挡土结构物及土压力讲义

土压力计算排水管排水孔混凝土墙土工织物反滤砂砾石料第二章挡土墙

Retainingwall土压力Earthpressure土压力Earthpressure土2.1概述2.2静止土压力计算2.3朗肯(Rankine)土压力理论2.4库仑(Coulomb)土压力理论2.5土压力问题的讨论2.6工程中挡土墙的土压力计算本章目录§2.1概述什么是挡土结构物Retainingstructure什么是土压力

Earthpressure影响土压力的因素一、挡土结构物（挡土墙）及土压力挡土结构物：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。

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2.1概述支撑天然斜坡E拱桥桥台E挡土墙上的土压力：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。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

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2.1概述刚性挡土墙：本身变形极小，只能发生整体位移

重力式悬臂式扶壁式

锚拉式

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2.1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

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2.1概述挡土墙－浆砌块石

§

2.1概述护坡桩形成成的挡土结结构§2.1概述土工格栅加加筋建成5～6.5m高的加筋挡挡土墙§2.1概述§2.1概述加筋土挡墙墙§2.1概述§2.1概述§2.1概述§2.1概述柔性挡土墙墙：本身会发生生变形，墙墙上土压力力分布形式式复杂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§2.1概述本部分要讨讨论的中心心问题刚性挡土墙墙上的土压力力性质及土土压力计算算，包括土土压力的大大小、方向向、分布及及合力作用用点。§2.1概述3.被动土压力力（Passiveearthpressure)二、土压压力的种类类1.静止土压力力（Earthpressureatrest)2.主动土压力力（Activeearthpressure)岩石拱桥桥台§2.1概述墙体位移与与土压力类类型§2.1概述静止土压力力H+-=H土压力EEpE0Ea-H1~5%1~5%0d=D/H=0地下室E=E0地下室侧墙E填土§2.1概述主动土压力力墙体外移，土压力逐渐渐减小，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)EH+土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%0§2.1概述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)土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%0-§2.1概述§2.2静止土压力力计算静止土压力力墙体不发生生任何位移移=0相当于天然然地基土的的应力状态态（侧限状状态）——k0应力状态嵌岩的挡土墙地下室§2.2静止土压力力计算svsvshp0=shzK0:静止土压力力系数对于侧限应应力状态，，理论上：：K0=n/(1-n)对于砂土、、正常固结结粘土由于土的n很难确定，，K0常用经验公公式计算静止土压力力计算HzE0总静止土压压力§2.2静止土压力力计算形心1/3H2若墙后填土土中有地下下水，则计计算静止土土压力时，，水中土的的重度应取浮重度§2.2静止土压力力计算§2.3朗肯土压力力理论1朗肯极限平平衡应力状状态自重应力作用下，，半无限土体内各各点的应力从弹性性平衡状态发展为为极限平衡状态的的情况。3fv=zK0v主动极限平衡应力力状态s1s345+f/21fv=zK0v被动极限平衡应力力状态§2.3朗肯土压力理论s1s3s3s145-f/22朗肯土压力计算假定：墙背垂直光滑，填填土表面水平Hsvsh于是：sv、sh为主应力，且sv=zz§2.3朗肯土压力理论朗肯主动土压力计计算－填土为无粘性土（砂土））s145+f/2竖向应力为大主应应力水平向应力为小主主应力无粘性土的极限平平衡条件z于是：主动土压力强度pa=3fv=zK0vpa=s3§2.3朗肯土压力理论s145+f/2pa=s3z主动土压力强度－朗肯主动土压力系系数总主动土压力§2.3朗肯土压力理论朗肯主动土压力计计算－填土为无粘性土（砂土））朗肯主动土压力计计算－填土为粘性土竖向应力为大主应应力水平向应力为小主主应力粘性土的极限平衡衡条件于是：主动土压力强度pa=3fv=zK0v§2.3朗肯土压力理论主动土压力强度－朗肯主动土压力系系数负号45+f/2z0－z0z>z0z<z0§2.3朗肯土压力理论朗肯主动土压力计计算－填土为粘性土HEa总主动土压力－z0§2.3朗肯土压力理论朗肯主动土压力计计算－填土为粘性土例题朗肯被动土压力计算－填土为无粘性土（（砂土）竖向应力为小主应应力水平向应力为大主主应力45-f/2无粘性土的极限平平衡条件于是：被动土压力强度pp=1fv=zK0vpp=s1s3z§2.3朗肯土压力理论45-f/2pp=s1s3z被动土压力强度－朗肯被动土压力系系数总被动土压力§2.3朗肯土压力理论朗肯被动土压力计算－填土为无粘性土（（砂土）朗肯被动土压力计算－填土为粘性土竖向应力为小主应应力水平向应力为大主主应力粘性土的极限平衡衡条件于是：被动土压力强度pp=1fv=zK0v§2.3朗肯土压力理论朗肯被动土压力计算－填土为粘性土被动土压力强度－朗肯被动土压力系系数正号EpH总被动土压力§2.3朗肯土压力理论小结：朗肯土压力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§2.3朗肯土压力理论粘性土的主动土压压力HEa不支护直立开挖的的最大深度－z0§2.3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§2.3朗肯土压力理论§2.4库仑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)墙背倾斜，具有倾倾角墙背粗糙，与填土土摩擦角为填土表面有倾角出发点：平面滑裂面假设：：滑裂面为平面假设条件：刚体滑动假设：破坏土楔为刚体，，滑动楔体整体处于于极限平衡状态§2.4库仑土压力理论ACHB无粘性土的主动土土压力WER－WRE-=90--、E§2.4库仑土压力理论EEa－库仑主动土压力系系数Ea特例：===0，即墙背垂直光滑滑，填土表面水平平时，与朗肯理论论等价土压力分布：三角形分布§2.4库仑土压力理论ABCH无粘性土的被动土土压力WRE+=90+-、EWER§2.4库仑土压力理论EEp－库仑被动土压力系系数土压力分布：三角形分布§2.4库仑土压力理论图解法——当填土表面不是是平面时§2.4库仑土压力理论库尔曼（Culmann）图解法W方向Ea方向=90--§2.4库仑土压力理论粘性填土的土压力力W中包括BCDE§2.4库仑土压力理论§2.5土压力问题的讨论论1、分析方法E朗肯理论库仑理论土体内各点均处于极限平衡状态：极限应力法刚性楔体，滑面上处于极限平衡状态：滑动楔体法先求土压力强度p先求总土压力E极限平衡状态两种土压力理论的的比较§2.5土压力问题的讨论论朗肯理论库仑理论

墙背条件墙背光滑竖直

墙背可以是倾斜粗糙的

填土条件填土水平填土表面为水平或者倾斜的E2、应用条件3计算误差——朗肯土压力理论WREa'Ea实际0WREpEp'主动土压力偏大被动土压力偏小§2.5土压力问题的讨论论3计算误差——库仑土压力理论实际滑裂面不一定定是平面主动土压力偏小被动土压力偏大滑动面滑动面主动土压力搜索得得到的不一定是最最大值被动土压力搜索得得到的不一定是最最小值§2.5土压力问题的讨论论对于无粘性土，朗朗肯理论由于忽略略了墙背面的摩擦擦影响，计算的主主动土压力偏大，，用库伦理论则比比较符合实际。但但是，在工程设计计中由于考虑到朗朗肯计算公式简便便，误差偏于安全全方面，常用朗肯肯计算。对于有粘聚力的粘粘性填土，用朗肯肯土压力公式可以以直接计算，用库库仑理论却不能计计算，往往用折减减内摩擦角的办法法考虑粘聚力的影影响，误差可能较较大。计算被动土压力用用假定平面破坏面面的库仑理论，误误差太大，用朗肯肯理论计算，误差差相对小一些，但但也是偏大的。在实际工程问题中中，土压力计算是是比较复杂的。计算误差——结论工程中使用被动土土压力较少。因为为所需相对位移太太大§2.5土压力问题的讨论论三种典型土压力在在实际工程中的应应用对于一般的挡土墙墙，土压力通常都都可按主动土压力计算。对于直接浇注在基基岩上的挡土墙在在设计中常将主动土压力增大25％作为计算的土压压力，如图所示。填土压实，土土压力将增大，甚甚至可能超过静止土压力。被动土压力发生在在墙向填土方向的的位移比较大的情况，要求位移量量达到墙高的0.02到0.05。这样大的位移是工程中中所不允许的。因因此，在验算挡土墙的稳定性时，，不能全部采用被被动土压力的数值，通常取其30％。§2.5土压力问题的讨论论挡土墙位移对土压压力的影响若墙的下端不动，，上端向外移动，，压力为直线分布布，总应力作用在在墙底面上H/3处，如图(a)所示。当上端的移移动达到相当数值值时，填土发生破破坏，此时作用在在墙上的土压力为为主动土压力。若墙的上端不动下下端向外移动时，，位移的大小不能能使填土发生主动动破坏，压力为曲曲线分布。总应力力作用在墙底面以以上H/2处，如图（b）所示。若墙的上端和下端端都向外移动，位位移的大小未使填填土发生主动破坏坏，压力也是曲线线分布，如图（c）所示，总应力作作用在H/2附近。当位移超过过图（a）上端转动所发生生的主动破坏的位位移时，填土中也也将发生主动破坏坏，压力成为直线线分布，压力作用用点降至H/3处。§2.5土压力问题的讨论论§2.6工程中挡土墙的土土压力计算－几种常见的土压压力计算1.填土上有荷载2.成层填土情况3.填土中有水4.坦墙5.折线墙背面上的土土压力6.开挖情况下的土压压力7.地震时的土压力§2.6几种常见的主动土土压力计算1填土上有荷载s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土压力理论1填土上有荷载库仑土压力理论§2.6几种常见的主动土土压力计算局部荷载——朗肯理论§2.6几种常见的主动土土压力计算局部荷载——库仑理论WERqWREaEaQ§2.6几种常见的主动土土压力计算2成层填土情况g1f1c1g2f2c2H1H2§2.6几种常见的主动土土压力计算f2<f1f2>f1c1=c2=0时g2f2H1H2g1f1f1=f2时g2>g1g2<g1g1=g2时§2.6几种常见的主动土土压力计算c1=0c2>0c1>0c2=0c1、c2不为0时g2

f2

H1H2g1

f1

g1=g2f2=f1时§2.6几种常见的主动土土压力计算H1H23填土中有水水下部分用浮容重重土压力土压力水压力静水情况水压力§2.6几种常见的主动土土压力计算4坦墙a>acr=45o-f/2(1)垂直于假设墙面CD上主动土压力Ea=1/2KaH2(2)作用在真实墙面AC上的土压力WEa´Ea第一滑裂面第二滑裂面WEa´§2.6几种常见的主动土土压力计算crEa´W§2.6几种常见的主动土土压力计算5折线墙背面上的土土压力Ea1dEa2+CABDADCB小挡土墙土压力假设完整挡土墙土土压力的一部分§2.6几种常见的主动土土压力计算6开挖情况的土压力力在天然地基、天然然土坡及老填土中中开挖，然后建造造挡土墙，若开挖挖面较陡，墙后填填土受到限制而不不可能出现库仑理理论的破坏面时，，则不能用前述公公式计算作用在墙墙背上的土压力。。如左图所示，应应当考虑开挖线内内滑动土体的平衡衡条件，用力矢三三角形图解法求解解作用在墙背上的的土压力，还要再再假定填土性质与与开挖线以下的老老土性质相同，用用前述公式计算作作用在墙背上的土土压力，取这两种种计算中数值较大大的一个。如果开开挖面较缓，未限限制填土中出现库库仑理论的破坏面面，就按填土的性