土力学-第七章土压力1+2

第七章土压力1

第一节概述第二节静止土压力第三节朗肯土压力理论第四节库仑土压力理论第五节朗肯和库仑土压力理论的讨论第六节几种支挡结构简介主要内容2

本章提要

一、什么是土压力？二、静止土压力的计算三、运用朗肯理论计算土压力四、运用库仑理论计算土压力五、两种土压力理论的比较分析六、几种常见情况下土压力的计算

学习难点

朗肯土压力的计算原理与方法库仑土压力的计算原理与方法3

一、概述二、静止土压力的计算三、朗肯土压力的计算原理与方法静止土压力与朗肯土压力41、挡土结构物与土压力

2、土压力的影响因素

3、土压力的类型

一、概述51、挡土结构物与土压力挡土墙

Retainingwall

土压力土压力土6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递分散到填土上的一种结构物。土压力挡土结构物墙后土体因自重或外荷载作用，而对挡土结构物墙背产生的侧向压力。自重土压力墙后墙前墙顶墙底(基底)墙趾墙跟(踵)墙背墙面7预应力悬臂式刚性加筋扶壁圬工式挡土墙类型（按刚度及位移方式）

刚性挡土墙重力式墙身截面尺寸大，刚度大，墙身挠曲变形小。89混凝土挡土墙及复合排水管完工10重力式堤岸挡土墙11基坑的钻孔灌注桩支护12土工格栅加筋建成5～6.5m高的面板加筋挡土墙13锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算自重轻，截面尺寸小，刚度小，侧压力作用下墙身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂。

柔性挡土墙14

无法打锚杆，相邻建筑物的基础较深,或有地下管线隧道明挖施工侧壁的内支撑其他挡土结构形式15公路边坡的喷锚支护结构16水电工程超高边坡复合支护结构17公路边坡挡土墙＋框格梁支护结构18公路边坡抗滑桩支护结构192、土压力的影响因素（1）墙后土体的性质（2）挡土墙的墙身材料（3）挡土墙的墙身位移（4）土体与墙之间的摩擦（5）挡土墙类型（6）施工方式（7）墙后土体中地下水的情况等等最重要20在影响土压力的诸多因素中,墙身位移条件是最主要的因素。墙身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。3、土压力类型21（3）被动土压力Passiveearthpressure根据墙身位移的方向和大小，将土压力分为以下三种：（1）静止土压力Earthpressureatrest（2）主动土压力Activeearthpressure挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙身是否发生位移以及位移的方向。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。22当d=D/H=0

时（如地下室）

E=E0（1）静止土压力H+-E填土地下室侧墙此时墙身不发生任何位移23（2）主动土压力墙身外移，土压力逐渐减小，当土体达到极限平衡状态时所对应的土压力。(最小)E243.被动土压力墙身内移，土压力逐渐增大，当土体达到极限平衡状态时所对应的土压力。(最大)拱桥桥台E25墙体位移与土压力类型静止土压力地下室侧墙、嵌岩挡土墙被动土压力拱桥桥台主动土压力一般挡土墙26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。27二、静止土压力计算半无限体墙背光滑竖向应力水平应力侧压力系数弹性力学经验公式28静止土压力计算HzE0总静止土压力29K0:静止土压力系数

对于侧限应力状态，理论上：对于砂土由于土的n很难确定，K0常用经验公式计算。对于粘性土对于超固结土30三、Rankine土压力理论（1857）WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)

土力学

热力学英国科学家311.基本假定半无限体墙背光滑（1）墙背光滑、垂直；填土面水平（2）按半无限体计算应力（3）墙后土体满足Mohr-Coulomb准则处于极限平衡状态32自重应力作用下，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所对应的土压力。2.基本原理33朗肯主动土压力计算－填土为砂土s145+f/2竖向应力为大主应力水平向应力为小主应力砂土的极限平衡条件z于是：砂土的主动土压力强度pa=3fpz=zK0pzpa=s334s145+f/2pa=s3z主动土压力强度－朗肯主动土压力系数总主动土压力朗肯主动土压力计算－填土为砂土35朗肯主动土压力计算－填土为粘性土竖向应力为大主应力水平向应力为小主应力粘性土的极限平衡条件于是：粘性土主动土压力强度pa=3fpz=zK0pz36主动土压力强度－朗肯主动土压力系数负号45+f/2z0－z0z>z0

z<z0

朗肯主动土压力计算－填土为粘性土37HEa总主动土压力－z0朗肯主动土压力计算－填土为粘性土不支护直立开挖的最大深度38朗肯被动土压力计算－填土为砂土竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力45-f/2砂土的极限平衡条件于是：被动土压力强度pp=1fpz=zK0pzpp=s1s3z3945-f/2pp=s1s3z被动土压力强度－朗肯被动土压力系数总被动土压力朗肯被动土压力计算－填土为砂土40竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力粘性土的极限平衡条件于是：被动土压力强度pp=1fpz=zK0pz朗肯被动土压力计算－填土为粘性土41被动土压力强度－朗肯被动土压力系数正号EpH总被动土压力朗肯被动土压力计算－填土为粘性土h42主动土压力系数被动土压力系数静止土压力系数43土压力合力：单位长度挡土墙上土压力单位：kN/m，大小、方向、作用点土压力强度：单位面积上的土压力单位：kN/m2几个概念每延米Ep44P199页例题7-1

一、库仑土压力理论二、库仑土压力理论与朗肯土压力理论的比较分析三、地表有荷载时朗肯主动土压力的计算四、成层土的朗肯主动土压力计算五、填土内有地下水位时朗肯主动土压力的计算46库伦土压力与朗肯土压力一、库伦土压力理论基本原理

库伦土压力理论不是研究墙背一点土单元的应力状态的极限平衡条件，从而求得作用于墙背上的土压力强度，而是从考虑墙背某个滑动楔形体的整体平衡条件出发，直接求出作用于墙背上的总土压力。假设条件1、滑动面呈平面；2、滑动体为刚体运动；3、滑体整体上处于极限平衡状态。47库伦主动土压力分析根据正弦定律48

上述式表明土压力是滑动面与水平面夹角的函数，当墙背土体产生滑动时，处于极限平衡状态，因此，根据极值条件，可以确定最危险的滑动面夹角。从而求得主动土压力。49

上述土压力沿铅直面的分布可以由土压力对于深度的求导得出。50库伦被动土压力分析根据正弦定律51

上述式表明被动土压力是滑动面与水平面夹角的函数，当墙背土体产生滑动时，亦处于极限平衡状态，因此，根据极值条件，可以确定最危险的滑动面夹角。从而求得被动土压力。52

上述土压力沿铅直面的分布可以由土压力对于深度的求导得出。53二、朗肯理论与库伦理论的比较分析1、分析方法（理论出发点）542、应用范围3、计算误差二、朗肯理论与库伦理论的比较分析1、

分析方法E朗肯理论库仑理论土体内各点均处于极限平衡状态刚性楔体，滑面上处于极限平衡状态先求土压力强度p先求土压力合力E极限平衡状态552、应用范围朗肯理论墙背与填土条件：墙背垂直、光滑，填土表面水平。土质条件：粘性土、无粘性土均可用。第二滑动面库伦理论墙背与填土条件：墙背倾斜或垂直、有摩擦，填土面任意。土质条件：数解方法适用于无粘性土。56——朗肯土压力理论

WREa'Ea实际0WREpEp'

主动土压力偏大

被动土压力偏小3、计算误差57——库仑土压力理论

实际滑裂面不一定是平面

主动土压力偏小

被动土压力偏大滑动面滑动面主动土压力搜索得到的不一定是最大值被动土压力搜索得到的不一定是最小值3、计算误差581、填土上有均匀满布荷载s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土压力理论三、地面有荷载时朗肯主动土压力的计算592、局部荷载——朗肯理论

60g1

f1c1g2

f2c2H1H2四、成层土朗肯主动土压力的计算61f2

<

f1f2

>

f11、c1=c2=0时g2

f2

H1H2g1

f1

f1

=

f2

时g2

>

g1g2

<

g1g1

=

g2

时62c1

=

0c2>0c1

>

0c2=02、c1、

c2不为0时g2

f2

H1H2g1

f1

g1

=

g2

f2

=

f1

时63五、填土内有地下水位时朗肯主动土压力的计算地下水对土压力的影响：1、水位以下填土的重度减小成浮重度2、水位以下土的抗剪强度降低3、地下水对墙背施加静水压力64H1H2水下部分用浮容重土压力水压力五、填土内有地下水位时朗肯主动土压力的计算65算例分析三挡土墙结构如下图，墙背垂直，光滑，墙后土体由两层砂土组成，画出墙后朗肯主动土压力的分布图、并求合力的大小、方向、合力作用点的位置？66计算出两层土的主动土压力系数第一层土底面处的主动土压力为第二层土顶面处的主动土压力为第二层土底面处的主动土压力为67合力的大小为：合力作用点的位置：合力对墙跟产生的力矩等于各分力对墙跟的力矩之和。68挡土墙的基本设计步骤

一、基本设计资料的收集；二、重力式挡土墙的构造；三、重力式挡土墙的类型；四、墙后填土类型的选择；五、重力式挡土墙的布置；六、防水排水设计；七、挡土墙的验算。

69一、基本设计资料的收集1、工程背景资料2、地质勘察资料3、使用环境及抗震设防烈度4、气象资料5、工程设计参考资料

相关标准、规范、设计手册、参考文献等。70二、重力式挡土墙的构造土压力墙后墙前墙顶墙底(基底)墙趾墙跟(踵)墙背墙面71

挡土墙的埋深土质地基不小于0.5m；存在冻土层时，埋深在冻土层以下0.25m；风化岩层，清除风化层并加挖0.15~0.25m；

断面尺寸满足墙体的强度与稳定性要求；块石挡土墙，墙顶宽度≥0.5m,混凝土挡土墙，墙顶宽度可取0.2~0.4m。沉降缝和伸缩缝伸缩缝可以兼作沉降缝；每隔10~20m设置一道伸缩缝，缝宽约2~3cm；缝内嵌填防水材料。72三、重力式挡土墙的类型仰斜式折背式直立式俯斜式衡重式

根据工程的实际情况选择合适的挡土墙类型73四、墙后填土类型的选择

尽量选择粗粒土，如砂土、砾石、碎石等。其土压力小，抗剪强度比较稳定，易于排水。

1.

理想的回填土；（卵石，砾石，粗、中砂）

2.

可用的回填土；（细砂，粉砂，粉质粘土）

3.不能用的回填土。（软粘土，膨胀土和耕植土）74五、重力式挡土墙的布置重力式挡土墙的布置主要指：立向布置和平面布置75六、防水排水设计排水不良会使墙后地下水位提高，一方面增加静水压力；另一方面使土的抗剪强度降低，增大土压力而造成挡土墙失稳。一般要在墙顶，坡脚设截水沟，墙体上设排水孔，间距为2~3m，外斜5%，孔的尺寸宜≥100mm。墙前设排水沟。泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟76七、重力式挡土墙的验算墙体抗倾覆稳定验算墙体抗滑移稳定验算地基承载力验算墙身强度验算77

挡土墙抗倾覆稳定验算挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O