挡土结构物及土压力讲义PPT80

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土压力问题的的讨论2.6工程中挡土墙墙的土压力计计算本章目录§2.1概述什么是挡土结结构物Retainingstructure什么是土压力力Earthpressure影响土压力的的因素一、挡土结结构物（挡土土墙）及土压压力挡土结构物：用来支撑天天然或人工斜斜坡不致坍塌塌以保持土体体稳定性，或或使部分侧向向荷载传递分分散到填土上上的一种结构构物。§2.1概述支撑天然斜坡E拱桥桥台E挡土墙上的土土压力：由于土体自自重、土上荷荷载或结构物物的侧向挤压压作用，挡土土结构物所承承受的来自墙墙后填土的侧侧向压力。挡土墙类型（（按刚度及位位移方式）:刚性挡土墙柔性挡土墙锚杆板桩板桩变形§2.1概述刚性挡土墙：：本身变形极小小，只能发生生整体位移重力式悬臂式扶壁式

锚拉式§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§2.1概述挡土墙－浆砌砌块石§2.1概述护坡桩形成的的挡土结构§2.1概述土工格栅加筋筋建成5～6.5m高的加筋挡土土墙§2.1概述§2.1概述加筋土挡墙§2.1概述§2.1概述§2.1概述§2.1概述柔性挡土墙：：本身会发生变变形，墙上土土压力分布形形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概述本部分要讨论论的中心问题题刚性挡土墙上的土压力性性质及土压力力计算，包括括土压力的大大小、方向、、分布及合力力作用点。§2.1概述3.被动土压力（Passiveearthpressure)二、土压力力的种类1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)岩石拱桥桥台§2.1概述墙体位移与土土压力类型§2.1概述静止土压力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概述主动土压力墙体外移，土压力逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡状态态时所对应的土土压力(最小)EH+土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%0§2.1概述被动土压力墙体内移，土压力逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡状态态时所对应的土土压力(最大)土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%0-§2.1概述§2.2静止土压力计计算静止土压力墙体不发生任任何位移=0相当于天然地地基土的应力力状态（侧限限状态）——k0应力状态嵌岩的挡土墙地下室§2.2静止土压力计计算svsvshp0=shzK0:静止土压力系系数对于侧限应力力状态，理论论上：K0=n/(1-n)对于砂土、正正常固结粘土土由于土的n很难确定，K0常用经验公式式计算静止土压力计计算HzE0总静止土压力力§2.2静止土压力计计算形心1/3H2若墙后填土中中有地下水，，则计算静止止土压力时，，水中土的重重度应取浮重度§2.2静止土压力计计算§2.3朗肯土压力理理论1朗肯极限平衡衡应力状态自重应力作用用下，半无限限土体内各点点的应力从弹弹性平衡状态态发展为极限限平衡状态的的情况。3fv=zK0v主动极限平衡衡应力状态s1s345+f/21fv=zK0v被动极限平衡衡应力状态§2.3朗肯土压力理理论s1s3s3s145-f/22朗肯土压力计计算假定：墙背垂直光滑滑，填土表面面水平Hsvsh于是：sv、sh为主应力，且sv=zz§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯主主动土土压力力计算算－填土为为无粘性性土（（砂土土）s145+f/2竖向应应力为为大主主应力力水平向向应力力为小小主应应力无粘性性土的的极限限平衡衡条件件z于是：：主动土土压力力强度度pa=3fv=zK0vpa=s3§2.3朗肯土土压力力理论论s145+f/2pa=s3z主动土土压力力强度度－朗肯主主动土土压力力系数数总主动动土压压力§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯主主动土土压力力计算算－填土为为无粘性性土（（砂土土）朗肯主主动土土压力力计算算－填土为为粘性土土竖向应应力为为大主主应力力水平向向应力力为小小主应应力粘性土土的极极限平平衡条条件于是：：主动土土压力力强度度pa=3fv=zK0v§2.3朗肯土土压力力理论论主动土土压力力强度度－朗肯主主动土土压力力系数数负号45+f/2z0－z0z>z0z<z0§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯主主动土土压力力计算算－填土为为粘性土土HEa总主动动土压压力－z0§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯主主动土土压力力计算算－填土为为粘性土土例题朗肯被动土压力力计算算－填土为为无粘粘性土土（砂砂土））竖向应应力为为小主主应力力水平向向应力力为大大主应应力45-f/2无粘性性土的的极限限平衡衡条件件于是：：被动土土压力力强度度pp=1fv=zK0vpp=s1s3z§2.3朗肯土土压力力理论论45-f/2pp=s1s3z被动土土压力力强度度－朗肯被被动土土压力力系数数总被动动土压压力§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯被动土压力力计算算－填土为为无粘粘性土土（砂砂土））朗肯被动土土压力力计算－填土为为粘性土土竖向应应力为为小主主应力力水平向向应力力为大大主应应力粘性土土的极极限平平衡条条件于是：：被动土土压力力强度度pp=1fv=zK0v§2.3朗肯土土压力力理论论朗肯被动土土压力力计算－填土为为粘性土土被动土土压力力强度度－朗肯被被动土土压力力系数数正号EpH总被动动土压压力§2.3朗肯土土压力力理论论小结：：朗肯肯土压压力理理论墙背垂垂直光光滑主动和和被动动极限平平衡条条件砂土和和粘性性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3§2.3朗肯土土压力力理论论粘性土土的主主动土土压力力HEa不支护护直立立开挖挖的最最大深深度－z0§2.3朗肯土土压力力理论论主动土土压力力系数数被动土土压力力系数数静止土土压力力系数数§2.3朗肯土土压力力理论论§2.4库仑土土压力力理论论墙背倾倾斜、、粗糙糙、填填土倾倾斜时时？库仑土土压力力理论论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)墙背倾倾斜，，具有有倾角角墙背粗粗糙，，与填填土摩摩擦角角为填土表表面有有倾角角出发点点：平面滑滑裂面面假设设：滑裂面面为平平面假设条条件：：刚体滑滑动假假设：：破坏土土楔为为刚体体，滑动楔楔体整整体处处于极极限平平衡状状态§2.4库仑土土压力力理论论ACHB无粘性性土的的主动动土压压力WER－WRE-=90--、E§2.4库仑土土压力力理论论EEa－库仑主主动土土压力力系数数Ea特例：：===0，即墙墙背垂垂直光光滑，，填土土表面面水平平时，，与朗朗肯理理论等等价土压力分分布：三角形分分布§2.4库仑土压压力理论论ABCH无粘性土土的被动动土压力力WRE+=90+-、EWER§2.4库仑土压压力理论论EEp－库仑被动动土压力力系数土压力分分布：三角形分分布§2.4库仑土压压力理论论图解法——当填土土表面不不是平面面时§2.4库仑土压压力理论论库尔曼（（Culmann）图解法法W方向Ea方向=90--§2.4库仑土压压力理论论粘性填土土的土压压力W中包括BCDE§2.4库仑土压压力理论论§2.5土压力问问题的讨讨论1、分析方方法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极限平衡衡状态两种土压压力理论论的比较较§2.5土压力问问题的讨讨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、应用条条件3计算误差差——朗肯土压压力理论论WREa'Ea实际0WREpEp'主动土压压力偏大被动土压压力偏小§2.5土压力问问题的讨讨论3计算误差差——库仑土压压力理论论实际滑裂裂面不一一定是平平面主动土压压力偏小被动土压压力偏大滑动面滑动面主动土压压力搜索索得到的的不一定定是最大大值被动土压压力搜索索得到的的不一定定是最小小值§2.5土压力问问题的讨讨论对于无粘粘性土，，朗肯理理论由于于忽略了了墙背面面的摩擦擦影响，，计算的的主动土土压力偏偏大，用用库伦理理论则比比较符合合实际。。但是，，在工程程设计中中由于考考虑到朗朗肯计算算公式简简便，误误差偏于于安全方方面，常常用朗肯肯计算。。对于有粘粘聚力的的粘性填填土，用用朗肯土土压力公公式可以以直接计计算，用用库仑理理论却不不能计算算，往往往用折减减内摩擦擦角的办办法考虑虑粘聚力力的影响响，误差差可能较较大。计算被动动土压力力用假定定平面破破坏面的的库仑理理论，误误差太大大，用朗朗肯理论论计算，，误差相相对小一一些，但但也是偏偏大的。。在实际工工程问题题中，土土压力计计算是比比较复杂杂的。计算误差差——结论工程中使使用被动动土压力力较少。。因为所所需相对对位移太太大§2.5土压力问问题的讨讨论三种典型型土压力力在实际际工程中中的应用用对于一般般的挡土土墙，土土压力通通常都可可按主动动土压力计算。。对于直接接浇注在在基岩上上的挡土土墙在设设计中常常将主动土压力力增大25％作为计计算的土土压力，，如图所所示。填土土压实，，土压力力将增大大，甚至至可能超超过静止土压力力。被动土压压力发生生在墙向向填土方方向的位位移比较较大的情况，要要求位移移量达到到墙高的的0.02到0.05。这样大的位移移是工程程中所不不允许的的。因此此，在验验算挡土墙的稳稳定性时时，不能能全部采采用被动动土压力力的数值，通常常取其30％。§2.5土压力问问题的讨讨论挡土墙位位移对土土压力的的影响若墙的下下端不动动，上端端向外移移动，压压力为直直线分布布，总应应力作用用在墙底底面上H/3处，如图图(a)所示。当当上端的的移动达达到相当当数值时时，填土土发生破破坏，此此时作用用在墙上上的土压压力为主主动土压压力。若墙的上上端不动动下端向向外移动动时，位位移的大大小不能能使填土土发生主主动破坏坏，压力力为曲线线分布。。总应力力作用在在墙底面面以上H/2处，如图图（b）所示。。若墙的上上端和下下端都向向外移动动，位移移的大小小未使填填土发生生主动破破坏，压压力也是是曲线分分布，如如图（c）所示，，总应力力作用在在H/2附近。当当位移超超过图（（a）上端转转动所发发生的主主动破坏坏的位移移时，填填土中也也将发生生主动破破坏，压压力成为为直线分分布，压压力作用用点降至至H/3处。§2.5土压力问问题的讨讨论§2.6工程中挡挡土墙的的土压力力计算－几种常常见的土土压力计计算1.填土上有有荷载2.成层填土土情况3.填土中有有水4.坦墙5.折线墙背背面上的的土压力力6.开挖情况况下的土土压力7.地震时的的土压力力§2.6几种常见见的主动动土压力力计算1填土上有有荷载s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土压压力理论论1填土上有有荷载库仑土压压力理论论§2.6几种常见见的主动动土压力力计算局部荷载载——朗肯理论论§2.6几种常见见的主动动土压力力计算局部荷载载——库仑理论论WERqWREaEaQ§2.6几种常见见的主动动土压力力计算2成层填土土情况g1f1c1g2f2c2H1H2§2.6几种常见见的主动动土压力力计算f2<f1f2>f1c1=c2=0时g2f2H1H2g1f1f1=f2时g2>g1g2<g1g1=g2时§2.6几种常见见的主动动土压力力计算c1=0c2>0c1>0c2=0c1、c2不为0时g2

f2

H1H2g1

f1

g1=g2f2=f1时§2.6几种常见见的主动动土压力力计算H1H23填土中有有水水下部分分用浮容容重土压力土压力水压力静水情况况水压力§2.6几种常见见的主动动土压力力计算4坦墙a>acr=45o-f/2(1)垂直于假假设墙面面CD上主动土土压力Ea=1/2KaH2(2)作用在真真实墙面面AC上的土压压力WEa´Ea第一滑裂裂面第二滑裂裂面WEa´§2.6几种常见见的主动动土压力力计算crEa´W§2.6几种常见见的主动动土压力力计算5折线墙背背面上的的土压力力Ea1dEa2+CABDADCB小挡土墙墙土压力力假设完整整挡土墙墙土压力力的一部部分§2.6几种常见见的主动动土压力力计算6开挖情况况的土压压力在天然地地基、天天然土坡坡及老填填土中开开挖，然然后建造造挡土墙墙，若开开挖面较较陡，墙墙后填土土受到限限制而不不可能出出现库仑仑理论的的破坏面面时，则则不能用用前述公公式计算算作用在在墙背上上的土压压力。如如左图所所示，应应当考虑虑开挖线线内滑动动土体的的平衡条条件，用用力矢三三角形图图解法求求解作用用在墙背背上的土土压力，，还要再再假定填填土性质质与开挖挖线以下下的老土土性质相相同，用用前述公公式计算算作用在在墙背上上的土压压力，取取这