看出，，这种应应力状态态离破坏坏包线很很远，属属于弹性平衡衡应力状状态。第三节朗朗肯肯土压力力理论一、基本本原理朗肯理论论的基本本假设：：1、墙后填填土为均均质、各各向同性性；2、墙后填填土延伸伸到无限限远处；；3、填土表表面水平；4、墙背垂直光滑滑（墙与垂垂向夹角角=0，墙与土土的摩擦擦角=0）。1857年英国学学者朗肯肯（Rankine）根据弹弹性半空空间体内内的应力力状态及及土的极限限平衡理理论，得出计计算土压压力的方方法，又又称极限限应力法法。土体内每每一竖直直面都是是对称面面，地面面下深度度z处的M点在自重重作用下下，垂直直截面和和水平截截面上的的剪应力力均为零零，该点点处于弹性平衡衡状态（静止土土压力状状态），，其大小小为：用1、3作摩尔应应力圆，，如左图图所示。。其中3（h）即为静止止土压力力强度。。hvhvz(a)zhf=c+tg(d)半无限土土体中的的极限平平衡应力力状态主动极限限平衡应应力状态态aK0vv二、主主动土压压力Ea主动土压压力HH/3HKa主动土压压力分布布墙墙后破裂裂面形状状45＋/2Ea粘性土：：主动区Ea三、被动动土压力力同计算主主动土压压力一样样用1、3作摩尔应应力圆。。使挡土墙墙右移，，则右半半部分土土体有压压缩的趋趋势；墙面的法法向应力力h增大。h、v为大小主主应力。。当挡土墙墙位移使使h增大到使使土体达达到极限平衡衡状态时，则h达到最高高限值p，即：朗肯肯被动土土压力强强度。Ep被动土压压力HH/3HKp被动土压压力分布布墙墙后后破裂面面形状45－/290+Ep对于粘性性土：Ep四、几种种特殊情情况下的的土压力力计算（一）超超载水平平向无限限分布时时pazqHqKaγHKaσz（二）超超载分布布距墙背背有一定定距离时时求解方法法：自均布荷荷载开始始作用点点作Oa和Ob，∠AOa=，∠AOb==45+/2。认为a点以上的的土压力力不受地地表荷载载的影响响，b点以下则则完全受受均布荷荷载的影影响。a和b两点间的的土压力力用直线线DE连接。即即：土压压力为多多边形ABCED的面积。。（三）局局部作用用均布荷荷载时求解方法法：从荷载两两端点O及O’点作辅助助线Oa和O’b，都与水水平面成成=45+/2，认为a点以上和和b点以下的的土压力力都不受受地面荷荷载的影影响，局局部超载载对主动动土压力力的影响响为矩形形DEGF（四）成成层填土土时的土土压力计计算注意：土土层不同同，φ不同，则则Ka不同，分分层界面面处有突突变。bc=1h1Ka1bd=1h1Ka2ef=(1h1+2h2)Ka2竖向自重重应力：：（五）墙墙后填土土有地下下水时水土合算算法（黏黏性土））水土分算算法（无无粘性土土）（地下水水水位以以下用浮浮容重和水下的的值）[例题6-2]挡土墙高高6m，墙背直立立、光滑滑，填土土面水平平并作用用有均布布荷载q=10KPa。填土的物物理力学学性质指指标如下下：c=0,φ=34ºº,γ=19KN/m3。试求主动动土压力力及其作作用点，，并绘出出主动压压力分布布图。例题6-3：挡土墙墙高5m，墙背直立立、光滑滑，填土土面水平平，填土土有两层层组成，，试求主主动土压压力，并并绘出主主动土压压力分布布图。作业习题6-1、6-3朗肯土压压力理论论：滑动动破坏面面与水平平面的夹夹角？主动极限限平衡状状态——主动扩展展：45+/2复习被动极限限平衡状状态——被动压缩缩：45-/2第四节库库仑仑土压力力理论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)如果墙背背不垂直直，不光光滑墙后填土土面任意意，不水水平如何计算算挡土墙墙后的土土压力？？第四节库库仑土土压力理理论2、计算依据据：根据墙后后土体处处于极限限平衡状状态并形形成一滑滑动楔体体时，从从楔体的静静力平衡衡条件得出土压压力。也称为滑楔土土压力力理论。。1、适用用条件件：墙背不不是直直立光光滑的的，墙后填填土也也不一一定水水平。3、基本本假设设a.挡土墙墙是刚刚性的的，墙墙后填填土为为均质质无粘性性土。b.滑动破破裂面面为通通过墙墙踵的的平面（平面面滑裂裂面））。c.滑动楔楔体为为刚体体。（一））无粘粘性土土主动动土压压力一、数数解法法作用力名称大小方向楔体△ABC自重W已知已知，竖直向下滑动面上反力R未知与BC法线N1夹角=内摩擦角，且位于N1下方墙背对楔体反力E（反作用力为Ea）未知与墙背法线N2的夹角=外摩擦角δ，位于N2下方当满足足朗肯肯理论论假设设，即即墙背背垂直直（α=0）、光滑(δ=0)、填土面面水平平（β=0）且无超超载（（包括括填土土与挡挡土墙墙顶齐齐高））时:墙顶以下任任意深度z以上的主动动土压力:对z求导，得到到主动土压压力强度沿沿墙高的分分布计算公公式：土对挡土墙墙墙背的外外摩擦角挡土墙粗糙及填土排水情况外摩擦角挡土墙粗糙及填土排水情况外摩擦角墙背平滑、排水不良。墙背很粗糙、排水良好墙背粗糙、排水良好。墙背与填土之间不可能滑动挡土墙墙背背倾角俯斜——为正仰仰斜——为负（二）无粘粘性土被动动土压力计算公式例：有一挡挡土墙，高高4m，墙背倾斜角角=10（俯斜），，填土面坡坡角=10。填土的物物理力学性性质指标如如下：=18kN/m3，c=0，=30，填土与墙背背的外摩擦擦角=0.67。试按库仑仑理论求主主动土压力力及其作用用点。解：=20，根据上述述指标查表表得Ka=0.438，则：土压力作用用点在距墙墙底H/3处，即距墙墙底1.33m处二、图解法法（自学））库尔曼图解解法适用条件：：一切不规规则的填土土表面和荷荷载情况。。三、粘性土土的库仑土土压力——公式修正1、等代内摩摩擦角D加大D值，以取代代粘性土c、的共同作用用D——根据经验确确定地下水位以以上粘性土土取30~35地下水位以以下粘性土土取25~30经验公式：：D——与挡土墙高高度有关，，可能导致致较大误差差2、广义库仑仑理论在库仑理论论基础上，，考虑以下下因素的影影响：墙后填土面面荷载填土粘聚力力填土与墙背背间的粘结结力填土表面附附近的裂缝缝深度即：所谓““广义库仑仑理论”。。3.《建筑地基基基础设计规规范》（GB50007－2002）推荐公式——“广义库仑理理论”方法法不计地表裂裂缝h0及墙背与粘粘土间的粘粘结力c，即h0=c=0，且=90-，《规范》将符合排水水和土质要要求条件的的主动土压压力系数做做成了一系系列曲线图图，可根据据、、查用。补充说明：：

试算与与实测证明明：高大挡挡土墙理论论计算结果果偏小；通通常不允许许出现达到到极限状态态时的位移移，故土压压力计算中中计入增大大系数。《规范》规定，计算算挡土结构构的土压力力时，可按按主动土压力力计算，但计计算结果需需根据土坡坡的高度进进行增大修修正：当土坡高度度小于5m时，修正系系数宜取1.0；当土坡高度度为5～8m时，修正系系数宜取1.1；当土坡高度度大于8m时，修正系系数宜取1.2。当地下水丰丰富时，应应考虑水压压力的作用用。第五节土土压力计计算中的几几个应用问问题的讨论论相同点：都都属于极限