土力学：挡土结构物上的土压力（PPT83）

土力学学2第六章章挡土结结构物物上的的土压压力Earthpressureonretainingstructure§1土压压力力§2朗肯肯(Rankine)土压压力力理理论论§3库仑仑(Coulomb)土压压力力理理论论§4几种种常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算第六六章章挡挡土土结结构构物物上上的的土土压压力力库仑C.A.Coulomb(1736-1806)§1概述述什么是挡挡土结构构物Retainingstructure什么是土土压力(Earthpressure)影响土压压力的因因素挡土结构构物类型型对土压压力分布布的影响响挡土结构构物及其其土压力力概述Rigidwall一挡土土结构物物（挡土土墙）用来支撑撑天然或或人工斜斜坡不致致坍塌以以保持土土体稳定定性，或或使部分分侧向荷荷载传递递分散到到填土上上的一种种结构物物。概述挡土结构构物上的的土压力力由于土体体自重、、土上荷荷载或结结构物的的侧向挤挤压作用用，挡土土结构物物所承受受的来自自墙后填填土的侧侧向压力力。概述挡土墙类类型（按按刚度及及位移方方式）:刚性挡土土墙柔性挡土土墙概述刚性挡土墙§1L型T型预应力刚性加筋扶壁圬工式混凝土挡挡土墙及及复合排排水管完工完工柔性支护护结构§6.1概述锚杆板桩板桩变形基坑支撑撑上的土土压力变形土压力分分布板桩上土压力实测计算上海市外外环过江江隧道岸岸埋段基基坑支撑撑无法打锚锚杆，相相邻建筑筑物的基基础较深深,地下管线线内支撑§6.1概述地下建筑筑物§1发生在土土体内部部或者与与土相邻邻的结构构物上的的压力竖向土压压力新填土B外土柱内土柱等沉面沟埋式上埋式二土压压力的影影响因素素土的性质质挡土墙的的移动方方向挡土墙和和土的相相对位移移量土体与墙墙之间的的摩擦挡土墙类类型本章要讨讨论的中中心问题题刚性挡土土墙上的土压压力性质质及土压压力计算算，包括括土压力力的大小小、方向向、分布布及合力力作用点点。在影响土土压力的的诸多因因素中,墙体位移移条件是最主要要的因素素。墙体体位移的的方向和和相对位位移量决决定着所所产生的的土压力力的性质质和土压压力的大大小。三土压力类类型3.被动土压压力（Passiveearthpressure)（一）墙体位移移和土压压力性质质§1概述1.静止土压压力（Earthpressureatrest)2.主动土压压力（Activeearthpressure)墙体位移移对土压压力的影影响１．挡土土墙所受受土压力力的类型型，首先先取决于于墙体是是否发生生位移以以及位移移的方向向。其中中有三种种特定情情况下的的土压力力，即静静止土压压力、主主动土压压力和被被动土压压力。２．挡土土墙所受受土压力力的大小小并不是是一个常常数，而而是随位位移量的的变化而而变化。。§1当d=D/H=0时（如如地下室室）E=E01.静止土压压力2.主动土压压力§1概述墙体外移，土压力逐逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最小)3.被动土压压力§1概述墙体内移，土压力逐逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最大)可按土体体处于侧限条件件下的弹性平平衡状态态进行计计算。（二）静止土压压力计算算静止土压压力系数数K0对于侧限限应力状状态：p0=sh=K0sv=u/(1-u)sv=u/(1-u)gzK0=n/(1-n)由于土的的n很难确定定，K0常用经验验公式计计算对于砂土土、正常常固结粘粘土：K0≈1-sinf’svsvshshz小结挡土墙土压力土压力性性质影响因素素静止土压压力计算算如何计算算主动和和被动土土压力？？一.半无限土土体中的的极限平平衡应力力状态和和朗肯土土压力：§2朗肯(Rankine)土压力理理论1.主动极限限平衡应应力状态态PaK0vv朗肯土压压力理论论基本条条件和假假定条件墙背光滑滑墙背垂直直填土表面面水平假设墙后各点点均处于于极限平平衡状态态§2朗肯土压压力理论论二.墙背光滑滑垂直、、墙土表表面水平平的土压压力计算算§2朗肯土压压力理论论(一).填土为砂土由于墙背背光滑垂垂直（没没有剪应应力），，墙背相相当于一一个半无无限土体体中的对对称线，，墙后为为半无限限土体的的一半。。(一)填土为砂土§2朗肯土压压力理论论1.主动土压压力HH/3HKa主动土压压力分布布墙墙后后破裂面面形状45＋/2§2朗肯土压压力理论论1.主动土压压力pa=sh=tg2(45-f/2)gzKa=tg2(45-f/2)直线分布布合力Ea=1/2KagH2作用点：：底部以以上1/3H处滑裂面方方向：与与水平夹夹角45+f/2(一)填土为砂土HH/3HKa§2朗肯土压压力理论论2.被动土压压力(一)填土为砂土HH/3HKp被动土压压力分布布墙墙后后破裂面面形状45－/290+§2朗肯土压压力理论论2.被动土压压力pp=sh=tg2(45+f/2)gzKp=tg2(45+f/2)直线分布布合力Ep=1/2KpgH2作用点：：底部以以上1/3H处滑裂面方方向：与与水平夹夹角45-f/2(一)填土为砂土§2朗肯土压压力理论论1.主动土压压力(二)填土为粘性土§2朗肯土压压力理论论1.主动土压压力(一)填土为粘性土HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主动区主动土压压力分布布§2朗肯土压压力理论论1.主动土压压力z<z0拉应力，，开裂z>z0

(一)填土为粘性土总主动土压力HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3§2朗肯土压压力理论论2.被动土压压力(一)填土为粘性土小结基本条件件和假定定极限应力力分析破坏形式式主动和被被动砂土和粘粘性土§2朗肯土压压力理论论如果墙背背不垂直直，光滑滑墙后填土土任意如何计算算挡土墙墙后的土土压力？？§6.3库仑土压压力理论论(一)主动土压压力§3库仑土压力理理论基本假设设：1、墙后土土体为无无粘性土土2、滑动面面为一平平面3、将破坏坏的楔形形土体视视为刚体体4、按楔形形体整体体极限平平衡条件件处理(一)主动土压压力§3库仑土压力理理论求解方法法：1、滑动楔楔体受三三个力系系W、E、R（如图））2、根据静静力平衡衡力三角角形闭合合条件，，可得E的大小3、求极值值(一)主动土压压力§3库仑土压力理理论当b=d=a=0时，即：：墙背光滑滑、垂直直，填土土表面水水平时与朗肯土土压力理理论一致致(二)被动土压压力§3库仑土压力理理论求解方法法类似主主动土压压力变化,取若干滑滑裂面,使E最小dE/d=0,求得，得到：§3库仑土压力理理论土压力分分布(二)被动土压压力三.图解法§3库仑土压力理理论2.库尔曼(C.Culmann)图解法§3库仑土压力理理论在图中使使力三角角形顶点点o与墙底A重合，Ri方向与ACi方向一致致3.粘性土土的图图解法法§3库仑土压力力理论论W中包括括BCDE四朗肯和和库仑仑土压压力理理论的的比较（一））分析方方法区别朗肯库库仑仑极限平平衡状状态土体内内各点点均处处于极极限平平衡状状态刚性楔楔体,滑面上上处于于极限限平衡衡状态态极限应应力法法滑滑动动楔体体法§3库仑土压力力理论论（二））应用条条件§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较朗肯库仑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（三））计算误误差--朗肯土土压力力理论论§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较墙背垂垂直实际d>0郎肯主主动土土压力力偏大大郎肯被被动土压力力偏小小（三）计计算误误差--库伦土土压力力理论论§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较由于实实际滑滑裂面面不一一定是是平面面主动土土压力力偏小不一定定是最最大值被动土土压力力偏大不一定定是最最小值（三））计算算误差差---与理论论计算算值比比较§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较（三））计算误误差---与理论论计算算值比比较§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较（三））计算算误差差--与理论论计算算值比比较§6.4朗肯和和库仑仑土压力力理论论的比较=0滑裂面面是直直线，，三种种理论论计算算Ka,Kp相同0Ka朗肯偏偏大10%左右，，工程程偏安安全库仑偏偏小一一些（（可忽忽略)；Kp朗肯偏偏小可可达几几倍；；库仑偏偏大可可达几几倍;在实际际工程程问题题中，，土压压力计计算是是比较较复杂杂的。。§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算一.填土上上有荷荷载二.成层填填土情情况三.填土中中有水水四.坦墙五.墙背形形状有有变化化六.墙后填填土受受限制制§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算一.填土上上有荷荷载1朗肯土土压力力理论论1=gz+qpa=3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算2.库仑土土压力力理论论一.填土上上有荷荷载三角形形相似似§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算3.局部荷荷载--朗肯土土压力力理论论一.填土上上有荷荷载§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算二.成层填填土CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1朗肯理理论§4几种工工程中中常见见的主主动土土压力力计算算（一））讨讨论1.pa在B点的连连续性性(1)g1=g21=2c1c2(2)g1=g212c1=c2=0(3)g1g21=2c1=c2不连连续续不连连续续连续续CBAg1

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f2c2H2H1§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算（一一））讨讨论论2.dpa/dz(即pa斜率率)的连连续续性性(1)g1g2；1=2转折折:g大dpa/dz大(2)f1f2；g1=g2转折折:g大dpa/dz小朗肯理论仅和g

f有关CBAg1

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f2c2H2H1§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算（二二））几几种种情情况况下下土土压压力力讨讨论论f1=f2c1=c2=0g2>g1g2<g1CBAg1

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f2c2H2H1§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算（二二））几几种种情情况况下下土土压压力力讨讨论论过顶顶点点虚虚拟拟q=gH1g1=g2c1=c2=0f2>f1f2<f1CBAg1

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f2c2H2H1§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算（二二））几几种种情情况况下下土土压压力力讨讨论论c1>0c2=0c1=0c2>0g1=g2f2=f1CBAg1

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f2c2H2H1§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算1.构造造要要求求：：一般般用用砂砂性性土土，，墙墙设设排排水水孔孔以以及及反反滤滤层层，，填填土土表表面面设设沟沟、、堤堤等等截截流流2.水下下部部分分土压压力力Pa=Kaσz水压压力力pu=u(静水水压压力力、、渗渗流流压压力力、、超静静孔孔压压)三.填土土中中有有水水§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算三.填土土中中有有水水墙基基不不透透水水朗肯肯理理论论KagH2KagH1gwH2水压力土压力§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算三.填土土中中有有水水H2H1不透水dEapw土压力水压力Eapw库仑仑理理论论墙基基不不透透水水§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算三.填土土中中有有水水填土土渗渗透透系系数数比比地地基基土土小小得得多多需要要绘绘制制流流网网或或计计算算确确定定孔孔压压§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算三.填土土中中有有水水填土土渗渗透透系系数数比比地地基基土土小小得得多多H2H1gsatH2gH1垂直有效应力=总应力u=0孔压KagsatH2KagH1土压力透水水地地基基§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算四.坦墙墙a>acr=45o-/2填土土表表面面水水平平(1)假设设垂垂直直墙墙面面CD上主主动动土土压压力力Ea=1/2KaH2(2)作用用在在真真实实墙墙面面AC上的的土土压压力力朗肯肯理理论论§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算四.坦墙墙填土土表表面面倾倾斜斜(1)求解解假假设设墙墙面面CB上主主动动土土压压力力Ea(2)作用用在在真真实实墙墙面面AC上的的土土压压力力库仑仑理理论论RdEaWbaacrCABB§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算五.墙背背形形状状有有变变化化CABDdEa1ADEa2CB§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算五.墙背背形形状状有有变变化化带卸卸荷荷台台的的挡挡土土墙墙土土压压力力§4几种种工工程程中中常常见见的的主主动动土土压压力力计计算算六.墙后后填填土土受受限限制制BAC填土g2

f2c2老土g1

f1c1滑裂裂面面BC可能能的的位位置置(1)BC在填填土土中中(2)BC在老老土土中中(3)BC在界