土木土压力上课

土压力与挡土墙Earthpressureonretainingwall排水管排水孔混凝土墙土工织物反滤砂砾石料第8章

挡土墙

Retainingwall土压力Earthpressure土压力Earthpressure土8.1概述8.2朗肯土压力理论8.3库伦土压力理论8.4重力式挡土墙设计第8章土压力和支挡结构挡土结构物及其土压力8.1概述Rigidwall支撑天然斜坡E地下室侧墙E填土E填土堤岸挡土墙拱桥桥台E什么是挡土结构物Retainingstructure什么是土压力

Earthpressure影响土压力的因素甲所背面8.1概述

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，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。支撑天然斜坡E拱桥桥台E8.1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，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。古月堂西侧的挡土墙8.1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锚杆板桩板桩变形8.1概述重力式悬臂式扶壁式

锚拉式（锚碇式）8.1概述古月堂西侧的挡土墙－浆砌块石8.1概述8.1概述护坡桩形成的挡土结构8.1概述土工格栅加筋建成5～6.5m高的加筋挡土墙8.1概述8.1概述加筋土挡墙8.1概述柔性支护结构锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算板桩锚杆基坑支撑上的土压力变形土压力分布8.1概述地下建筑物发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力新填土B外土柱内土柱等沉面沟埋式上埋式8.1概述挡土墙上的土压力的影响因素土的性质挡土墙的移动方向墙和土的相对位移量土体与墙之间的摩擦挡土墙类型3.被动土压力（Passiveearthpressure)

墙体位移和土压力性质1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)岩石拱桥桥台

8.1.1土压力类型墙体位移对土压力的影响1．墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。2.三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。3.挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。

8.1.1土压力类型（1）静止土压力H+-=H土压力EEpE0Ea-H1~5%1~5%od=D/H=0

地下室

E=E0地下室侧墙E填土

8.1.1土压力类型墙体外移，土压力逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力(最小)EH+土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%o（2）主动土压力

8.1.1土压力类型墙体内移，土压力逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力(最大)土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%o-（3）被动土压力

8.1.1土压力类型墙体位移与土压力类型可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。

8.1.2静止土压力计算Zsvshshzsv静止土压力系数K0对于侧限应力状态：

p0=sh=K0sv

=u/(1-u)sv=u/(1-u)gz

K0=n/(1-n)svshshzsv由于土的泊松比n很难确定，K0常用经验公式计算,对于砂土、正常固结粘土：K0

≈1-sinf’

地下室

8.1.2静止土压力计算svsvshshzf静止

8.1.2静止土压力计算HzE0总静止土压力

8.1.2静止土压力计算小结挡土墙土压力土压力性质影响因素静止土压力计算如何计算主动和被动土压力？8.1概述8.2朗肯土压力理论8.3库伦土压力理论8.4重力式挡土墙设计第8章土压力和支挡结构W.J.M.Rankine1820-1872Scotland

8.2朗肯(Rankine)主动土压力理论一.半无限土体中极限平衡应力状态和朗肯土压力半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的条件PaK0vv45o+/290o－svshz半无限土体主动极限平衡状态

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算朗肯土压力理论基本条件和假定条件:墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设:墙后各点均处于极限平衡状态

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算朗肯极限平衡应力状态

自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。3fv=zK0v主动极限平衡应力状态s1s345+f/2

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算1.填土为粘性土时PaK0vv

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主动土压力分布PaK0vv＋1.填土为粘性土时

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算z<z0

拉应力，开裂z>z0

总主动土压力HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3PaK0vv1.填土为粘性土时

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算

2.

填土为砂土

由于墙背光滑垂直(没有剪应力)，墙背相当于一个半无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算s145+f/2竖向应力为大主应力水平向应力为小主应力无粘性土的极限平衡条件z于是：主动土压力强度pa=3fv=zK0vpa=s3

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算

2.

填土为砂土主动土压力分布墙后破裂面形状45＋/2pa=KagzHH/3HKapa=tg2(45-f/2)gz

(kN/m2)主动土压力系数

Ka=tg2(45-f/2)

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算

2.

填土为砂土s145+f/2pa=s3z－朗肯主动土压力系数总主动土压力

8.2.1朗肯(Rankine)主动土压力的计算

2.

填土为砂土被动极限平衡应力状态1fv=zK0vs1s345-f/2Pp8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力粘性土的极限平衡条件于是：被动土压力强度pp=1fv=zK0v1.填土为粘性土8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）被动土压力强度－朗肯被动土压力系数正号EpH总被动土压力1.填土为粘性土8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）2.填土为无粘性土（砂土）竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力45-f/2无粘性土的极限平衡条件于是：被动土压力强度pp=1fv=zK0vpp=s1s3z8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）45-f/2pp=s1s3z被动土压力强度－朗肯被动土压力系数总被动土压力2.填土为无粘性土（砂土）8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）pp=sh=tg2(45+f/2)gz

(kN/m2)Kp=tg2(45+f/2)直线分布总被动土压力

Ep=1/2Kp

gH2

(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45-f/2

vPp2.填土为无粘性土（砂土）8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算（P171）小结问题：朗肯土压力理论的基本条件和假定请画出刚性墙后粘性土的主动和被动破坏面形状给出粘性土主动和被动土压力分布及计算公式8.2.2朗肯(Rankine)被动土压力计算P172例题8-1

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）一.填土上有荷载二.成层填土情况三.填土中有水四.墙背形状有变化

一、填土表面作用有连续的均布荷载（1）朗肯土压力理论

1=gz+qpa=3=gzKa+qKa

=(γz+q)KaHZ13qKaHKazKa粘性土的侧压力如何计算？

8..2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）

局部荷载--朗肯土压力理论q45o＋/245o＋/2qKaHKa

一、填土表面作用有连续的均布荷载

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）CBAg1

f1c1g2

f2c2H1朗肯理论BBg1

f1c1g2

f2c2H2BB点的上下界面分开计算

二、成层土的土压力

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）f1=

f2c1=c2=0

g2

>

g1g2

<

g1CAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B土压力分布图的变化

二、成层土的土压力

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）g1

=

g2c1=c2=0f2>

f1

f2<

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B过顶点虚拟q=gH1土压力分布图的变化

二、成层土的土压力

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）c1>0c2=0c1=0c2>0g1

=

g2

f2=

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B土压力分布图的变化

二、成层土的土压力

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算（P173）1.构造要求： 一般用砂性土，墙设排水孔以及反滤层，填土表面设沟、堤等截流2.水下部分土压力Pa=Kasz水压力pu=u(静水压力、渗流压力、超静孔压)排水管排水孔土工织物反滤砂砾石料排水管排水孔土工织物反滤砂砾石料

三、墙后填土中有地下水

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算墙基不透水朗肯理论KagH2KagH1gwH2水压力土压力CBAg

fg

fH2H1B不透水层砂土

三、墙后填土中有地下水

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算填土渗透系数比地基土小得多u=0孔压H2H1透水地基gsatH2gH1垂直有效应力=总应力KagsatH2KagH1土压力

三、墙后填土中有地下水

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算填土渗透系数比地基土小得多需要绘制流网或计算确定孔压

三、墙后填土中有地下水

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算

墙背形状有变化CABDdEa1ADEa2CB

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算

墙背形状有变化带卸荷台的挡土墙土压力H1H245o+/2(H1+H2)KaH1KaABDCEC’E’

8.2.3几种常见情况的主动土压力计算P175例题8-2如果墙背倾斜，具有倾角；墙背粗糙，与填土摩擦角为；墙后填土面任意。如何计算挡土墙后的土压力？8.1概述8.2朗肯土压力理论8.3库伦土压力理论8.4重力式挡土墙设计第8章土压力和支挡结构

8.3库仑主动土压力理论墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)库仑C.A.Coulomb(1736-1806)平面滑裂面假设：滑裂面为平面刚体滑动假设：破坏土楔为刚体滑动楔体在两个平面上处于极限平衡状态假设条件：主动极限平衡状态被动极限平衡状态墙背倾斜，具有倾角墙背粗糙，与填土摩擦角为填土表面有倾角

8.3库仑主动土压力理论ACHB

8.3.1主动土压力计算（无粘性土）WER－WRE-=90--

、E

8.3库仑主动土压力理论变化,取若干滑裂面,使E最大dE/d=0,求得，得：ABC11R1EW取一滑裂面，假设滑面上满足极限平衡条件，通过力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5=HEEpE0Ea-H1~5%1~5%o

8.3.1主动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论EEa－库仑主动土压力系数Ea特例:===0，即墙背垂直光滑，填土面水平，与朗肯理论等价

土压力分布：三角形分布

8.3.1主动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论

填土表面有超载三角形相似lHWABCqREaW

qREaEa’qKaHKa

8.3.1主动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论求解方法类似主动土压力,变化,

使E最小，dE/d=0,求得：WABCREE库仑RW

8.3.2被动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论ABCHWRE+=90+-

、EWER

8.3.2被动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论土压力分布HEp－EpHKpH/3

8.3.2被动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论EEp－库仑被动土压力系数土压力分布：三角形分布

8.3.2被动土压力计算（无粘性土）

8.3库仑主动土压力理论P178例题8-3

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论（一）分析方法

极限平衡状态区别朗肯库仑土体内各点均处于极限平衡状态刚性楔体,滑面处于极限平衡状态极限应力法滑动楔体法（二）应用条件朗肯库仑1墙背光滑垂直填土水平墙背、填土无限制粘性土一般用图解法2坦墙坦墙3墙背垂直填土倾斜

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论（三）计算误差--朗肯土压力理论郎肯主动土压力偏大郎肯被动土压力偏小墙背垂直填土水平实际

d>

0E库仑RWE朗肯E库仑RWE朗肯

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论(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滑动面滑动面

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论（三）计算误差--与理论计算值比较=0滑裂面是直线，Ka,Kp与理论值相同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。

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论（三）计算误差---与理论计算值比较

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论（三）计算误差---与理论计算值比较

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论小结：朗肯土压力理论墙背垂直光滑主动和被动极限平衡条件砂土和粘性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3朗肯(Rankine)土压力理论土压力分布和破坏面填土为砂土－被动土压力90+vPpH

HKp被动区(45－/2)填土为粘性土－被动土压力土压力分布及破坏面HKpEp2cKpHvPp45－/290+被动区小结基本条件和假定极限应力分析破坏形式主动和被动砂土和粘性土朗肯土压力理论主动土压力系数被动土压力系数静止土压力系数vPpPa总土压力：单位长度挡土墙上土压力单位：kN/m，大小、方向、作用点土压力强度：单位面积上的土压力单位：kN/m2几个概念每延米Ep朗肯(Rankine)土压力理论应用HL板桩

朗肯(Rankine)土压力理论锚固破坏整体滑动底部破坏土体下沉墙体折断挡土支护结构的破坏

非极限状态下的土压力

8.3.3朗肯和库伦土压力理论的讨论基坑倒塌8.1概述8.2朗肯土