土力学与基础工程-第六章-土压力

土压力理论广东工业大学建筑工程学院概述在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土结构物（挡土墙）是一种常见的建筑物。挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力。挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力称为土压力。本章的任务是讨论土压力的大小和分布规律的确定方法。概述概述概述概述概述概述概述6.2位移对土压力的影响及三种土压力土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移的方向与大小密切相关。主动被动6.2位移对土压力的影响及三种土压力静止土压力E0、0

挡土墙为刚性，不动时土处于弹性平衡状态，不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。主动土压力Ea、

a

挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到的土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力成为主动土压力。被动土压力Ep、

p

挡土墙向填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，这时作用在挡土墙上的土压力成为被动土压力。静止土压力计算静止土压力只发生在挡土墙为刚性，墙体不发生任何位移的情况。按照水平向自重应力的计算公式确定。静止土压力计算若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力为静止土压力合力为1/3H静止土压力计算静止土压力计算的关键是静止侧压力系数的确定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。对于砂或正常固结的粘土，可根据有效内摩擦角来确定主动、被动土压力理论Rankine土压力理论和Coulomb土压力理论是计算主动土压力和被动土压力的两种基本理论。6.3Rankine土压力理论基本原理

墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态，然后根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式。基本假定

土体是具有水平表面的半无限体，墙背竖直光滑，采用这样假定的目的是控制墙后单元体在水平和竖直方向的主应力方向。6.3Rankine土压力理论6.3Rankine土压力理论A0τ主动状态被动状态

xmin=a

x=K0

z

zxmax=

p6.3Rankine土压力理论6.3Rankine土压力理论6.3.2Rankine主动土压力基本计算公式朗肯理论的主动土压力系数无粘性土的主动土压力计算粘性土的主动土压力计算a=06.3.3Rankine被动土压力基本计算公式朗肯理论的被动土压力系数无粘性土被动土压力的计算粘性土被动土压力的计算6.3.4其它几种情况下的土压力填土表面有连续均布荷载成层填土墙后填土有地下水无粘性土被动土压力的计算无粘性土的主动土压力计算粘性土的主动土压力计算粘性土的主动土压力计算出现拉力区填土表面有局部均布荷载时的土压力计算均布荷载自墙后某一距离开始连续分布填土表面有局部均布荷载时的土压力计算均布荷载分布在墙后某一宽度范围内填土中有地下水时的土压力计算当墙后填土中有水时，需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量减轻引起的土压力减小，水下填土部分采用浮容重进行计算。在计算作用在墙背上的总压力中应包括水压力的作用。静止土压力计算若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应取浮重度形心1/3H2填土中有地下水时的土压力计算填土为成层土时的土压力计算由于各层填土重度不同，使得填土竖向应力分布在土层交界面上出现转折；由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同，所以在计算主动或被动土压力系数时，需采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角填土为成层土时的土压力计算6.4库仑土压力理论填土ABDCE破坏面为平面滑动体为刚体滑动体整体处于极限平衡状态，在滑动面上抗剪强度已充分发挥。无粘性土主动土压力的计算无粘性土主动土压力的计算正弦定律计算自重无粘性土主动土压力的计算主动土压力是假定一系列破坏面计算出的土压力中的最大值无粘性土主动土压力的计算时库仑主动土压力简化为朗肯主动土压力公式。无粘性土主动土压力的计算无粘性土被动土压力的计算无粘性土被动土压力的计算W代入无粘性土被动土压力的计算当挡土墙向填土方向挤压时，最危险滑动面上的P值一定是最小的，因为此时滑动土体所受阻力最小，最容易被向上推出，所以作用在墙背上的被动土压力EP值，应是假定一系列破坏面上计算出的土压力最小值Pmin粘性填土的土压力对于工程实际中粘性填土问题，往往采用等代内摩擦角法，不直接考虑粘性填土粘聚力的影响，而是用一个等代内摩擦角来代替粘土的两个强度指标，然后再按无粘性填土问题求解。朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题朗肯理论基于土单元体的应力极限平衡条件来建立，采用的假定是墙背竖直光滑，填土面为水平，其计算结果偏于保守。库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件来建立，采用的假定是破坏面为平面。但当墙背与填土的摩擦角较大时，在土体中产生的滑动面往往是一个曲面，会产生较大的误差。被动土压力的计算常采用朗肯理论。1、基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散体（c=0）。2、基本方法：前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。3、结果比较：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。朗肯理论与库伦理论比较一、挡土墙的类型1、重力式挡土墙（1）2、悬臂式挡土墙（2）3、扶壁式挡土墙（3）（1）（2）（3）6.5挡土墙设计二、挡土墙的计算设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。计算内容：（1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑动验算