挡土墙上的土压力

1、 挡土墙上的土压力(yl)Earth pressure on retaining wall排水管排水孔混凝土墙土工织物反滤砂砾石料共九十六页挡土墙 Retaining wall土压力Earth pressure土压力Earth pressure土共九十六页为什么破坏？怎么评价(pngji)、预测？共九十六页1 土压力2 朗肯(Rankine)土压力理论3 库仑(Coulomb)土压力理论4 几种常见(chn jin)主动土压力计算挡土结构(jigu)物上的土压力库仑C. A. Coulomb(1736-1806)W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland2006 Ran

2、kine LectureProf. Robert Mair共九十六页1 概述(i sh)什么是挡土结构(jigu)物 Retaining structure什么是土压力 Earth pressure影响土压力的因素 概述共九十六页挡土结构(jigu)物及其土压力 概述(i sh)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ERigid wall共九十六页一 挡土结构(jigu)物(挡土墙)用来支撑天然或人工斜坡(xip)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。 概述支撑天然斜坡E拱桥桥台E共九十六页挡土结构(jigu)物上的土压力由于土体自重(zzhn

3、g)、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。 竖向有没有土压力? 概述古月堂西侧的挡土墙共九十六页挡土墙类型(按刚度及位移(wiy)方式): 刚性挡土墙 柔性挡土墙 概述(i sh)锚杆板桩板桩变形共九十六页刚性(n xn)挡土墙1 挡土墙类型(lixng)T型预应力刚性加筋圬工式L型扶壁共九十六页古月( yu)堂西侧的挡土墙浆砌块石挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页护坡桩形成(xngchng)的挡土结构挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页混凝土挡土墙及复合(fh)排水管完工完工挡土墙形式(

4、xngsh)-刚性挡土墙共九十六页土工(t n)格栅加筋建成56.5m高的加筋挡土墙挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页加筋土挡墙挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页上海市外环过江隧道(sudo)岸埋段基坑支撑挡土墙形式(xngsh)-刚性挡土墙共九十六页柔性支护(zh h)结构概述(i sh)-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共九十六页地下(dxi)建筑物发生(fshng)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概述-地下

5、建筑物共九十六页本章(bn zhn)要讨论的中心问题刚性挡土墙上土压力性质及土压力计算(j sun):土压力的大小、方向、分布及合力作用点。排水管排水孔混凝土墙土工织物反滤共九十六页3.被动(bidng)土压力Passive earth pressure(一) 墙体位移和土压力(yl)性质1 概述-土压力类型1.静止土压力Earth pressure at rest2.主动土压力Active earth pressure岩石拱桥桥台共九十六页本章要讨论的中心(zhngxn)问题刚性挡土墙上土压力性质及土压力计算:土压力的大小、方向、分布(fnb)及合力作用点。被动土压力主动土压力共九十六页二

6、挡土墙上的土压力的影响(yngxing)因素土的性质挡土墙的移动方向墙和土的相对位移(wiy)量土体与墙之间的摩擦挡土墙类型共九十六页墙体位移(wiy)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(chngsh)，而是随位移量的变化而变化。1 概述-土压力类型共九十六页1. 静止(jngzh)土压力1 概述(i sh)-土压力类型H+- = H土压力EEpE0Ea- H15%15%od =D/H=0 地下室 E=E0地下室侧墙E填土共九十六页2.

7、 主动(zhdng)土压力墙体外移，土压力(yl)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1 概述-土压力类型EH+土压力EEpE0Ea- H = H15%15%o共九十六页3. 被动(bidng)土压力墙体内移，土压力逐渐增大，当土体破坏，达到(d do)极限平衡状态时所对应的土压力最大1 概述-土压力类型土压力EEpE0Ea- H = H15%15%o-共九十六页可按土体处于(chy)侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。(二) 静止(jngzh)z土压力计算1 概述-土压力类型Zsvshshzsv共九十六页静止土压力(yl)系数K0对于(duy)侧限应力状态： p0=sh

8、=K0sv =u/(1-u)sv = u/(1-u)gzK0=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 共九十六页小结(xioji)挡土墙土压力土压力性质影响(yngxing)因素静止土压力计算如何计算主动和被动土压力？共九十六页一.半无限土体中极限平衡应力(yngl)状态和朗肯土压力2 朗肯(Rankine)土压力(yl)理论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+/290osvshz半无限土体主动极限平衡状态共九十六页被动极限平衡(pnghng)应力状态朗肯土压力(

9、yl)理论1fv=zK0vs1s345-f/2Pp共九十六页本章(bn zhn)要讨论的中心问题刚性挡土墙上土压力(yl)性质及土压力(yl)计算。小结PaE + H - H墙土间发生相对位移平动转动共九十六页土压力(yl)与墙土相对位移的关系 H土压力EEpE0Ea- H15%15%o小结(xioji)被动土压力静止土压力主动土压力共九十六页3.被动(bidng)土压力Passive earth pressure(一) 墙体位移(wiy)和土压力性质1.静止土压力Earth pressure at rest2.主动土压力Active earth pressure岩石拱桥桥台小结共九十六页可按

10、土体处于(chy)侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。静止(jngzh)土压力计算小结Zsvshshzsvsh =p0= u/(1- u)g zK0=u/(1- u)共九十六页被动极限平衡(pnghng)应力状态s1s345-/2v=zK0vPp小结(xioji)朗肯土压力理论45o+/290osvshz主动极限平衡状态Pa共九十六页朗肯土压力理论基本条件(tiojin)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(pnghng)状态2 朗肯土压力理论共九十六页二.墙背光滑垂直(chuzh)、墙土表面水平的土压力计算2 朗肯土压力(yl)理论(一).填土为砂土由于墙背光滑垂直

11、(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。共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论1.主动(zhdng)土压力pa=sh=tg2(45- /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+ /2 (一) 填土为砂土HH/3 H KaPaK0vv共九十六页(一) 填土为砂土(sh t)2 朗肯土压力(yl)理论1.主动土压力主动土压力分布 墙后破裂面形状45/2pa=KagzHH/3 H Kapa= tg2(45-f/2 )gz

12、 (kN/m2)主动土压力系数 Ka= tg2(45-f/2 )共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论2.被动(bidng)土压力pp=sh=tg2(45+ /2 )gz (kN/m2)Kp= tg2(45+ /2 )直线分布总被动土压力 Ep=1/2 Kp g H2 (kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45- /2 (一) 填土为砂土vPp共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论2.被动(bidng)土压力(一) 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+vPp共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论1.主动(zhdng)土压力(二) 填土为粘性土

13、PaK0vv共九十六页(二) 填土为粘性(zhn xn)土paK0vvHKaHKa-2c Kaz0Ea2c Ka(H-z0)/3主动区45o+/22 朗肯土压力(yl)理论1. 主动土压力共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论1.主动(zhdng)土压力(二) 填土为粘性土HKaHKa-2c Kaz0Ea2c Ka(H-z0)/3主动区主动土压力分布paK0vv45o+/2共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论z z0 总主动土压力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3PaK0vv1.主动土压力(二) 填土为粘性土共九十六页2 朗肯土压力(yl)理论(二) 填土为粘性(zhn

14、xn)土2 被动土压力被动土压力分布HKpEp2c KpH总土压力vPp共九十六页小结(xioji)问题：朗肯土压力理论的基本条件和假定(jidng)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2 朗肯土压力理论共九十六页小结(xioji)基本条件和假定(jidng)极限应力分析破坏形式主动和被动砂土和粘性土2 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共九十六页(一) 填土为砂土主动(zhdng)土压力小结(xioji)45/2pa=KagzHH/3 H Ka1. 土压力分布和墙后破裂面形状共九十六页2. 土压力(yl)分布和破坏

15、面(一) 填土为砂土被动(bidng)土压力90+小结H H Kp被动区(45/2)vPp共九十六页如果墙背倾斜，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(j sun)挡土墙后的土压力？共九十六页平面(pngmin)滑裂面假设：滑裂面为平面(pngmin)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(jish)条件：主动极限平衡状态被动极限平衡状态3 库仑土压力理论3 库仑土压力理论共九十六页(一) 主动(zhdng)土压力-砂土3 库仑土压力(yl)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

16、满足极限平衡条件，通过力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5 = HEEpE0Ea- H15%15%o共九十六页EEa库仑(kln)主动土压力系数Ea特例(tl):=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3 库仑土压力理论共九十六页(二) 被动土压力(yl)-砂土3 库仑(kln)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共九十六页3 库仑(kln)土压力理论土压力(yl)分布(二) 被动土压力HEpEpHKpH/3共九十六页三. 图解法-主动(zhdng)土压力3 库仑(kln)土压力理论ABC11R1

17、W1E1C2W2E2C3W3E3C4W4E4C5W5E5OEC3OE共九十六页2. 库尔曼(C. Culmann)图解法3 库仑土压力(yl)理论在图中使力三角形顶点o与墙底A重合(chngh)，Ri方向与ACi方向一致C2BC11R1C2C3C4C5AW1m1W2m2W3m3W4m4W5m5ERW- M旋转90+ 共九十六页3. 粘性(zhn xn)土的图解法3 库仑土压力(yl)理论W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD共九十六页四 朗肯和库仑土压力(yl)理论的比较（一） 分析方法 极限平衡(pnghng)状态3 库仑土压力理论区别朗肯库仑土体内各点均处于

18、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共九十六页（二） 应用(yngyng)条件朗肯和库仑土压力理论(lln)的比较朗肯库仑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墙背垂直填土倾斜共九十六页(三) 计算误差-朗肯土压力(yl)理论朗肯和库仑土压力理论(lln)的比较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墙与填土摩擦系数 d 0填土为砂土 c0 E库仑RWE朗肯E库仑RWE朗肯共九十六页(三) 计算误差-库伦(k ln)土压力理论朗肯和库仑土压力(yl)理论的比较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

19、不一定是最小值作业：6-4，6-5坦墙滑动面滑动面共九十六页(三) 计算误差-与理论(lln)计算值比较朗肯和库仑土压力理论(lln)的比较=0 c0 滑裂面是直线， Ka, Kp与理论值相同0 Ka 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实际工程问题中，土压力计算非常复杂共九十六页4 几种工程中常见的主动土压力(yl)计算一. 填土上有荷载二. 成层填土情况(qngkung)三. 填土中有水四. 坦墙五. 墙背形状有变化六. 墙后填土受限制共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算一. 填土上有荷载(hzi)1 朗肯土压力

20、理论 1=gz+qpa= 3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算2. 库仑(kln)土压力理论一. 填土上有荷载lHWABCqREaWGREaEaqKaHKa三角形相似共九十六页4 几种工程中常见的主动土压力(yl)计算3. 局部(jb)荷载-朗肯土压力理论 一. 填土上有荷载q45o/245o/2qKaHKa共九十六页4 几种工程中常见的主动土压力(yl)计算四. 坦墙 cr=45o-/2填土表面(biomin)水平(1) 假设垂直墙面CD上主动土压力Ea(2) 作用在真实墙面AC上的土压力E朗肯理论crEABDC45o-/2

21、B郎肯EaWEWEa共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算(1) 求解假设墙面CB上主动土压力 Ea(2) 作用(zuyng)在真实墙面AC上的土压力 E库仑理论Rd EaWbaacrCABB四. 坦墙填土表面倾斜EWEaE共九十六页4 几种(j zhn)工程中常见的主动土压力计算二. 成层填土CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1朗肯理论(lln)1 pa在B点的连续性2 d pa /d z(即pa斜率)在B点的连续性B共九十六页4 几种工程中常见的主动土压力(yl)计算f1 = f2 c1 = c2=0 g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0c1 =0 c2

22、0g1 = g2 f2 = f1CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1B二. 成层填土共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算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(shu xi)部分土压力 pa = Kasz水压力 pu=u (静水压力、渗流压力、超静孔压)三. 填土中有水排水管排水孔土工织物反滤砂砾石料共九十六页4 几种(j zhn)工程中常见的主动土压力计算三. 填土中有水 砂土(sh t)朗肯理论gwH2水压力CBAg fg fH2H1B不透水层墙基不透水 (gH1+gH2) gH1土压力KaKa共九十六页4 几种

23、(j zhn)工程中常见的主动土压力计算三. 填土中有水u=0孔压gsatH2gH1垂直有效应力=总应力Ka(gH1+gsatH2)KagH1土压力填土渗透系数比地基(dj)土小得多H2H1透水地基共九十六页4 几种工程(gngchng)中常见的主动土压力计算三. 填土中有水填土渗透系数比地基(dj)土小得多需要绘制流网或计算确定孔压共九十六页4 几种工程(gngchng)中常见的主动土压力计算五. 墙背形状(xngzhun)有变化带卸荷台的挡土墙土压力H1H245o+/2(H1+H2)KaH1KaABDCECE共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算六. 墙后填土受限制滑裂

24、面BC可能的位置(1) BC在填土中(2) BC在老土(lo t)中(3) BC在新老土界面上BAC老土g1 f1 c1填土g2 f2 c2挡土墙共九十六页4 几种工程(gngchng)中常见的主动土压力计算七. 加筋挡土墙的主动(zhdng)土压力Hqr qsVWqsKaHKaLrsxvP1Pq共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算D s3=2 Dc tg(45o-f/2)1 土工合成材料 土工布 土工带 土工格栅2 原理：筋材在拉应变方向(fngxing)，提供拉力，对土体产生压力，从而提高土的抗剪强度加筋土中的土加筋土31c素土3七. 加筋挡土墙的主动土压力共九十六页

25、本章(bn zhn)总结挡土结构物土压力 土压力性质(xngzh)朗肯土压力理论库伦土压力理论几种主动土压力计算 = H土压力EEpE0Ea- H15%15%o共九十六页（三）计算误差-与理论(lln)计算值比较朗肯和库仑土压力(yl)理论的比较共九十六页（三） 计算(j sun)误差-与理论计算(j sun)值比较朗肯和库仑(kln)土压力理论的比较共九十六页4 几种工程中常见的主动(zhdng)土压力计算(一) 讨论(toln)1. pa在B点的连续性(1) g1 = g2 1 = 2 c1 c2 (2) g1 = g2 1 2 c1 = c2=0(3) g1 g2 1 = 2 c1 = c2不连续不连续连续CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1共九十六页4 几种工程中常见(chn jin)的主动土压力计算（一） 讨论(toln)2. d pa /d z(即pa斜率) 的连续性(1) g1 g2； 1 = 2 转折: g 大 d pa /d z 大(2) f1 f2 ； g1 = g2 转折: g 大 d pa /d z 小朗肯理论仅和 g f 有关CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1共九十六页4 几种(j zhn)工程中常见的主动土压力计算五. 墙背形状(xngzhun)有变化CABDdEa1AD Ea2CB共九十六页4 几种工程