岩土力学课件：第八章 土压力

1、第八章土压力挡土墙 Retaining wall土压力Earth pressure土压力Earth pressure土8.1 概述8.2 挡土墙侧的土压力8.3 朗肯(Rankine)土压力理论8.4 库仑(Coulomb)土压力理论8.5 朗肯理论与库仑理论的比较第八章 土压力什么是挡土结构物 Retaining structure什么是土压力 Earth pressure影响土压力的因素8.1 概述挡土结构物及其土压力Rigid wall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E8.1 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

2、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。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刚性挡土墙T型预应力刚性加筋圬工式L型扶壁古月堂西侧的挡土墙浆砌块石挡土墙形式-刚性挡土墙挡土墙形式-刚性挡土墙护坡桩形成的挡土结构挡土墙形式-刚性挡土墙土工格栅加筋建成56.5m高的加筋挡土墙挡土墙形式-刚性挡土墙挡土墙形式-刚性挡土墙加筋土挡墙挡土墙形式-刚性挡土墙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

3、压力变形土压力分布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影响挡土墙侧土压力的因素: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8.1 概述本章要讨论的中心问题 刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点。8.1 概述8.2 挡土墙侧的土压力8.3 朗肯(Rankine)土压力理论8.4 库仑(Coulomb)土压力理论8.5 朗肯理论与库仑理论的比较第八章 土压力3.被动土压力（Passive earth pressure)土压力的类型1.静止土压力（Earth pres

4、sure at rest)2.主动土压力（Active earth pressure)岩石拱桥桥台8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念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。8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念1. 静止土压力d =D/H=0 地下室 E=E0地下室侧墙E0填土8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念2. 主动土压力E8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念墙体向离开

5、土体方向偏移(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)3. 被动土压力8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念墙体向土体方向偏移(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 = H15%15%o8.2 挡土墙侧的土压力8.2.1 基本概念H+- 可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。Zsvshshzsv8.2 挡土墙侧的土压力8.2.2 静止土压力静止土压力系数K0对于侧限应力状态： 0=sh =K0sv = /(1- )sv = /(1- )gz 0= K0gzK0= /(1- )sv

6、shshzsv由于土的泊松比 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 静止土压力沿墙高为三角形分布。取单位墙长，作用在墙上的静止土压力为：HH/3E08.2 挡土墙侧的土压力8.2.2 静止土压力8.1 概述8.2 挡土墙侧的土压力8.3 朗肯土压力理论8.4 库仑土压力理论8.5 朗肯理论与库仑理论的比较第八章 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 aK0vv45o+/290osvshz半无限土体主动极限平衡状态8.3 朗肯土压力理论8.3.1 基本假设被动极限平衡应力状态1fv=zK0vs1s345-f/2p8.3 朗肯土

7、压力理论8.3.1 基本假设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8.3 朗肯土压力理论8.3.1 基本假设由于墙背光滑垂直(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。8.3 朗肯土压力理论8.3.2 主动土压力sa=sh=tg2(45-f/2 )gz (kN/m2)主动土压力系数 Ka= tg2(45-f/2 )土压力直线分布合力 Ea=1/2 Ka 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 1、 填土为砂土HH/3 H KasaK0vv8.3 朗肯土压力理论8.3

8、.2 主动土压力z z0 总主动土压力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3aK0vv2、 填土为粘性土8.3 朗肯土压力理论8.3.2 主动土压力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3主动区主动土压力分布aK0vv2、 填土为粘性土8.3.2 主动土压力8.3 朗肯土压力理论sp=sh=tg2(45+f/2 )gz (kN/m2)Kp= tg2(45+f/2 )直线分布总被动土压力 Ep=1/2 Kp 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 1、 填土为砂土vp8.3 朗肯土压力理论8.3.3 被动土压力1、

9、填土为砂土H/3H H Kp被动土压力分布 墙后破裂面形状45/290+vPp8.3 朗肯土压力理论8.3.3 被动土压力被动土压力分布HKpEp2c KpH总被动土压力vp2、 填土为粘性土8.3.3 被动土压力8.3 朗肯土压力理论8.3.4 有超载时的土压力8.3 朗肯土压力理论1=gz+qa= 3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa如果填土面和墙面倾斜时，如图8-9b,公式8-14。8.3.4 有超载时的土压力8.3 朗肯土压力理论qKaHKaq45o/2q45o/245o/2qKaHKa8.3.4 有超载时的土压力8.3 朗肯土压力理论8.3.5 非匀质填土的土压力8.3 朗

10、肯土压力理论1. 成层填土CAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1B当f1 = f2 c1 = c2=0 g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0c1 =0 c20当g1 = g2 f2 = f18.3.5 非匀质填土的土压力8.3 朗肯土压力理论1. 成层填土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KagH2KagH1gwH2水压力土压力CBAg fg fH2H1B8.3.5 非匀质填土的土压力8.3 朗肯土压力理论2. 填土有地下水对于粘性土可按水土合算原则计算，即地下水位以下取饱和重度计算。如果墙背倾

11、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？第八章 土压力库仑C. A. Coulomb(1736-1806)8.1 概述8.2 挡土墙侧的土压力8.3 朗肯土压力理论8.4 库伦土压力理论8.5 朗肯理论与库仑理论的比较理想散体材料假设：墙后填土c=0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8.4 库伦土压力理论8.4.1 基本假设变化,取若干滑裂面,E为的函数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

12、= HEEpE0Ea- H15%15%o8.4 库伦土压力理论8.4.2 主动土压力E达到极值，dE/d =0, 求得，得：EEa库伦主动土压力分布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8.4 库伦土压力理论8.4.2 主动土压力土压力作用方向：与墙背法线夹d角库伦主动土压力系数可查表8-1Ka: 随 提高而降低， 随提高而提高， 随提高而提高， 随j提高而降低。8.4 库伦土压力理论8.4.2 主动土压力求解方法类似主动土压力, 变化, 使E最大，dE/d =0, 求得：WABCREE库仑RW8.4 库伦土压力理论8.4.3 被动土压力土压力分布H

13、EpEpHKpH/38.4 库伦土压力理论8.4.3 被动土压力sp被动土压力沿墙高三角形分布，合力作用点在距离墙底H/3处，方向向上与墙被法线方向夹d角。EpHKpH/38.4 库伦土压力理论ABC11R1W1E1C2W2E2C3W3E3C4W4E4C5W5E5OEC3OE8.4 库伦土压力理论8.4.4 粘性填土时的土压力计算图解法W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD8.4 库伦土压力理论8.4.4 粘性填土时的土压力计算图解法8.4 库伦土压力理论8.4.4 粘性填土时的土压力计算规范法YC：增大系数，H5 m时为1， H8m时为1.2，H在58m 之间

14、时为1.1。Ka: 主动土压力系数，由公式 （8-30）-（8-32）确定。8.4 库伦土压力理论8.4.5 有车辆荷载时的土压力图（8-22）-（8-24），将车辆荷载作为超载考虑：符号含义和取值方法见教科书P227-228。8.4 库伦土压力理论8.4.5 有车辆荷载时的土压力第八章 土压力8.1 概述8.2 挡土墙侧的土压力8.3 朗肯土压力理论8.4 库伦土压力理论8.5 朗肯理论与库仑理论的比较（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8.5 朗肯理论与库伦理论的比较（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8.5 朗肯理论与库伦理论的比较（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