工程地质与岩土力学

工程地质与岩土力学

教学要求：

1.理解三种土压力概念2.掌握朗肯与库仑土压力理论

第八章土压力与围岩压力

一、概述

（一）挡土墙作用

作用：支撑土坡或填土以免滑塌土压力：土体作用在挡土墙上的侧向压力挡土墙计算时，要确定土压力的大小、方向和作用点。土压力计算一般按平面问题考虑，取一延米。

（二）影响土压力的因素1.挡土墙的位移的方向和位移量—主要因素2.墙的性质：墙的形状；墙背的光滑程度墙的结构形式墙的建筑材料3.填土的性质：土的重度、含水量土的抗剪强度指标

（三）土压力的类型

按墙身位移分为：

1.静止土压力挡土墙静止不动（既不移动也不转动），墙后填土处于弹性平衡状态，这时土体作用在挡土墙背上的压力。表示：压强，单位总静止土压力，单位

2.主动土压力

挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐减小，当墙后土体达到主动极限平衡状态，并出现滑动面时，作用于墙上土压力减小至最小值。表示：压强，单位总主动土压力，单位

3.被动土压力挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体

达到被动极限平衡状态，并出现滑动面时，作用于墙上土压力增大至最大值。表示：压强，单位总主动土压力，单位

在相同条件下，三种土压力数值关系：

二、静止土压力的计算

1.静止土压力的强度—静止土压力系数

一般应通过试验确定

无试验资料时，按参考值选取利用半经验公式确定—土的有效内摩擦角

2.静止土压力的分布沿着墙高呈三角形分布

3.总静止土压力

合力的作用点：距离墙底处。

三、朗肯和库仑仑土压力理论（一）朗肯土压压力理论1.基本原理理根据均质半无限限土体处于极限平衡状态的的应力条件提出来的。基本假定：⑴挡土墙是刚性的的，墙背垂直；；⑵挡土墙的墙墙后填土面水平平；⑶挡土墙的墙墙背光滑，不考考虑墙背与填土土之间的摩擦力力。理论推导说明：：土体达到极限平平衡状态时：主动土压力是最最小主应力（水水平应力））被动土压力是最最大主应力（水水平应力）2.朗肯主动土压压力的计算土的极限平衡条件件方程式：土体处于主动极限限平衡状态时⑴填土为粘性土土令———主动土压力系系数①压强②压力分布沿墙高呈呈直线分布压力为零的深度，，可由由的的条件确确定。③墙背所受总主主动土压力的大小：的作用方向：垂直直与墙背——水平平向的作用点：距墙底底处处（通过过压力图形的形心心）。⑵填土为无粘性性土()①压强②压力分布沿墙高呈呈直线分布——三角角形③墙背所受总主主动土压力的大小：（三角形面积）的作用方向：垂直直与墙背——水平平向的作用点：距墙底底处处。3.朗肯被动土土压力计算根据土的极限平衡衡条件表达式：土体处于被动极限限平衡状态时，令———被动土土压力系数⑴填土为粘性土土①压强②压力分布沿墙背呈梯形③总被动土压力力的大小的方向——水平的作用点——通过过梯形的形心⑵填土为无粘粘性土①压强②压力分布沿墙背呈三角形③总被动动土压力的的大小的方向——水平平的作用点——通通过三角形的形形心（二）库仑土压压力理论1.基本原理理研究挡土墙后滑动土楔体的的静力平衡，提出求解墙背背所受总土压力计算理理论。假定：挡土墙是刚性的的；墙后填土是无粘粘性土；滑动面为一平面面。2.主动土压力力取土楔ABC为为脱离体，土楔体ABC上上作用力有：①墙对土楔体的支支撑反力P，作用方向与墙背背的法线成②滑动面BC上的反力R，作用方向与BC面的法线成③土楔体ABC的的重力W，它的大小、方向向和作用点均已知。根据静力平衡条条件，W，R，，P三力构成力力的平衡三角形形，利用正弦定定理得主动土压力大小小：——库仑主主动土压力系系数主动土压力强强度主动土压力的的分布——三角形合力作作用点——距墙底为为1/3H方向——与水平面面夹角为角角（在墙背法线线的上方）3.被动土压压力被动土压力的的大小：——库仑被动动土压力系数数被动土压力强强度：被动土压力的的分布——三角形合力作作用点点——距墙底为为1/3H方向——与水平面面夹角为角角（在墙背法线线的下方）（三）两种土土压力理论的的比较1.分析原原理2.墙背条条件朗肯理论：根据土体中各点都都处于极限平衡状状态的应力条件，，直接求得墙背上上各点的土压力强度度的分布。朗肯理论：假定墙背铅直、光光滑。库仑理论：墙背可以是倾斜和和粗糙。库仑理论：根据墙背与滑动面面之间的土楔体处处于极限平衡状态态时的静力平衡条条件，求得墙背上上的总土压力。3.填土条件朗肯理论：填土可为无粘性土土或粘性土；填土表面为水平面面；成层的填土条件下下计算较方便。库仑理论：填土为无粘性土；；填土表面为水平或或倾斜，任何形状状的填土表面和墙墙背可用图解法；；粘性土也可用图解解法，但简化较多多。4.计算误差朗肯理论：忽略了墙背与填土土之间摩擦力，认为墙背光滑；计算主动土压力误误差偏大。库仑理论：考虑了墙背与填土土之间摩擦力，计计算主动土压力接接近于实际值；假定滑动面为平面面，使被动土压力力误差偏大。小结结1.土压力的类类型：静止土压压力、主动土压力力、被动土压力。。2.影响土压力力的因素：挡土墙墙的位移、墙的性性质、填土的性质质。3.静止土压力力的计算：压强公公式4.主动土压力力和被动土压力的的计算：朗肯土压力理论库仑土压力理论思考题1.何谓静止止土压力、主动土土压力和被动土压力？三者数值的的大小如何？2.朗肯和库库仑土压力理论的的假设条件是什么？各自适用用于什么情况？练习题1.教材中的第第261页的习题题1；2.教材中的第第261页的习题题2；3.教材中的第第261页的习题题3。辽宁广播电视大学学双向视频课程工程地质与岩土力力学（第十二讲））主讲人：祁孝珍教学要求：1.能运用土压压力理论解决工程程实践中常见情况况下土压力的计算算问题；2.理解挡土墙墙稳定性验算的方方法；第八章土压力力和围岩压力一、概述二、静止土压力计计算三、朗肯和库仑土土压力理论四、常见情况下的的土压力计算（一）墙后填土表表面有连续均布荷荷载作用情况利用重力等效原理理假设填土为无粘性性土墙顶主动土压力的的强度：墙底主动土压力的的强度：主动土压力分布图图为梯形总主动土压力等于梯形的面积作用点：通过梯形的形心作用在墙背上（二）填土为成成层土的情况按重力等效原理理换算成与之性性质相同的当量量土层厚度而求求得。以两层土，并且且两层土的粘聚聚力均为零的情情况为例：当时时土压力分布布图形发生坡度度的变化；当时时土压力分布布图形发生突变变。主动土压力强度度墙顶处：第一层填土的底底面：第二层填土的顶顶面：第二层填土的底底面：（三）填土内有有地下水的情况况地下水位以下用用浮重度计算土土压力作用在挡土墙上上的压力包括：：土压力水压力土压力计算规律律1.由于各层层土的性质不同同，故此在土层层分界面处存在在两个压强值，，压强发生突变变；若上下土层层仅重度不同，，在土层分界面面处压力分布图图发生转折。2.综合上述述规律，将几种种常见情况下主主动土压力计算算公式可概括如如下的形式：第层填土土上下层面处压压强：上层面处：下层面处：上下两式只差第第层土土的自身重力，，3.土压力沿墙背呈呈直线分布，但由于填土性性质的变化，因此此，在土层的交交界面处土压力力分布要发生转折或突变变。土压力强度只只计算土层分界界面处（转折点））的即可。这点点是计算的关键键。4.土压力的大小等等于压力图形的的面积。只要解决了土压力沿墙墙高的分布，绘绘制出土压力分分布图，土压力的大大小就很容易求求出。致此，计计算压强是重点。提示：1.土压力强度度的大小与土的的自重应力有关关，所以，必须掌握土土的自重应力的的概念及计算。。2.计算中应应把握住主动土土压力这个突破破口。例题：某挡土墙高h=5m，墙背为为铅直且光滑，，墙后填土面为为水平，其上作作用着连续均布布荷载，q=20kPa，填填土为二层，且且有地下水存在在，各层土的指指标如图所示，，试计算作用于于墙背上土压力力和水压力。解：1.计算主动土土压力系数：第一层土第二层土2.计算各层面面处的主动土压压力强度：第一层顶面第一层底面第二层顶面第二层底面3.第二层底面面处的水压力强强度：画出压力分布图图4.计算主动土土压力①确定零压力力区的深度处在第一层填土土的范围内，其其处压压强等于零，即即∴②计算总总的主动动土压力力的大小为为主动土土压力分分布图形形的面积积，即的作用点点：（距墙底底）的方向为为水平5.计算算水压力力的大小：：的作用点点：距墙墙底为的方向为为水平。。五、挡土土墙的设设计（一）挡挡土墙的的类型选选择类型：按结构类类型分为：重力式悬臂式扶臂式锚定板式式加筋式（二）挡挡土墙断断面尺寸寸的确定定常采用试试算法确确定（三）挡挡土墙稳稳定性验验算1.抗抗滑稳定定性验算算挡土墙在在侧向压压力作用下，，墙体可可能发生沿基础础底面滑滑动破坏坏。抗滑稳定定安全系系数：2.抗抗倾覆稳稳定性验验算挡土墙在在侧向压压力作用用下，绕绕墙趾转转动向外外倾覆失失稳破坏坏。抗倾覆稳稳定安全全系数：：3.挡挡土墙墙的地基基承载力力验算满足的条条件：4.挡挡土墙墙墙身强度度的验算算墙身任意意断面上上的法向向应力应应小于